Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus pulver- oder pastenförmigem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formlingen, zum Beispiel Granulat oder Tabletten, aus pulver- oder pastenförmigen Materialien.
Für das Verformen von pulver- oder pastenförmigen Materialien zu gleichmässigem Granulat, Tabletten etc. sind im wesentlichen 2 Verfahren bekannt. Bei dem einen Verfahren wird das Material in Einzelformen eingefüllt und dort durch einen in die Form passenden Stempel zu dem gewünschten Formling verdichtet. Dieses Verfahren mit Einzelformen ist besonders beim Herstellen von Tabletten gebräuchlich. Die bisher festen Formen für dieses Verfahren werden sehr kompliziert, wenn man tonnenförmige oder sogar kugelförmige Formlinge herstellen will. Dies wird erfindungsgemäss durch Herstellen der Formen aus einem elastischen Werkstoff vereinfacht. Ausserdem macht der elastische Werkstoff es möglich, statt je einen Kolben pro Form eine einzige Druckfläche für eine Vielzahl von Formen anzuwenden und damit leistungsfähigere und billigere Maschinen zu bauen.
Bei dem anderen Grundverfahren wird das pulveroder pastenförmige Material mittels Kolben-, Schnekken- oder Walzenpressen durch Formdüsen zu Strängen gepresst, die nach dem Düsenaustritt auf die gewünschte Länge abgeschnitten werden. Dieses kontinuierlich arbeitende Verfahren findet insbesondere beim Herstellen von Granulat Anwendung. Die bekannten Ausführungen dieser Maschinen arbeiten mit festen, meist metallischen Formdüsen, deren Reibungswiderstand durch Querschnittsform, Länge und Reibungskoeffizient festgelegt ist.
Dieser einmalige festgelegte Reibungswiderstand auf der Düsenseite macht die Verarbeitung vieler Materialien ausserordentlich schwierig oder unmöglich, da die rheologischen Eigenschaften dieser Pulver oder Pasten die notwendige Fliessfähligkeit in den Düsen nur in einem sehr eng begrenzten Bereich von Feuchtigkeit, Pressung etc. erlauben.
Erfindungsgemäss arbeiten diese Maschinen erheblich betriebsicherer und universeller, wenn man verfahrensgemäss mit Formen und Formdüsen aus elastischen Werkstoffen z. B. Gummi und Kunststoffen arbeitet, deren Reibungswiderstand sich infolge der Elastizität in einen weiten Bereich auf das Material einstellt.
Der Erfindungsgegenstand ist, zum Teil in schematischer Form, in den anliegenden Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt durch ein elastisches Formband nach Linie Iw der Fig. 2.
Fig. 2 Draufsicht auf eine Formbandmaschine nach Fig. 1.
Fig. 3 Schema einer Formbandmaschine mit Aufgabe-, Evakuier-, Press- und Abwurfzone.
Fig. 4 Querschnitt durch Formband in der Aufgabezone.
Fig. 5 Querschnitt durch Formband in der Presszone.
Fig. 6 Querschnitt durch Formband in der Abwurfzone.
Fig. 7 Granulierschnecke mit elastischen Formdüsen.
Fig. 8 2-Walzen-Granulator mit elastischen Formdüsen.
Fig. 9 Granuliertrommel mit Innenwalze und elastischen Formdüsen.
Fig. 10 Querschnitt durch elastische Formdüsen mit separierten Düsenmündern.
Fig. 11 Querschnitt durch elastische Formdüsen mit Einbettung der Düsenmünder in eine weichere eliastische Schicht.
Fig. 12 Querschnitt durch elastische Formdüsen mit Einbettung der Düsenmünder in Luftkissen und mit gesonderter Messerauflage.
Fig. 13 Querschnitt durch elastische Formdüsen für Herstellung von Strängen mit radialen Materialkerben.
Die Vorteile des Verfahrens für die Herstellung von Formlingen in elastischen Einzelformen werden an Hand des Formbandgranulators gemäss Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich. Zwischen den Presswalzen 1 und 2 ist das Formband 3 angeordnet, das mit den Walzen zusammen umläuft. Das Formband besteht aus einem elastischen Werkstoff und ist mit einer Vielzahl von Einzelformen 4 versehen. Das Material 5 wird im Einlauftrichter 6 aufgegeben und mittels des bekannten Keilspalteffekts in die einzelnen Formlöcher 4 hineingepresst. Mit Ausnahme der Umfangskraft mit der das Formband 3 auf der Walze 1 anliegt, ist der elastische Werkstoff des Formbandes zunächst nur schwach beansprucht. Im engsten Spalt zwischen den Walzen wird jedoch das elastische Formband scharf zusammengepresst und damit auch das Material in den Formlöchern zum Formling 7 verdichtet.
Das Formband 3 mit den Formlingen 7 wird auf den Walzen 8 und 9 umgelenkt. Die Walze 9 ist hierbei mit den Ausstossnocken 10 versehen, die die Formlinge 7 aus den Formlöchern 4 herausstossen.
Dieser Formbandgranulator hat den Vorteil, dass für die Verdichtung des Materials keine Einzelkolben für jedes Formloch benötigt werden und damit die billige Massenproduktion von regelmässigen Formlingen möglich wird. Die apparative Realisation des Verfahrens lässt sich mannigfach variieren. Beispielsweise kann man ein zweites elastisches Formband um die zweite Walze anordnen und statt den 2 Umlenkwalzen 8 und 9 nur eine einzige Walze benützen. Ebenso könnte das Formband durch einen festen, grossen Metallring ersetzt werden, der auf der Aussenseite die elastische Schicht trägt.
Eine andere Variante zeigen Fig. 3, 4, 5 und 6. Das elastische Formband 11 läuft dort um die Walzen 15 und 16 und ist aus der elastischen Schicht 12 mit den Formlöchern 13 sowie dem Stahlband 14 aufgebaut.
Dieses Stahlband 14 ist nicht perforiert, damit die Formlinge nicht nach unten herausfallen können. Das Material wird im Aufgabetrichter 17 zugeführt und füllt die Formlöcher 13. Die Kante 18 des Aufgabetrichters hält das überstehende Material im Aufgabetrichter zurück. Das trotzdem auf dem Band verbleibende Pulver wird mit einem rotierenden, hier nicht gezeigten Besen entfernt. Die gefüllten Formlöcher 13 (siehe auch Fig. 4) passieren nach der Füllung die Evakuierhaube 19, um soweit als möglich die Lufteinschlüsse zwischen den Partikeln zu entfernen. Um eine bessere Abdichtung der Haube 19 zu erzielen, wird die Haube gemäss Bewegungsschema 20 auf das Formband aufgepresst, läuft - wie strichpunktiert angedeutet - ein Stück mit dem Formband mit, und wird, vom Formband abgehoben, wieder in die Anfangsstellung zurückgeführt.
Die endgültige Verdichtung der Formlinge erfolgt zwischen den Presswalzen 21 und 22, wie es Fig. 5 im Detail zeigt. Durch Umlenken des Formbandes 11 auf Walze 16 öffnen sich gemäss Fig. 6 die Formlöcher soweit, dass die Formlinge bei der Umkehrung des Bandes nach unten herausfallen. Diese Anordnung des Formbandes ermöglicht die Einschaltung verschiedener Arbeitsstufen. So können bei schwierigen Materialien eine zweite Füllstufe, eine zweite Evakuierstufe und eine zweite Pressstufe angeordnet werden.
Das Granulierverfahren mit kontinuierlichem Auspressen von Strängen durch Formdüsen ist in den Fig. 7, 8 und 9 an den bekanntesten Beispielen gezeigt.
Fig. 7 stellt eine normale Pressschnecke 30 dar, die im Gehäuse 31 rotiert. Das im Aufgabetrichter 32 eingefüllte Material 33 wird von der Schnecke durch die Düsenplatte 34 mit den elastischen Formdüsen 35 zu Strängen gepresst und dort mittels des in Pfeilrichtung rotierenden Messers 36 zum Granulat geschnitten.
Bei dem 2-Walzen-Granulator Fig. 8 rotieren die 2 perforierten Walzen 40 und 41 so gegeneinander, dass das Material 42 aus dem Aufgabetrichter 43 in den Walzenspalt eingezogen wird. Der sich dort nach dem Keilspalteffekt aufbauende Druck presst das Material durch die Formdüsen 44 bzw. 45, deren Austrittsseite wiederum aus einem elastischen Werkstoff besteht. Die ausgepressten Materialstränge werden durch die Messer 46 und 47 laufend abgeschnitten. Der Keilspalteffekt baut auch in der Granuliertrommel Fig. 9 mit dem rotierenden Granulierring 50 und der rotierenden Innenwalze 53 den Pressdruck auf. Das auf der Innenseite aufgegebene Material 54 wird zuerst durch die Bohrungen des festen Ringes 51 und dann durch den darauf befestigten elastischen Formdüsenring 52 gepresst. Die austretenden Stränge werden durch das Messer 55 zu Granulat geschnitten.
Die Fig. 10 bis 13 zeigen beispielhaft verschiedene Ausführungen der elastischen Formdüsen. In Fig. 10 ist der elastische Teil 61 auf einem Stahlteil 60 aufvulkanisiert oder geklebt. Die zylindrischen Bohrungen 62 laufen in den konischen Düsenmund 63 aus. Der elastische Werkstoff ist hierbei um den Düsenmund 63 herum 64 so ausgespart, dass sich der Düsenmund entsprechend dem Pressdruck mehr oder weniger öffnet und sich damit automatisch den Materialeigenschaften anpasst.
Die Aussparungen 64 haben den Nachteil, dass sich dort Material ansetzen kann. Dies wird gemäss Fig. 11 vermieden durch Ausfüllung der Aussparungen mit einem sehr weichen Material 65 oder wie in Fig. 12 dargestellt durch Einbau der Luftkissen 66 um die Düsenmünder 63.
Die Ausführungen nach Fig. 10 und 11 haben für gewisse Materialien den Nachteil, dass auch das Messer zum Abschneiden des Granulats eine genügende Distanz zu den Düsenmündern haben muss, um ein Anhängen am elastischen Werkstoff zu vermeiden. Für solche Materialien werden zweckmässig die Düsenmünder 63 gemäss Fig. 12 auf der Austrittseite mit dem festen Teil 67 versehen, an dem das Messer direkt angelegt werden kann.
Das Beispiel von Fig. 13 zeigt, wie die elastischen Formdüsen sich auch aus mehreren Schichten verschiedener Härte und Elastizität aufbauen lassen. Hierbei ist auf einen metallischen Teil 70 eine elastische Schicht 71, eine härtere 72 und wiederum am Austritt eine elastische Schicht 73 aufgebaut. Wird bei solchen Düsen die Pressleistung entsprechend gewählt, so kann man tiefe Einkerbungen im Pressstrang und damit kugelartiges Granulat erhalten.
Mit einem ähnlichen Aufbau der Formlöcher im Formband können ebenfalls spezielle Granulatformen erzeugt werden.