![]() Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt
专利摘要:
Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt mit einem Extruder (1), wobei die Materialien verschiedene Schmelztemperaturen aufweisen, wobei mindestens eines der Materialien im Extruder (1) in einer ersten Verfahrenseinheit (2) zu einer ersten Schmelze plastifizierbar ist, ist im Hinblick auf eine besonders kostengünstige Ausgestaltung derart ausgestaltet, dass das zweite und/oder jedes weitere Material im Extruder (1) in der ersten Verfahrenseinheit (1) und/oder weiteren Verfahrenseinheiten (3) zu einer zweiten oder weiteren Schmelze plastifizierbar ist und im Extruder (1) mit der ersten Schmelze zu einem Produkt vermischbar ist. Des Weiteren ist ein entsprechendes Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt angegeben. 公开号:DE102004007479A1 申请号:DE102004007479 申请日:2004-02-13 公开日:2005-09-08 发明作者:Reinhard Dr. Uphus 申请人:Berstorff GmbH; IPC主号:B29B7-48
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verarbeitungvon mindestens zwei, verschiedene Schmelztemperaturen aufweisenden Materialienzu einem Produkt mit einem Extruder, wobei mindestens eines derMaterialien im Extruder in einer ersten Verfahrenseinheit zu einerersten Schmelze plastifizierbar ist. [0002] Essind Vorrichtungen und Verfahren zur Verarbeitung bekannt, bei derzwei Materialien, z. B. eine Kautschukmischung und ein thermoplastischesMaterial – z.B.Polypropylen (PP) –,zu einem Produkt, beispielsweise ein Compound, verarbeitet werden. DieseMaterialien weisen verschiedene Schmelztemperaturen auf. Die Glasumwandlungstemperaturvon Kautschuken liegt in der Regel unter. Dem gegenüber beträgt die Schmelztemperaturvon Thermoplasten in der Regel um oder über 170 °C. Thermoplaste ist hierbeiein Sammelname fürverschiedene Thermoplast-Produktfamilien, die sich in der Zusammensetzungvoneinander unterscheiden können. [0003] ImVergleich zum Kautschuk verfügenthermoplastischen Elastomeren, beispielsweise TPE, jeweils über spezifischeEigenschaften und Vorzüge, sodass bei einigen Anwendungen Kautschuk durch TPE ersetzt werdenkann. Wegen ihrer thermoplastischen Konsistenz lassen sich TPE-Materialiengut plastifizieren und anschließendin fast jeder gewünschtenForm gestalten, wobei sich hierfürsowohl die Verarbeitung zu einem Compound als auch die gängigen Verfahrender Kunststoffverarbeitung, wie Spritzguss- und Blasformverfahren, oder die Extrusioneignen. [0004] Nebender getrennten Verarbeitung zweier Materialien wie von Kautschukund TPE, ist auch die Herstellung von Compounds, beispielsweiseKautschukmischungen oder TPE-Compounds,bekannt. Solche Mischungen werden häufig diskontinuierlich in sogenanntenInnenmischern hergestellt. Eine vorteilhafte kontinuierliche Herstellungvon Produkten aus Materialien mit verschiedenen Schmelztemperaturen,z.B. Kautschuk und Thermoplast, ist aus der DE 101 34 701 A1 bekannt.Die dort offenbarte Vorrichtung umfasst einen Kurzschneckenextruderzum Aufschmelzen bzw. Plastifizieren des ersten Materials, hierKautschuk, einen Doppelschneckenextruder zum Aufschmelzen des zweitenMaterials, hier Thermoplast, sowie eine Zahnradpumpe, die zum Einbringendes einen Materials mit vorbestimmten Durchsatz und Temperatur indas andere Material dient. Plastifizieren wird im Zusammenhang mitKautschuk verwandt, da dieser bei Raumtemperatur im Allgemeinenoberhalb der Glasumwandlungstemperatur vorliegt, also eine unterkühlte Schmelzedarstellt. Falls das andere Material in Form eines Polymers wie Thermoplastvorliegt, wird dieses ebenfalls aufgeschmolzen. Mittels des ausder DE 101 34 701A1 bekannten Verfahrens wird somit aufgeschmolzener Kautschukmit vorgebbarer Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom dem Doppelschneckenextruderzugeführt. [0005] Werdenin einer anderen AusführungKautschuk und Thermoplast zusammen plastifiziert bzw. aufgeschmolzen,so schmilzt auch hier der Thermoplast auf und bildet für das zweiteMaterial einen Schmierfilm. Dadurch kann dann das zweite Material, beispielweiseKautschuk als Polymer, nicht genügendaufgeschmolzen bzw. plastifiziert werden. Wird in einer wiederumanderen Ausgestaltung zunächst derKautschuk zugegeben und späterder Thermoplast, ist auch hier zu wenig Scherung vorhanden, um denThermoplast schnell genug in hinreichender Qualität aufzuschmelzen.Ferner ist bei dieser Ausgestaltung problematisch, dass die bereitsplastifizierte Kautschukphase durch die Zugabe des Thermoplast beiRaumtemperaturlokal wieder abkühlt undzu nicht plastifizierten Partikeln im resultierenden Produkt führt. [0006] Diehierzu verwendeten Vorrichtungen bzw. das angewendete Verfahrenist außerdemdahingehend zu verbessern, dass es maschinentechnisch einen hohenAufwand bedeutet und hinsichtlich der Herstellung der zu verwendendenVorrichtung teuer ist. [0007] Dervorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eineVorrichtung sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von mindestenszwei Materialien zu einem Produkt der eingangs genannten Art anzugeben,bei dem eine kostengünstigeVerarbeitung von Produkten ermöglichtwird. [0008] Erfindungsgemäß wird dievoranstehende Aufgabe hinsichtlich einer Vorrichtung zur Verarbeitungvon mindestens zwei Materialien zu einem Produkt mit den Merkmalendes Patentanspruchs 1 gelöst.Danach ist die Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zweiMaterialien zu einem Produkt derart ausgestaltet, dass das zweiteund/oder jedes weitere Material im Extruder in der ersten Verfahrenseinheit oderin weiteren Verfahrenseinheiten zu einer zweiten oder weiteren Schmelzeplastifizierbar ist und im Extruder mit der ersten Schmelze zu demProdukt vermischbar ist. [0009] Desweiteren ist die obige Aufgabe im Hinblick auf ein Verfahren zurVerarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt mitden Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Danach ist ein Verfahrenzur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produktder eingangs genannten Art derart ausgestaltet, dass das zweiteund/oder jedes weitere Material im Extruder in der ersten Verfahrenseinheitoder weiteren Verfahrenseinheiten zu einer zweiten oder weiterenSchmelze plastifiziert wird und diese im Extruder mit der erstenSchmelze zu dem Produkt vermischt wird. [0010] Inerfindungsgemäßer Weiseist erkannt worden, dass eine zeitliche und/oder örtlicheTrennung der zwei Materialien mit verschiedenen Schmelztemperaturenvorgenommen werden sollte. In der aufgeschmolzenen bzw. plastifiziertenPhase könnten danndie Materialien zusammengeführt,vorzugsweise in einer Mischeinheit, die beispielsweise durch einenAbschnitt des Extruders gebildet sein kann, werden und vorzugsweisedurch eine Ausgabeeinrichtung aus dem Extruder ausgegeben werden.Insbesondere Thermoplast und Kautschuk bilden bei einer solchenVorgehensweise eine besonders gute co-kontinuierliche Phase. Invorteilhafter Weise könnenso unvernetzte oder vernetzte Thermoplast-Kautschuk-Blends – TPE-Ooder TPE-V – oderdergleichen, hergestellt werden. Demgemäss ist eine getrennte Aufschmelzungbzw. Plastifizierung mit nur einem Extruder besonders vorteilhaft.In weiter vorteilhafter Weise könntees sich hierbei um einen Doppelschneckenextruder handeln. [0011] Ineiner vorteilhaften Ausgestaltung könnte der Extruder für vorzugsweisejedes Material mindestens eine Verfahrenseinheit, mit insbesondereunabhängigenPlastifizierzonen, aufweisen. Hierdurch könnte jede Verfahrenseinheitauf das zu extrudierende Material abgestimmt werden und somit eine optimaleVerarbeitung und insbesondere Plastifizierung des jeweiligen Materialserreicht werden. [0012] ImRahmen einer besonders platzsparenden Ausgestaltung könnten dieVerfahrenseinheiten durch Dichteinrichtungen derart voneinandergetrennt sein, dass im wesentlichen kein Material von einer Verfahrenseinheitin eine andere übertritt.Es könntesomit ein unkontrollierter Materialübertritt von einer Verfahrenseinheitzur anderen an den direkten Schnittstellen der Verfahrenseinheitenim wesentlichen vermieden werden. Die Verfahrenseinheiten könnten hierbeidurch speziell auf das jeweilige Material abgestimmte Schneckengebildet sein. Insbesondere könntees sich bei den Verfahrenseinheiten um gleichläufige Doppelschnecken handeln.Die unterschiedlichen Verfahrenseinheiten könnten dabei durch einen Motorangetrieben werden. Hierzu könntendie Verfahrenseinheiten innerhalb eines Extruderzylinders in besondersvorteilhafter Weise hintereinander und/oder mechanisch gekoppeltangeordnet sein. Die Verfahrenseinheiten könnten aber auch durch zweioder mehr Antriebseinheiten angetrieben sein, um die Verfahrenseinheitwiederum besonders optimal auf das jeweilige, zu verarbeitende Material abzustimmen. [0013] Hinsichtlicheiner besonders bevorzugten Ausgestaltung könnte der Extruder mindestenseinen Bypass aufweisen, überden die erste Schmelze in die zweite und/oder weitere Schmelze einleitbarist. Dieser Bypass könnteals Schmelzeleitung ausgestaltet sein, die abhängig von dem ersten Material und/oderder Längedes Bypasses zusätzlichmit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtungversehen werden könnte.Somit könntedie Schmelzetemperatur der ersten Schmelze besonders gut auf einemNiveau gehalten oder auf andere Temperaturwerte geregelt werden.Zusätzlichoder alternativ könntebei einer zeitlichen Trennung der Plastifizierung der Bypass alsSpeicher, insbesondere als Kolbenspeicher ausgestaltet sein. Ineiner solchen Ausgestaltung könnte dannzunächstdas erste Material plastifiziert werden und in den Kolbenspeichereingeleitet werden. Dann könnte,vorzugsweise in der gleichen Verfahrenseinheit, das zweite oderweitere Material plastifiziert werden. Dass erste Material könnte nunmehraus dem Kolbenspeicher in das in das plastifizierte zweite oder weitereMaterial einleitbar sein. Die Materialien könnten in jedem Fall durch eineMischeinrichtung bzw. Mischeinheit zum Produkt mischbar sowie mittelseiner Ausgabeeinrichtung ausgebbar sein. [0014] ImRahmen einer besonders guten Plastifizierung und Durchmischung derMaterialien könnte derEinlass des Bypasses am Ende der Plastifizierzone des ersten Materials angeordnetsein und/oder der Auslass des Bypasses am Ende der Plastifizierzonedes zweiten oder des weiteren Materials angeordnet sein. Bei derVerarbeitung von mehreren Materialien wäre es denkbar, dass die Materialienkaskadenartig überserielle Bypässezusammengeschaltet werden, d. h. dass bei drei Materialien die erste Schmelze über einenersten Bypass in die zweite Schmelze eingeleitet und die dann gemischtezweite Schmelze übereinen zweiten Bypass in die dritte Schmelze eingeleitet wird. Zusätzlich oderalternativ hierzu wärees möglich,dass die verschiedenen Materialien eigene Bypässe von dem Ende ihrer Plastifizierzonezu dem Ende der Plastifizierzone des letzten Materials aufweisen,so dass eine Durchmischung der Materialien erst nach der Plastifiziereinheitdes letzten Materials, vorzugsweise in einer Mischeinheit, erfolgt.Die Durchmischung könnte hierbeidurch eine Mischeinheit realisiert sein, die beispielsweise alseine Mischzone einer Extruderschnecke oder Extruderdoppelschneckeausgestaltet ist. Es ist aber auch jede andere Art einer Mischeinheitdenkbar. [0015] ImHinblick auf eine besonders gute Förderung des Materials im Bypasskönnteam Einlass und/oder am Auslass des Bypasses und/oder im Bypass einePumpe, vorzugsweise eine Zahnradpumpe, angeordnet sein. Es könnte allerdingsauch jede andere Art von Einrichtung, mittels derer plastifiziertesMaterial gefördertwerden kann, angeordnet sein. Hierbei könnte in besonders vorteilhafterWeise der Druck und/oder der Volumenstrom, mit dem die Schmelzein die weitere Schmelze eingebracht wird, besonders gut geregeltwerden. In einer weiteren Ausführungkönnteder Zahnradpumpe ein Sieb nachgeschaltet sein, welches Verunreinigungenaus der Schmelze herausfiltert. Es ist allerdings auch möglich, dassdie erste oder weitere Schmelze ausschließlich über den in der ersten Verfahrenseinheit aufgebautenDruck durch den Bypass gefördertwird. [0016] Hinsichtlicheiner besonders einfachen Ausgestaltung könnte eine Ausgabeeinrichtungangeordnet sein, welche beispielsweise als Spritzkopf ausgestaltetsein könnte.Durch diesen Spritzkopf könnte danndas Produkt aus dem Extruder ausgegeben werden. Es könnte aberauch jede andere Form von Ausgabeeinrichtungen, beispielsweise eineBreitschlitzdüseoder dergleichen, als Ausgabeeinrichtung, verwendet werden. DieArt der Ausgabeeinrichtung richtet sich hierbei nach der Verwendungdes Produkts. [0017] Daserfindungsgemäße Verfahrenzur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produktkönnteinsbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung zur Verarbeitung vonmindestens zwei Materialien zu einem Produkt gemäß den obigen Ausführungendienen. Bei dem Verfahren ist vorteilhaft, dass eine besonders guteDurchmischung von mindestens zwei Materialien, beispielsweise geschmolzenemThermoplast mit plastifizierten Kautschuk, erreicht wird und dieseMaterialien eine besonders gute, sogenannte co-kontinuierliche Phase bilden. [0018] Esgibt nun verschiedene Möglichkeiten,die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestaltenund weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseitsauf die nachfolgende Erläuterungeines bevorzugten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Vorrichtunganhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterungdes bevorzugten Ausführungsbeispielsanhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungenund Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt [0019] 1 ineiner Seitenansicht, teilweise und schematisch, ein Ausführungsbeispielder erfindungsgemäßen Vorrichtungzur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produktund [0020] 2 ineiner Draufsicht, teilweise und schematisch, das Ausführungsbeispielder erfindungsgemäßen Vorrichtungnach 1. [0021] 1 zeigtein Ausführungsbeispieleiner erfindungsgemäßen Vorrichtungzur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt.Bei den zwei Materialien handelt es sich um Thermoplast und Kautschuk.Es wird somit eine unvernetzte thermoplastische ElastomermischungTPE-O hergestellt. Die Vorrichtung weist einen Extruder 1 auf,wobei der Extruder 1 eine Ausgabeeinrichtung- hier nichtdargestellt – aufweist.In diesem Ausführungsbeispiel wirddas erste Material, in diesem Fall Thermoplast, im Extruder 1 zueiner ersten Schmelze plastifiziert. [0022] Inerfindungsgemäßer Weisewird das zweite Material, in diesem Fall Kautschuk, im Extruder 1 zu einerzweiten Schmelze plastifiziert und es wird im Extruder 1 dieerste Schmelze, z.B. das geschmolzene Thermoplast, und die zweiteSchmelze, z.B. der plastifizierte Kautschuk, zu dem Produkt in einer Mischeinheitdes Extruders 1 ver mischt. Das Produkt wird dann mittelsder Ausgabeeinrichtung aus dem Extruder 1 ausgegeben. [0023] DasAusführungsbeispielder 1 weist für jedesMaterial jeweils eine Verfahrenseinheit 2 und 3 auf,wobei die Verfahrenseinheiten 2 und 3 durch ein PaarDoppelschnecken gebildet sind, die mechanisch gekoppelt und durcheinen Antrieb – hiernicht dargestellt – angetriebenwerden. Die Verfahrenseinheiten 2 und 3 weisenPlastifizierzonen 2' und 3' auf, in denendas erste und zweite Material plastifizierten werden. Die Verfahrenseinheiten 2 und 3 sinddurch Dichteinrichtungen 4 derart voneinander getrennt, dassim wesentlichen kein Material von der Verfahrenseinheit 2 indie Verfahrenseinheit 3 übertritt. Zum Übertrittvon Material von der ersten Verfahrenseinheit 2 in diezweite Verfahrenseinheit 3 weist der Extruder 1 einenBypass 5 auf, der in 1 strichpunktiertdargestellt ist. Überdiesen Bypass 5 wird der geschmolzene Thermoplast in diezweite Schmelze eingeleitet. [0024] DerEinlass 6 des Bypasses 5 ist am Ende der Plastifizierzone 2' des erstenMaterials angeordnet. Der Auslass 7 des Bypasses 5 istam Ende der Plastifizierzone 3' des zweiten Materials angeordnet. Somiterfolgt eine Aufschmelzung des Thermoplast, wobei der Thermoplastin Form der Schmelze über denBypass hinter die Plastifizierzone 3' des zweiten Materials, d. h. desKautschuks, gefördertwird. [0025] Imhier beschriebenen Ausführungsbeispiel istinnerhalb des Bypasses 5 eine Zahnradpumpe – hier nichtdargestellt – angeordnet,um die Förderung desThermoplast von der ersten Verfahrenseinheit 2 zu der zweitenVerfahrenseinheit 3 zu ermöglichen und den Druckaufbauder Fördereinheitvor der Dichtung zu minimieren, mit dem der plastifizierte Thermoplastin den plastifizierten Kautschuk eingebracht wird. Im weiteren Verlauferfolgt eine Durchmischung der beiden Schmelzen durch den Doppelschneckenextruder,bevor das Produkt mittels der Ausgabeeinrichtung aus dem Extruder 1 ausgegebenwird. [0026] 2 zeigteine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung der 1.Zur Vermeidung von Wiederholungen, wird auf die Ausführungenzu 1 verwiesen, wobei gleiche Teile mit gleichenBezugszeichen versehen sind. 2 zeigt, dassein weiterer, parallel geschalteter Bypass 5' vorgesehen werden kann – hier strichpunktiertdarge stellt –,um eine bessere Durchmischung und Förderung der ersten Schmelzezu erreichen. [0027] Hinsichtlichweiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehrewird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teilder Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. [0028] Schließlich seiausdrücklichdarauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiellediglich zur Erörterungder beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispieleinschränkt. 1 Extruder 2 Verfahrenseinheiterstes Material 2' Plastifizierzoneerstes Material 3 Verfahrenseinheitzweites Material 3' Plastifizierzonezweites Material 4 Dichteinrichtung 5 Bypass 5' Bypass 6 Einlassdes Bypasses 7 Auslassdes Bypasses
权利要求:
Claims (8) [1] Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei,verschiedene Schmelztemperaturen aufweisenden Materialien zu einemProdukt mit einem Extruder (1), wobei mindestens einesder Materialien im Extruder (1) in einer ersten Verfahrenseinheit(2) zu einer ersten Schmelze plastifizierbar ist, dadurchgekennzeichnet, dass das zweite und/oder jedes weitere Materialim Extruder (1) in der ersten Verfahrenseinheit (2)oder in weiteren Verfahrenseinheiten (3) zu einer zweitenoder weiteren Schmelze plastifizierbar ist und im Extruder (1)mit der ersten Schmelze zu dem Produkt vermischbar ist. [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Extruder (1) fürvorzugsweise jedes Material mindestens eine Verfahrenseinheit (2, 3)mit insbesondere unabhängigenPlastifizierzonen (2', 3') aufweist. [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Verfahrenseinheiten (2, 3) durch Dichteinrichtungen(4) derart voneinander getrennt sind, dass im wesentlichenkein Material von einer Verfahrenseinheit (2, 3)in eine andere übertritt. [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Extruder (1) mindestens einen Bypass (5, 5') aufweist, über dendie erste Schmelze in die zweite und/oder weitere Schmelze einleitbarist. [5] Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 und Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (6) des Bypasses(5) am Ende der Plastifizierzone (2') des ersten Materials angeordnetist und/oder der Auslass (7) des Bypasses (5)am Ende der Plastifizierzone (3') des zweiten oder des weiterenMaterials angeordnet ist. [6] Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass am Einlass (6) und/oder am Auslass (7) desBypasses (5, 5')und/oder im Bypass (5, 5') eine Pumpe, vorzugsweise eineZahnradpumpe, angeordnet ist. [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass eine Ausgabeeinrichtung angeordnet ist. [8] Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei, verschiedeneSchmelztemperaturen aufweisenden Materialien zu einem Produkt, insbesondere zumBetreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Extruder(1), wobei mindestens eines der Materialien im Extruder(1) in einer ersten Verfahrenseinheit (2) zu einerersten Schmelze plastifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass daszweite und/oder jedes weitere Material im Extruder (1)in der ersten Verfahrenseinheit (2) oder weiteren Verfahrenseinheiten(3) zu einer zweiten oder weiteren Schmelze plastifiziertwird und diese im Extruder (1) mit der ersten Schmelzezu dem Produkt vermischt wird.
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同族专利:
公开号 | 公开日 DE102004007479B4|2009-01-22|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
2005-09-08| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law| 2007-10-11| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: KRAUSSMAFFEI BERSTORFF GMBH, 30625 HANNOVER, DE | 2009-07-16| 8364| No opposition during term of opposition| 2013-08-12| R082| Change of representative|Representative=s name: WILHELM, LUDWIG, DIPL.-PHYS., DE | 2015-09-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
优先权:
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