Die Erfindung betrifft einen Doppel-Schnecken-Extruder.
Derartige Doppel-Schnecken-Extruder sind beispielsweise aus der WO 97/12 746 bekannt. Bei diesen bekannten Doppel-Schnecken-Extrudern ist ein Verhältnis von Aussendurchmesser D a zu Innendurchmesser D i der Schnecke im Bereich von 1,4 bis 1,6 gegeben, bei Drehzahlen n > 600 min<-1> und bei einem spezifischen Drehmoment Md/a<3> > 11 Nm/cm<3 >pro Schneckenwelle, wobei a den Achsabstand der beiden Schneckenwellen angibt. Mit diesem bekannten Doppel-Schnecken-Extruder konnte bei einem vorgegebenen üblichen Verhältnis von Aussendurchmesser zu Innendurchmesser der Schnecke eine drastische Leistungserhöhung erreicht werden, ohne dass Temperaturspitzen im zu behandelnden Material zu Schädigungen führten. Dieses überraschende Ergebnis gilt für Maschinen mit einer im Rahmen des Üblichen liegenden D a /D i .
Für grossvolumige Doppel-Schnecken-Extruder gilt nach wie vor, dass diese bei maximalen Drehzahlen bis 614 min<-1> und niedrigen Drehmomenten betrieben werden können, womit sie üblicherweise für Prozesse verwendet werden, bei denen niedrige Dichten des zu behandelnden Materials und vergleichsweise kleine Energieeinleitungen bezogen auf den Durchsatz, also die Einleitung geringer spezifischer Energie, vorliegen. Wenn das durch das Verhältnis von Schneckenaussendurchmesser zu Schneckeninnendurchmesser vorgegebene freie Volumen der Schnecken ausgenutzt und die Drehzahl angepasst wird, liegt in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Material die verfahrenstechnische Begrenzung häufig im installierten Drehmoment. Die an sich aufgrund des vorhandenen grossen freien Volu mens und der Drehzahl möglichen Durchsätze können daher nicht erreicht werden.
Man spricht insoweit von drehmomentbegrenzten Prozessen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppel-Schnecken-Extruder so auszugestalten, dass auch bei einer grossvolumigen Ausführung die Drehmomentbegrenzung vermieden wird und entsprechend hohe Leistungen möglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Doppel-Schnecken-Extruder mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auch bei grossvolumigen Extrudern hohe Drehzahlen von über 650 min<-1> oder bevorzugt sogar über 800 min<-1> bei gleichzeitig hohen spezifischen Drehmomenten von gleich oder grösser 7,5 Nm/cm<3> und bevorzugt von gleich oder grösser 8,0 Nm/cm<3> möglich sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt Fig. 1 einen Doppel-Schnecken-Extruder im vertikalen Längsschnitt, Fig. 2 den Doppel-Schnecken-Extruder im horizontalen Längsschnitt und Fig. 3 einen Querschnitt durch den Doppel-Schnecken-Extruder entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 1.
Der in den Zeichnungen dargestellte Doppel-Schnecken-Extruder weist ein Gehäuse 1 auf, das aus mehreren Gehäuse-Abschnitten 2, 3, 4 aufgebaut ist, die Flansche 5 aufweisen, an denen sie mittels Schrauben 6 lösbar miteinander verbunden sind.
Das Gehäuse 1 weist zwei zueinander parallele, einander teilweise durchdringende zylindrische Gehäusebohrungen 7, 8 mit zueinander parallelen Achsen 9, 10 auf. In den Gehäusebohrungen 7, 8 sind Schneckenwellen 11, 12 angeordnet, die jeweils eine den Kern der jeweiligen Schneckenwelle 11 bzw. 12 bildende Welle 13, 14 und jeweils eine auf dieser angebrachte, schraubenlinienförmig verlaufende, also gewindeartig ausgebildete Schnecke 15, 16 aufweisen. Durch jede Schnecke 15, 16, die Welle 13, 14 und die Gehäusebohrung 7, 8 wird an jeder Schneckenwelle 11, 12 ein Schneckenkanal 17, 18 begrenzt.
Wie Fig. 2 entnehmbar ist, verlaufen die beiden Schnecken 15, 16 gleichsinnig. Wie den Fig. 2 und 3 entnehmbar ist, kämmen die Schnecken 15, 16 miteinander, d.h. die Schnecke 16 der Schneckenwelle 12 greift in den Schneckenkanal 17 der Schneckenwelle 11 ein und umgekehrt.
An dem - bezogen auf eine Förderrichtung 19 - stromaufwärts gelegenen Gehäuseabschnitt 2 ist ein Zuführtrichter 20 ausgebildet, durch den die zu behandelnden Materialien zugeführt werden. Am - bezogen auf die Förderrichtung 19 - stromabwärts gelegenen Gehäuse-Abschnitt 4 können noch Austragswerkzeuge 21, wie Granulier-Lochplatten, Düsenköpfe für das Spritzgiessen und dergleichen angebracht werden.
Die Schneckenwellen 11, 12 werden jeweils von einem Motor 22 über eine Kupplung 23 und ein Verteiler-Getriebe 24 angetrieben und zwar im gleichen Drehsinn 25. Jede Welle 13 bzw. 14 kann mit dem Drehmoment M d angetrieben werden. Der Abstand a der Achsen 9, 10, der Aussendurchmesser D a jeder Schnecke 15 bzw. 16 und deren Innendurchmesser D i sind ebenfalls in der Zeichnung dargestellt. D a und D i sind für beide Schneckenwellen 11, 12 identisch.
Für das Verhältnis von Aussendurchmesser D a zu Innendurchmesser D i jeder Schnecke 15 bzw. 16 gilt: D a /D i >= 1,8.
Motor 22, Kupplung 23 und Getriebe 24 sind so ausgelegt, dass die Schneckenwellen 11, 12 mit einer Drehzahl n angetrieben werden, für die gilt: n > 600 min<-1> und bevorzugt n > 800 min<-1>.
Motor 22, Kupplung 23, Getriebe 24 und Schneckenwellen 11, 12 mit Schnecken 15, 16 sind so ausgelegt, dass für das spezifische Drehmoment M d /a<3> für jede Welle 13 und 14 gilt:
M d /a<3> = 7,5 bis 9,0 Nm/cm<3> und bevorzugt M d /a<3> >= 7,5 Nm/cm<3> (nach oben offen) und ganz besonders bevorzugt M d /a<3> >= 8,0 Nm/cm<3> (nach oben offen) wobei gilt M d [Nm] und a [cm].
The invention relates to a twin-screw extruder.
Such twin-screw extruders are known, for example, from WO 97/12746. In these known twin-screw extruders there is a ratio of outside diameter D a to inside diameter D i of the screw in the range from 1.4 to 1.6, at speeds n> 600 min <-1> and at a specific torque Md / a <3>> 11 Nm / cm <3> per worm shaft, where a indicates the center distance of the two worm shafts. With this known twin-screw extruder, a drastic increase in power could be achieved at a given conventional ratio of outer diameter to inner diameter of the screw without causing temperature peaks in the material to be treated to damage. This surprising result applies to machines with a D a / D i lying within the scope of the conventional one.
For large volume twin screw extruders it is still considered that they can be operated at maximum speeds up to 614 min <-1> and low torques, thus commonly used in processes involving low densities of material to be treated and comparatively small Energy inputs based on the throughput, so the introduction of low specific energy present. If the free volume of the screws specified by the ratio of external screw diameter to internal diameter of the screw is utilized and the rotational speed is adjusted, the procedural limitation often depends on the installed torque, depending on the material to be treated. The in itself due to the existing large free Volu mens and the speed possible throughputs can not be achieved.
In this respect, one speaks of torque-limited processes.
The invention has for its object to design a twin-screw extruder so that even with a large-volume design, the torque limiter is avoided and correspondingly high power levels are possible.
This object is achieved according to the invention in a twin-screw extruder having the features of claim 1. Surprisingly, it has been shown that even with large-volume extruders high speeds of over 650 min <-1> or preferably even over 800 min <-1> with high specific torques of equal to or greater than 7.5 Nm / cm <3> and preferred equal to or greater than 8.0 Nm / cm <3> are possible.
Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing. 1 shows a double-screw extruder in a vertical longitudinal section, FIG. 2 shows the double-screw extruder in a horizontal longitudinal section, and FIG. 3 shows a cross-section through the twin-screw extruder corresponding to the section line III-III in FIG ,
The twin-screw extruder shown in the drawings comprises a housing 1, which is composed of a plurality of housing sections 2, 3, 4, the flanges 5 have, at which they are releasably connected to each other by means of screws 6.
The housing 1 has two mutually parallel, partially penetrating cylindrical housing bores 7, 8 with mutually parallel axes 9, 10. In the housing bores 7, 8 screw shafts 11, 12 are arranged, each having a core of the respective worm shaft 11 and 12 forming shaft 13, 14 and in each case mounted on this, helically extending, so thread-like screw 15, 16 have. Through each screw 15, 16, the shaft 13, 14 and the housing bore 7, 8, a worm passage 17, 18 is limited to each worm shaft 11, 12.
As can be seen in FIG. 2, the two screws 15, 16 extend in the same direction. As can be seen in Figs. 2 and 3, the worms 15, 16 mesh with each other, i. the worm 16 of the worm shaft 12 engages in the worm passage 17 of the worm shaft 11 and vice versa.
At the - relative to a conveying direction 19 - upstream housing section 2, a feed hopper 20 is formed through which the materials to be treated are supplied. On - with respect to the conveying direction 19 - downstream housing section 4 can still discharge tools 21, such as granulation perforated plates, nozzle heads for injection molding and the like are attached.
The worm shafts 11, 12 are each driven by a motor 22 via a coupling 23 and a distributor gear 24 in the same direction of rotation 25. Each shaft 13 and 14 can be driven with the torque M d. The distance a of the axes 9, 10, the outer diameter D a of each screw 15 and 16 and the inner diameter D i are also shown in the drawing. D a and D i are identical for both worm shafts 11, 12.
For the ratio of outer diameter D a to inner diameter D i of each worm 15 or 16, the following applies: D a / D i> = 1.8.
Engine 22, clutch 23 and gear 24 are designed so that the screw shafts 11, 12 are driven at a speed n, for which applies: n> 600 min <-1> and preferably n> 800 min <-1>.
Engine 22, clutch 23, gear 24 and worm shafts 11, 12 with screws 15, 16 are designed so that for the specific torque M d / a <3> for each shaft 13 and 14:
M d / a <3> = 7.5 to 9.0 Nm / cm 3 and preferably M d / a 3 = 7.5 Nm / cm 3 (open at the top) and most preferably M d / a <3>> = 8.0 Nm / cm <3> (open at the top) where M d [Nm] and a [cm].