Die Schneckenelemente sind in Gruppen unterteilt. Folgende Elemente sind in SIGMA verfügbar:

• Gewindeelemente
• Schubkantenelemente
• Schneckenmischelemente (fördernd- und rückfördernd)
• MP-Elemente
• Knetblöcke
• Exzentrische Knetblöcke
• Distanzhülsen
• Blisterscheiben
• Zahnmischelemente
• Übergangsknetelemente
• Übergangsgewindeelemente

Um ein neues Schneckenelement zu definieren, ist im Fenster Maschinenkonfiguration, neues Element anlegen… das zu definierende Element anzuwählen. Auf diese Art und Weise gelangt man in das zugehörige Dialogfeld.

Wie schon bei den Zylinderelementen, kann man bereits erstellte Elemente ändern, indem man das zugehörige Dialogfeld durch Doppelklicken auf das zu ändernde Element öffnet, das Icon Eigenschaften des gewählten Elements bearbeiten betätigt oder die gewünschten Änderungen direkt in der Liste Element Eigenschaften vornimmt.

Für sieben der zehn verfügbaren Elemente bieten die Masken die Möglichkeit zur exakten Definition der Geometrie über zusätzliche Eingaben. Alternativ zur Angabe des Volumenkorrekturfaktors werden der reale Schneckendurchmesser und entweder der Kamm- oder der Grundwinkel des Schneckenprofils eingegeben, der jeweils andere Winkel wird berechnet. Weitere Details zur Geometrie der dichtkämmenden Schneckenelemente sind im Grundlagenhandbuch aufgeführt (s. Dichtkämmende Schneckenelemente)

Die Eingabemaske zur Definition und Änderung von Gewindeelementen (sowohl Förder- als auch Rückförderelemente) enthält alle Werte, die zur eindeutigen Beschreibung von dicht-kämmenden Profilen notwendig sind.

Was mit den zu definierenden Größen im Einzelnen gemeint ist, kann aus der Zeichnung eines Elementpaares in der Abbildung entnommen werden.

Bei der Eingabe ist folgendes zu beachten:

• Der Achsabstand kann in dieser Maske nicht geändert werden, da er durch die bereits eingegebenen allgemeinen Maschinendaten vorbestimmt ist.
• Die Eingabe der Länge des Schneckenelementes und der Gangsteigung kann wahlweise in Absolutwerten ([mm]) oder in Vielfachen des Rastermaßes erfolgen.
• Der Volumenkorrekturfaktor ist ein Maß für die Abweichung der theoretisch dicht kämmenden Geometrie, die in SIGMA verwendet wird, zur realen Geometrie.
• (Alternativ zum Volumenkorrekturfaktor können zusätzliche Eingaben zur exakten Definition der Geometrie vorgegeben werden. Hierbei ist der reale Schneckendurchmesser und entweder der Kamm- oder der Grundwinkel des Schneckenprofils einzugeben. Der jeweils andere Winkel wird berechnet.)

Die Geometrie von Schubkantenelementen unterscheidet sich nur durch eine zusätzliche freie Fläche von der Geometrie der Förderelemente. Diese Fläche wird in SIGMA anhand zweier Parameter charakterisiert, dem Schrägwinkel $$\phi_s$$ und dem Rundungsradius r. Ansonsten sind die gleichen Angaben wie für Förder- und Rückförderelemente zu machen. Weitere Details zur Geometrie von Schubkantenelementen sind im Grundlagenhandbuch aufgeführt (s. Schubkantenelemente)

Schneckenmischelemente weisen im Gegensatz zu Förderelementen in die Flanken eingebrachte Nuten auf. Neben der Gangsteigung und der Anzahl der Nuten ist zusätzlich die Geometrie der Nut im Normalschnitt zu definieren. Um eine größtmögliche Flexibilität zu gewährleisten, wurde die Geometrie der Nut durch einen Rechteckquerschnitt (charakterisiert durch** Nutbreite b** und Nuttiefe h) vereinfacht.

Die Eingabe von MP-Elementen gleicht der Eingabe von Schneckenmischelementen. Abweichend von dieser wird zusätzlich ein realer Schneckendurchmesser benötigt. Außerdem ist der Wert des Volumenkorrekturfaktors fixiert. Die zur Definition von MP-Elementen benötigten Daten sind in der Abbildung dargestellt.

Bei der Eingabe von Knetblöcken ist Folgendes zu beachten:

• Um Knetblöcke vollständig beschreiben zu können, muss zusätzlich zu Länge und Durchmesser auch die Anzahl der Knetscheiben angegeben werden, die zu einem Knetblock zusammengefasst werden sollen.
• Darüber hinaus wird der Versatzwinkel benötigt. Die Eingabe des Versatzwinkels ist nur im Bereich $$-\frac{180°}{i} \leq \text{Versatzwinkel} \leq \frac{180°}{i}$$zulässig, wobei i die Gangzahl der Elemente ist. Die Eingabe negativer Versatzwinkel charakterisiert einen Knetblock mit abstauender Wirkung, positive Versatzwinkel einen förderaktiven Knetblock. Förderneutrale Knetblöcke erhält man durch Eingabe eines Versatzwinkels von 180°/i.

Schulterknetblöcke weisen im Gegensatz zu konventionellen Knetblöcken schmalere Knetscheiben auf, wodurch ein größerer Leckspalt entsteht. In SIGMA wird die Breite der Knetscheiben der Schulterknetelemente als die Hälfte der Breite der konventionellen Knetblöcke angenommen. Hieraus folgt, dass sich die Eingabemasken für die beiden Elemente nicht unterscheiden.

Bei der Eingabe von exzentrischen Knetblöcken ist Folgendes zu beachten:

• Um Knetblöcke vollständig beschreiben zu können, muss zusätzlich zu Länge und Durchmesser auch die Anzahl der Knetscheiben angegeben werden, die zu einem Knetblock zusammengefasst werden sollen.
• Darüber hinaus wird der Versatzwinkel benötigt. Die Eingabe des Versatzwinkels ist nur im Bereich $$-\frac{180°}{i} \leq \text{Versatzwinkel} \leq \frac{180°}{i}$$ zulässig, wobei i die Gangzahl der Elemente ist. Die Eingabe negativer Versatzwinkel charakterisiert einen Knetblock mit abstauender Wirkung, positive Versatzwinkel einen förderaktiven Knetblock. Förderneutrale Knetblöcke erhält man durch Eingabe eines Versatzwinkels von $$\frac{180°}{i}$$.

Weiterhin wird die Exzentrizität über den Außendurchmesser $$D_a$$ definiert.

In der Praxis werden in Gleichdrall-Doppelschneckenextrudern zur Erhöhung der Aufschmelzleistung oftmals exzentrische Knetscheiben eingesetzt.

Bekannt ist, dass in einem Profil nur ein Kamm mit dem Gehäuse abschabend ist. Wenn der Kammwinkel null ist, kann durch eine Verschiebung das exzentrische Profil erzeugt werden. Die Verschiebung wird Exzentrizität e genannt. Dieses erzeugte exzentrische Profil ist auch dichtkämmend. Die Formen der Konturen werden nach der Verschiebung nicht verändert. Das nachfolgende Bild zeigt die Verschiebung der Profile.

Mit diesen Randbedingungen ergibt sich auch für den exzentrischen Knetblock als Grundlage für die Berechnung und die Volumenstrombilanz das Rinnenmodell in nachfolgendem Bild.

Wenn der Kammwinkel null ist, ist das Durchmesserverhältnis des dreigängigen Profils am maximalsten Punkt.

Maximales Durchmesserverhältnis von dreigängigem Profil (i=3)

$$D_{v,3} = D_{a,3 \max} = \frac{1}{2 \cdot \cos\left(\frac{\pi}{2 \cdot i}\right) - 1} = 1.366 \tag{Gleichung 3-13}$$

Außendurchmesser von dreigängigem Profil

$$D_{a,3} = \frac{2 \cdot a}{1 + \frac{1}{D_{v,3}}}\tag{Gleichung 3-14}$$

Exzentrizität e

$$e = \frac{D_{a,2} - D_{a,3}}{2} \tag{Gleichung 3-15}$$

Innendurchmesser von dreigängigem Profil

$$D_{i,3} = 2 \cdot a - D_{a,3} \tag{Gleichung 3-16}$$

Die untenstehende Grafik zeigt das Standardprofil (schwarz) und das exzentrische Profil (rot). Das schwarze Profil ist zentrisch und symmetrisch über dem Rotationszentrum O Punkt. Außerdem ist es auch symmetrisch über 3 den Achsen: AD; BE und CF. Dagegen ist das rote Profil nur über x-Achse symmetrisch.

Das vorliegende Profil zeigt, dass die Kammwinkel null sind. Deswegen sind die Flankenwinkel des Standardprofils gleich:

$$\angle AOB = \angle BOC = \angle COD = \Omega_3 = 60°$$

Kammwinkel: $$\phi_{k,3} = \phi_{g,3} = 0 \tag{Gleichung 3-17}$$

Flankenwinkel: $$\angle AOB = \angle BOC = \angle COD = \Omega_3 = 60° \tag{Gleichung 3-18}$$

Außenradius: $$R_{a,3} = \frac{D_{a,3}}{2} \tag{Gleichung 3-19}$$

Innenradius: $$R_{i,3} = \frac{D_{i,3}}{2} = \left(a - \frac{D_{a,3}}{2}\right) \tag{Gleichung 3-20}$$

Durch diese Geometriegrößen können die Koordinaten der Punkte im dreigängigen Standardprofil ausgerechnet werden. Weil das Profil symmetrisch ist, wird nur die halbe Kontur als Rechenobjekt gewählt.

A: $$x_A = R_{i,3}; \quad y_A = 0$$

B: $$x_B = R_{i,3} \cdot \cos 60° = \frac{1}{2}R_{i,3}; \quad y_B = R_{i,3} \cdot \sin 60° = \frac{\sqrt{3}}{2}R_{i,3}$$

C: $$x_C = R_{i,3} \cdot \cos 120° = -\frac{1}{2}R_{i,3}; \quad y_C = R_{i,3} \cdot \sin 120° = \frac{\sqrt{3}}{2}R_{i,3}$$

D: $$x_D = -R_{i,3}; \quad y_D = 0$$

Die Eingabe der Daten für Distanzelemente erfolgt analog zu den zuvor erwähnten Elementen. Die hierfür erforderlichen Daten sind in der Abbildung dargestellt.

Die für die Eingabe der Blisterelemente notwendigen Daten sind unten dargestellt, wobei die Blisterscheibenbreite Ls die halbe Elementlänge nicht überschreiten darf.

Blisterscheiben, auch Stauscheiben genannt, bestehen aus hintereinander versetzt angeordneten Scheiben. Zur vollständigen Beschreibung der Geometrie werden folgende Geometriegrößen benötigt:

• Achsabstand a,
• Außendurchmesser Da,
• Innendurchmesser Di,
• Länge des gesamten Elementes LB,
• Länge der Scheibe Ls und
• Schrägungswinkel s

Für die Berechnung wird das Blisterelement in Scheiben unterteilt.

Zur Charakterisierung dieser Scheiben werden in der Berechnung folgende dimensionslose Kennzahlen verwendet:

$$k_1 = \frac{D_a}{D_z} \tag{3.39}$$

$$k_2 = \frac{D_i}{D_a} \tag{3.40}$$

$$cl = \frac{a}{D_z/2} \tag{3.41}$$

Die Definition der Geometrie von Zahnmischelementen ist in der Abbildung dargestellt. Es ist zu beachten, dass in SIGMA die vereinfachende Annahme getroffen wird, dass der Spalt zwischen den Zahnscheiben vernachlässigbar ist.

Bei der Eingabe von Übergangsknetelemente ist Folgendes zu beachten:

• Um Knetblöcke vollständig beschreiben zu können, muss zusätzlich zu Länge und Durchmesser auch die Anzahl der Knetscheiben angegeben werden, die zu einem Knetblock zusammengefasst werden sollen.
• Darüber hinaus wird der Versatzwinkel benötigt. Die Eingabe des Versatzwinkels ist nur im Bereich $$-\frac{180°}{i} \leq \text{Versatzwinkel} \leq \frac{180°}{i}$$ zulässig, wobei i die Gangzahl der Elemente ist. 2-3 beschreibt einen Zwei- auf Dreigängerknetblock und 3-2 umgekehrt. Die Eingabe negativer Versatzwinkel charakterisiert einen Knetblock mit abstauender Wirkung, positive Versatzwinkel einen förderaktiven Knetblock. Förderneutrale Knetblöcke erhält man durch Eingabe eines Versatzwinkels von $$\frac{180°}{i}$$ Der Übergangswinkel $$\alpha'$$ beschreibt den Winkel der letzten Übergangsknetscheibe auf die neue Gangszahl.

Die Eingabemaske zur Definition und Änderung von Gewindeelementen (sowohl Förder- als auch Rückförderelemente) enthält alle Werte, die zur eindeutigen Beschreibung von dicht-kämmenden Profilen notwendig sind.

Was mit den zu definierenden Größen im Einzelnen gemeint ist, kann aus der Zeichnung eines Elementpaares in der Abbildung entnommen werden.

Bei der Eingabe ist folgendes zu beachten:

• Der Achsabstand kann in dieser Maske nicht geändert werden, da er durch die bereits eingegebenen allgemeinen Maschinendaten vorbestimmt ist.
• Die Eingabe der Länge des Schneckenelementes und der Gangsteigung kann wahlweise in Absolutwerten ([mm]) oder in Vielfachen des Rastermaßes erfolgen.
• Bei der Gangzahl können folgende Übergänge definiert werden:
  • 1-2: Übergang von eingängig auf zweigängig
  • 2-1: Übergang von zweigängig auf eingängig
  • 2-3: Übergang von zweigängig auf dreigängig
  • 3-2: Übergang von dreigängig auf zweigängig
• Der Volumenkorrekturfaktor ist ein Maß für die Abweichung der theoretisch dicht kämmenden Geometrie, die in SIGMA verwendet wird, zur realen Geometrie.
• (Alternativ zum Volumenkorrekturfaktor können zusätzliche Eingaben zur exakten Definition der Geometrie vorgegeben werden. Hierbei ist der reale Schneckendurchmesser und entweder der Kamm- oder der Grundwinkel des Schnecken-profils einzugeben. Der jeweils andere Winkel wird berechnet.)

Sobald alle notwendigen Eingaben vorgenommen wurden, entsteht aus der statischen Vorschau eine den Elementangaben vorgegebene Direktvorschau (dynamische Ansicht).