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.
Process for the production of moldings from powder or paste material
The invention relates to a method for producing moldings, for example granules or tablets, from powdery or paste-like materials.
Essentially two methods are known for shaping powder or paste-like materials into uniform granules, tablets, etc. In one process, the material is poured into individual molds and compacted into the desired molding by a punch that fits into the mold. This single-mold process is particularly common when making tablets. The previously solid forms for this process become very complicated if you want to produce barrel-shaped or even spherical bricks. According to the invention, this is simplified by producing the molds from an elastic material. In addition, the elastic material makes it possible to use a single pressure surface for a large number of shapes instead of one piston per shape and thus to build more powerful and cheaper machines.
In the other basic method, the powder or paste-like material is pressed into strands by means of piston, screw or roller presses through shaping nozzles, which are cut to the desired length after exiting the nozzle. This continuously operating process is used in particular in the manufacture of granules. The known versions of these machines work with fixed, mostly metallic, shaped nozzles, the frictional resistance of which is determined by the cross-sectional shape, length and coefficient of friction.
This unique, fixed frictional resistance on the nozzle side makes the processing of many materials extremely difficult or impossible, since the rheological properties of these powders or pastes only allow the necessary flowability in the nozzles in a very narrowly limited range of moisture, pressure, etc.
According to the invention, these machines work much more reliably and universally if, according to the method, one uses molds and shaping nozzles made of elastic materials such. B. rubber and plastics works, the frictional resistance of which adjusts itself to a wide range on the material due to the elasticity.
The subject matter of the invention is shown by way of example in the accompanying drawings, partly in schematic form. Show it:
FIG. 1 cross section through an elastic molding band along line Iw in FIG. 2.
FIG. 2 top view of a forming belt machine according to FIG. 1.
Fig. 3 Scheme of a forming belt machine with feed, evacuation, press and discharge zone.
Fig. 4 Cross section through the molding belt in the feed zone.
Fig. 5 Cross section through the molding belt in the pressing zone.
Fig. 6 Cross section through the forming belt in the discharge zone.
Fig. 7 Granulating screw with elastic shaping nozzles.
Fig. 8 2-roller granulator with elastic shaping nozzles.
Fig. 9 Granulating drum with inner roller and elastic shaping nozzles.
Fig. 10 cross section through elastic molding nozzles with separated nozzle mouths.
11 shows a cross section through elastic shaping nozzles with the nozzle mouths being embedded in a softer elastic layer.
12 cross section through elastic shaping nozzles with the nozzle mouths embedded in air cushions and with a separate knife support.
13 shows a cross section through elastic shaping nozzles for the production of strands with radial material notches.
The advantages of the method for the production of moldings in elastic individual molds can be seen on the basis of the molding belt granulator according to FIGS. 1 and 2. The forming belt 3, which rotates together with the rollers, is arranged between the press rollers 1 and 2. The molding tape consists of an elastic material and is provided with a large number of individual shapes 4. The material 5 is fed into the inlet funnel 6 and pressed into the individual molded holes 4 by means of the known wedge gap effect. With the exception of the circumferential force with which the molding belt 3 rests on the roller 1, the elastic material of the molding belt is initially only slightly stressed. In the narrowest gap between the rollers, however, the elastic molding band is pressed together sharply and thus the material in the molding holes is also compressed to form the molding 7.
The molding belt 3 with the moldings 7 is deflected onto the rollers 8 and 9. The roller 9 is provided with the ejection cams 10, which push the moldings 7 out of the mold holes 4.
This molding band granulator has the advantage that no individual pistons are required for each molding hole for the compression of the material, which enables cheap mass production of regular moldings. The apparatus implementation of the process can be varied in many ways. For example, one can arrange a second elastic forming belt around the second roller and use only a single roller instead of the 2 deflection rollers 8 and 9. Likewise, the molding tape could be replaced by a solid, large metal ring that carries the elastic layer on the outside.
Another variant is shown in FIGS. 3, 4, 5 and 6. The elastic molding band 11 runs around the rollers 15 and 16 and is made up of the elastic layer 12 with the molding holes 13 and the steel band 14.
This steel band 14 is not perforated so that the briquettes cannot fall out downwards. The material is fed into the feed hopper 17 and fills the shaped holes 13. The edge 18 of the feed hopper holds back the protruding material in the feed hopper. The powder still remaining on the belt is removed with a rotating broom, not shown here. The filled shaped holes 13 (see also FIG. 4) pass the evacuation hood 19 after filling in order to remove the air inclusions between the particles as far as possible. In order to achieve a better seal of the hood 19, the hood is pressed onto the molding belt according to the movement diagram 20, runs along with the molding belt for a while, as indicated by dash-dotted lines, and is, lifted off the molding belt, returned to the starting position.
The final compression of the briquettes takes place between the press rollers 21 and 22, as FIG. 5 shows in detail. By deflecting the forming belt 11 onto the roller 16, according to FIG. 6, the shaped holes open to such an extent that the briquettes fall out when the belt is reversed. This arrangement of the forming belt enables various work stages to be switched on. With difficult materials, a second filling stage, a second evacuation stage and a second pressing stage can be arranged.
The granulation process with continuous extrusion of strands through molding nozzles is shown in FIGS. 7, 8 and 9 in the most well-known examples.
FIG. 7 shows a normal screw press 30 rotating in housing 31. The material 33 filled in the feed hopper 32 is pressed into strands by the screw through the nozzle plate 34 with the elastic shaping nozzles 35, and there it is cut into granules by means of the knife 36 rotating in the direction of the arrow.
In the 2-roll granulator FIG. 8, the 2 perforated rolls 40 and 41 rotate against one another in such a way that the material 42 is drawn from the feed hopper 43 into the roll gap. The pressure that builds up there after the wedge gap effect presses the material through the shaping nozzles 44 or 45, the exit side of which in turn consists of an elastic material. The extruded strands of material are continuously cut off by the knives 46 and 47. The wedge gap effect also builds up the pressing pressure in the granulating drum FIG. 9 with the rotating granulating ring 50 and the rotating inner roller 53. The material 54 applied on the inside is first pressed through the bores of the fixed ring 51 and then through the elastic molding nozzle ring 52 fastened thereon. The emerging strands are cut into granules by the knife 55.
FIGS. 10 to 13 show examples of different designs of the elastic shaping nozzles. In FIG. 10, the elastic part 61 is vulcanized or glued onto a steel part 60. The cylindrical bores 62 terminate in the conical nozzle mouth 63. The elastic material is recessed around the nozzle mouth 63 in such a way that the nozzle mouth opens more or less according to the pressure and thus automatically adapts to the material properties.
The recesses 64 have the disadvantage that material can accumulate there. According to FIG. 11, this is avoided by filling the cutouts with a very soft material 65 or, as shown in FIG. 12, by installing the air cushions 66 around the nozzle mouth 63.
The embodiments according to FIGS. 10 and 11 have the disadvantage for certain materials that the knife for cutting off the granulate must also have a sufficient distance from the nozzle mouths in order to avoid clinging to the elastic material. For such materials, the nozzle mouths 63 according to FIG. 12 are expediently provided on the outlet side with the fixed part 67 on which the knife can be placed directly.
The example of FIG. 13 shows how the elastic shaping nozzles can also be built up from several layers of different hardness and elasticity. In this case, an elastic layer 71, a harder 72 and, in turn, an elastic layer 73 at the outlet are built up on a metallic part 70. If the pressing power is selected accordingly with such nozzles, deep notches in the pressed strand and thus spherical granules can be obtained.
With a similar structure of the shaped holes in the molding belt, special granulate shapes can also be produced.