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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln von schüttfähigem Ausgangsmaterial
zu Granulaten, Agglomeraten, Pellets, Presslingen und dergleichen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei
der Herstellung von Presslingen, Pellets, Compounds, Composites,
Agglomeraten oder Granulaten liegt das der Bearbeitung zugrundeliegende Aufgabegut
zumeist in schüttfähiger Konsistenz
vor. Mit Hilfe einer Pressschnecke wird das Aufgabegut zu den Bearbeitungswerkzeugen
gebracht, wo es in Abhängigkeit
vom späteren
Verwendungszweck entsprechend verarbeitet wird.
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Zur
Herstellung einfacher Produkte wie zum Beispiel von Presslingen
oder Pellets genügt
es, das Aufgabegut, z.B. Holz (Holzmehl, Holzfasern, Hobelspäne, Sägespäne) zu verdichten
und durch ein Formwerkzeug zu pressen. Die qualitativen Ansprüche an das
entstehende Produkt sind dabei eher gering. Einen konstruktiv größeren Aufwand
bedeutet die Herstellung von qualitativ hochwertigen Granulaten
und Agglomeraten aus sortenreinem Aufgabegut, wie zum Beispiel PE-Granulat.
Dazu wird das trockene Aufgabegut nach seiner Verdichtung einem
Agglomerator oder Extruder zugeführt.
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Alle
genannten Verarbeitungsverfahren beginnen mit einer starken Verdichtung
des Aufgabeguts, die infolge des hohen Druckes und der intensiven
Reibungskräfte
eine erhebliche Wärmeentwicklung
mit sich bringt. Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen
kann die Wärmeentwicklung
so beeinflusst werden, dass es zu einem Plastifizieren des Aufgabeguts
und im weiteren zur Bildung von Granulaten und Agglomeraten kommt,
die dann als Ausgangsstoff zur Beschickung von Extrudern, Spritzgussmaschinen,
Pressen und dergleichen in nachfolgenden Produktionsprozessen Verwendung finden.
Den Kunststoffen können
auch Zusatzstoffe wie z.B. Holzmehl oder Holzfasern beigemengt sein, um
Wood-Plasic-Composites (WPC) zu erzeugen.
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Bei
dem Herstellungsvorgang ist die Einhaltung einer oberen Temperaturgrenze
von eminenter Bedeutung. Übersteigen
die Temperaturen in der Vorrichtung einen materialspezifischen Grenzwert setzt
eine thermische Zersetzung und somit chemische Umwandlung des Aufgabeguts
ein. Ein derart geschädigtes
Granulat ist aufgrund der damit einhergehenden Verschlechterung
der physikalischer Eigenschaften nur noch für eine Weiterverarbeitung zu Produkten
minderer Qualität
verwendbar.
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Eine
zu dem beschrieben Zweck geeignete Vorrichtung ist aus der
DE 32 10 974 A1 bekannt. Diese
Vorrichtung besitzt eine Pressschnecke, an deren dem Einlauf gegenüber liegendem
Ende ein Ringraum und/oder eine Lochplatte angeordnet ist. Im Zuge
der axialen Förderung
des Aufgabeguts zum Ringraum oder zur Lochplatte findet ein kontinuierlicher
Druckaufbau in der Pressschnecke statt. Zu diesem Zweck kann die
Pressschnecke eine über
ihre Länge
veränderliche
Steigung der Schneckenwendeln und/oder eine Konizität aufweisen.
Den maximalen Druck erreicht das Aufgabegut direkt vor und beim
Durchgang durch den Ringraum oder die Lochplatte, wo infolge der
vorhandenen Druck- und Friktionskräfte eine beträchtliche
Temperaturentwicklung vorhanden ist. Bei thermoplastischen Kunststoffen führen die
hohen Temperaturen zu deren Erweichen, wodurch erst der Durchgang
durch den Ringraum oder die Lochscheibe möglich ist.
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Es
sind auch schon Vorrichtungen bekannt, bei denen an Stelle des Ringraumes
oder der Lochplatte am Ende der Pressschnecke zwei kegelförmige Reibelemente
unter Einhaltung eines Reibspalts koaxial ineinander liegend angeordnet
sind, deren sich zugewandte Flächen
mit Reibleisten besetzt sind. Durch eine Relativbewegung der Reibelemente untereinander
wird das von der Pressschnecke in den Reibspalt gepresste Aufgabegut
zwischen den Reibelementen hohen Scherkräften ausgesetzt und infolge
der damit verbundenen Friktionswärme
agglomeriert.
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Der
Nachteil dieser Vorrichtungen liegt darin, dass das Aufgabegut bereits
in der Schnecke großen Druck-
und Scherkräften
ausgesetzt ist, so dass es zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu einer Erwärmung des
Aufgabeguts kommt. Durch Kumulation der Wärmeenergie beim Durchgang des
Aufgabeguts durch die Vorrichtung ist bis zum Erreichen des Ringraumes,
der Druckplatte oder der Reibelemente die maximale Temperatur oft
schon überschritten
mit den eingangs beschriebenen Nachteilen. Diesem Problem begegnet
man im allgemeinen durch die Integration von Kühleinrichtungen. Trotzdem ist
die Regelung der Temperatur innerhalb der Vorrichtung sehr schwierig,
so dass der Temperaturverlauf eine große Schwankungsbreite aufweist
und demzufolge nur Granulat uneinheitlicher Form und Güte erzeugt wird.
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Um
dieser Problematik Herr zu werden, ist in der
DE 38 42 972 C1 ein Agglomerator
beschrieben, der eine Förderschnecke
mit Guteinlauf besitzt, die das thermoplastische Aufgabegut axial
in einen scheibenförmigen
Arbeitsraum leitet, dessen äußerer Umfang
einen ringförmigen
Verdichtungsraum bildet. Der Verdichtungsraum wird umfangseitig
von einer Lochmatrize begrenzt, durch welche das Aufgabegut nach
ausreichender Verdichtung und Erwärmung mittels eines rotierenden
Druckflügels
radial gepresst wird. Durch die sichelförmige Ausbildung des Druckflügels entsteht
eine sich entgegen der Rotationsrichtung verjüngende Kompressionszone, in
die das Aufgabegut im Zuge der Rotation des Druckflügels eingezogen
und im weiteren steigenden Druckkräften ausgesetzt werden. Zugleich
führt die
dem Aufgabegut durch den rotierenden Druckflügel aufgezwungene Durchmischung
zu starken Scher- und Reibungskräften,
was insgesamt zu einer raschen autogenen Wärmeentwicklung im Verdichtungsraum
und der Kompressionszone führt.
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Mit
dem Temperaturanstieg geht ein Erweichen des thermoplastischen Aufgabeguts
einher, wodurch wiederum dessen Haftwiderstand beim Durchtritt durch
die Lochmatrize sinkt. Mit Erreichen dieses Zustandes ist daher
eine weitere Steigerung der Druck- und Scherkräfte nicht mehr möglich, da
das Aufgabegut diesen Tendenzen aufgrund der damit verbundenen Temperaturerhöhung durch
Verringerung der Viskosität
entgegensteuert. Es stellt sich somit ein Gleichgewichtszustand
ein, bei dem die Temperatur unterhalb der oberen Grenztemperatur
des jeweiligen Aufgabeguts bleibt.
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Der
Vorteil dieser Vorrichtung besteht somit in einer selbsttätigen Regulierung
der Temperatur in der Vorrichtung, so dass eine Schädigung des
Aufgabeguts infolge thermischer Überbeanspruchung
ausgeschlossen ist.
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In
der Praxis haben sich solche Vorrichtungen durch die konstant hohe
Qualität
des erzeugten Granulats bewährt.
Auffallend war jedoch eine gewisse Schwankungsbreite in der Maschinenleistung
verschiedener Vorrichtungen untereinander trotz Verwendung gleicher
Bauteile.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Vorrichtungen
derart weiterzuentwickeln, dass bei gleichbleibend hoher Qualität des Endprodukts
eine maximale Maschinenleistung erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung zeichnet sich durch die Verdichtung des Aufgabeguts zu
einem möglichst
späten
Zeitpunkt innerhalb des Umwandlungsprozesses aus. Dabei übernimmt
die Förderschnecke
im wesentlichen den axialen Materialtransport zum Druckelement ohne
einen nennenswerten Druckaufbau zu erzeugen. Erst nach Umlenkung
des Gutstroms im Arbeitsraum in eine radiale Richtung findet eine
immer höher
werdende Verdichtung statt. So ist es möglich, dass das Aufgabegut
eine konstante Temperaturerhöhung
erfährt
und erst mit dem Durchtritt durch die Öffnungen der Lochmatrize seine
maximale Temperatur erreicht.
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Großen Einfluss
auf diese Vorgänge
hat der Materialfluss innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dabei insbesondere im Bereich der Richtungsumlenkung zur Lochmatrize
hin. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
dieses Bereichs wird erreicht, dass bei möglichst großem Fließquerschnitt des Aufgabeguts
eine sprunghafte Volumenerweiterung mit dem Erreichen des ringförmigen Verdichtungsraumes
nach dessen Richtungsumlenkung erfolgt. Durch die plötzliche
Erweiterung des Fließquerschnittes
um die Querschnittsfläche
des ringförmigen Verdichtungsraumes
entsteht in Richtung der Lochmatrize ein Materialvakuum, das den
Materialfluss des Aufgabeguts radial nach außen begünstigt. Der große Fließquerschnitt
vor dem Eintritt in den Verdichtungsraum ermöglicht dabei ein weitestgehend ungehindertes
Nachfließen
des Aufgabeguts, so dass Druckverluste und Materialstauungen minimiert werden.
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Im
Verdichtungsraum findet eine kontinuierlich fortschreitende Verdichtung
des Aufgabeguts durch Volumenreduktion statt. Gleichzeitig wird
das Aufgabegut im Verdichtungsraum einer gleichmäßigen laminaren Umwälzbewegung
bis zum Durchtritt durch die Lochmatrize unterworfen. Diese Verhältnisse
tragen zum einen dazu bei, dass der Temperaturverlauf des Aufgabeguts
bei seinem Weg durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung kontinuierlich
ansteigt und sein Maximum im Bereich der Lochmatrize erreicht. Zum
anderen erleichtert ein konstanter und gleichmäßiger Materialfluss das Einhalten
optimaler Prozessparameter und ermöglicht so eine Produktion mit
gleichbleibend hoher Qualität
bei maximaler Maschinenleistung und geringem Energieaufwand.
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Den
Idealfall der Erfindung stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar,
bei der die relative Lage von Druckelement zu Förderschnecke derart ist, dass
das Ende der Schneckenwendel im Schnittpunkt der Druckfläche des
Druckarms mit der zentralen Öffnung
der ersten Ringwand zusammenfällt.
Mit dieser Ausführungsform
erlangt man einen maximalen Fließquerschnitt im Bereich der
Richtungsumlenkung des Materialflusses und anschließend eine
annähernd
gleichmäßig zunehmende
Verdichtung des Aufgabeguts.
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Je
größer die
Abweichung von dieser optimalen relativen Lage durch einen Winkelversatz
in oder entgegen der Umlaufrichtung ist, desto größer werden
die Störungen
im Materialfluss, da man von einer im wesentlichen gleichbleibenden
Fließquerschnitt
für das
Aufgabeguts immer weiter abkommt. In Abhängigkeit von der Art des Aufgabeguts
ist das bis zu einem gewissen Grad hinnehmbar. Die Grenze ist jedoch
dann erreicht, wenn sich die erfindungsgemäßen Vorteile nicht mehr einstellen.
In diesem Sinne sind die in den Patentansprüchen genannten Werte zu verstehen,
die lediglich als Grenzwerte zu verstehen sind, so dass auch innerhalb
der Grenzwerte liegende Einzelwerte als offenbart anzusehen sind.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Druckfläche des Druckarms entgegen
der Rotationsrichtung gekrümmt
ist. Auf diese Weise wird eine degressive zunehmende Verdichtung
des Aufgabeguts in Richtung der Lochmatrize erreicht mit dem Vorteil,
dass die von dem Druckarm ausgeübten
Druckkräfte
annähernd
parallel zu den Durchtrittsöftnungen
ausgerichtet sind. Dadurch werden Druckverluste minimiert und einer übermäßigen Temperaturentwicklung
vorgebeugt.
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Als
vorteilhaft erweist sich ferner, wenn der Abschnitt der Druckfläche im Bereich
vor dem Schnittpunkt zwischen Druckfläche und zentraler Öffnung geradlinig
verläuft.
Dadurch ergibt sich eine rasche Förderung des Aufgabeguts in
den ringförmigen Verdichtungsraum.
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Die
der Förderschnecke
zugewandte Seite des Druckelements kann im Bereich der Schneckenwendel
Vertiefungen aufweisen, damit der Fließquerschnitt des Aufgabeguts,
der im letzten Abschnitt vor seiner Richtungsumlenkung vom Druckelement
und den Schneckenwendeln gebildet wird, möglichst groß ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht Druckelemente mit zwei Druckarmen vor, denen
jeweils eine Schneckenwendel zugeordnet ist. Daraus ergibt sich
ein äußerst kompaktes
und effektives Druck- und Verdichtungsaggregat, bei dem die Bereiche
für die
Richtungsumlenkung und die Bereiche für die Verdichtung des Aufgabeguts
in einem ausgewogenen Verhältnis
zueinander stehen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung besitzt einen Druckarm, bei dem dessen in Rotationsrichtung
hintere Seite des Druckarms ausgehend von dem Radialstrahl durch
den Punkt S etwa 90° entgegen
der Rotationsrichtung versetzt angeordnet ist. Dadurch wird erreicht,
dass das axial von der Förderschnecke
ankommende Aufgabegut nicht sofort auf die Stirnwand des scheibenförmigen Arbeitsraums stößt, sondern
auf das Druckelement trifft. Somit schützt der Druckarm die betreffende
Stirnwand vor übermäßigem Verschleiß.
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Da
die relative Lage zwischen Druckelement und Förderschnecke einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
unveränderlich
ist, erweist es sich als vorteilhaft, Förderschnecke und Druckelement
auf einer gemeinsamen Antriebswelle anzuordnen. Dadurch ist der
Gleichlauf von Förderschnecke
und Druckelement gewährleistet,
und es genügt
zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
lediglich ein Antriebsaggregat.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann das Druckelement und zumindest
der dem Druckelement zugeordnete letzte Abschnitt der Förderschnecke einstückig ausgebildet
sein. Dadurch ist bei der Montage einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
sichergestellt, dass die erfindungsgemäße relative Lage von Druckelement
zu Förderschnecke
eingehalten ist.
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Alternativ
hierzu ist eine zweistückige
Ausbildung möglich,
wobei die erfindungsgemäße relative Lage
von Schneckenwendeln und Druckelement über Zentrierzapfen gewährleistet
ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 einen
Querschnitt durch den in 4 dargestellten Teilbereich
der Erfindung entlang der Linie II – II,
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3 einen
Querschnitt durch den in 4 dargestellten Teilbereich
der Erfindung entlang der Linie III – III,
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4 einen
Längsschnitt
durch den in 2 dargestellten Teilbereich
entlang der Linie IV – IV
und
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5 den
Verlauf des Fließquerschnitts
des Aufgabeguts beim Durchgang durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Man sieht ein eine Rotationsachse 1 umgebendes, in etwa
trommelförmiges
Gehäuse 2,
dessen Stirnseiten von einer Vorderwand 3 und Rückwand 4 verschlossen
sind. Eine zwischen der Vorderwand 3 und Rückwand 4 angeordnete
Trennwand 5 unterteilt das Gehäuse 2. Die Vorderwand 3 besitzt
eine zentrale Öffnung,
die mit Hilfe einer schwenkbaren Gehäusetür 6 verschließbar ist. Die
Rückwand 4 bildet
zusammen mit der Trennwand 5 im Bereich der Rotationsachse 1 einen
horizontalen Lagerbereich 7 aus zur Aufnahme und Durchführung einer
Antriebswelle 8. Das außerhalb des Gehäuses 2 liegende
Ende der Antriebswelle 8 trägt eine Mehrrillenscheibe 9,
die über
nicht weiter dargestellte Riemen mit einem Antrieb verbunden ist.
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Auf
dem im Gehäuse 2 liegenden
Ende der Antriebswelle 8 sitzt drehfest eine Nabe 10 mit
sich diametral gegenüber
liegenden sichelförmigen Druckarmen 11 (2 und 3).
Die Nabe 10 und Druckarme 11 ergeben das mit 12 gekennzeichnete Druckelement,
das über
die Antriebswelle 8 in eine Rotationsbewegung um die Achse 1 versetzt
wird.
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Ausgehend
von der Trennwand 5 und fest mit dieser verbunden erstreckt
sich ein koaxial die Antriebswelle 8 umgebender Lagerzylinder 13,
der mit seinem dem Druckelement 12 zugeordneten Ende einen
in einer Radialebene angeordneten Flansch 14 trägt. An den
Flansch 14 schließt
in axialer Richtung zum Druckelement 12 hin eine ebenfalls koaxiale
Ringwand 15 an. Sowohl Flansch 14 als auch Ringwand 15 bilden
einen gleitenden Anschluss an die Nabe 10.
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Die
Gehäusetür 6 besitzt
im Bereich der Rotationsachse 1 eine ringförmige Öffnung,
an welche sich der Außenmantel 16 einer
ebenfalls koaxial angeordneten Förderschnecke 17 mit
vertikalem Guteinlauf 18 anschließt. Die Förderschnecke 17 lässt sich
somit im Zuge des Öffnens
der Gehäusetür zur Seite
schwenken. An der Innenseite der Gehäusetür 6 sieht man eine
zweite Ringwand 19, die mit axialem Abstand der Ringwand 15 gegenüberliegt
und die eine konzentrische Öffnung 40 besitzt.
Die beiden Ringwände 15 und 19 bilden
somit einen koaxialen scheibenförmigen
Arbeitsraum 20, der umfangsseitig von einer Lochmatrize 21 mit
Durchtrittsöffnungen 22 begrenzt
ist und in dem das Druckelement 12 umläuft. Infolge des größeren Durchmessers
der Öffnung 40 im
Vergleich zum Außendurchmesser
der Nabe 10 ergibt sich ein Ringspalt 23, über welchen der
Arbeitsraum 20 mit Aufgabegut beschickt wird.
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Der
Lagerzylinder 13 bildet ein horizontales Drehlager für eine Messerhalternabe 24,
die ihn koaxial umgibt und von der aus sich zwei diametral gegenüberliegende
Messerhalter 25 in radialer Richtung erstrecken und die
zur nachstell- und auswechselbaren Befestigung von Messern 26 am äußeren Umfang
der Lochmatrize 21 dienen. Über nicht dargestellte Keilriemen
lässt sich
die Messerhalternabe 24 in Rotation versetzen, wodurch
die Messer 26 den äußeren Umfang
der Lochmatrize 21 bestreichen. Die Lochmatrize 21 ist
wiederum von einem Ringkanal 30 umgeben, in welchem das
Granulat nach Durchtritt durch die Lochmatrize 21 gesammelt
und über
einen oben liegenden Materialauslauf 32 aus der Vorrichtung
abgezogen wird.
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Die
Förderschnecke 17 ist
doppelgängig ausgebildet.
Der Schneckenkern 27 entspricht der axialen Fortsetzung
der Antriebswelle 8 und ist im rückwärtigen Ende des Gehäuses der
Förderschnecke 17 in
einem Lager 28 drehbar gelagert. In der Stoßebene sind
der Schneckenkern 27 und die Antriebswelle 8 über Zentrierzapfen 31 kraftübertragend und
lösbar
miteinander verbunden. Auf dem Schneckenkern 27 sitzen
die beiden Schneckenwendel 29, die den Schneckenkern 27 mit
gleichmäßiger Steigung
umlaufen und dabei das Aufgabegut durch den Ringspalt 23 in
den Arbeitsraum 20 befördern.
Die beiden Schneckenwendeln 29 enden in der Radialebene
zwischen Ringwand 19 und Druckelement 12, wo sie
spitz auslaufen.
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Der
Materialfluss durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird von den
Pfeilen 33 angezeigt. Die Beschickung erfolgt über den
Guteinlauf 18 der Förderschnecke 17,
die das Aufgabegut im weiteren axial dem Arbeitsraum 20 zufördert. Nach
Eintritt in den Arbeitsraum 20 findet eine Richtungsumlenkung radial
nach außen
zur Lochmatrize 21 hin statt. Nach radialem Durchtritt
durch die Lochmatrize 21 und Zerkleinerung mittels der
Messer 26 gelangt das Granulat zunächst in den Ringkanal 30,
von wo es über
den Materialauslauf 32 aus der Vorrichtung ausgetragen wird.
Als kritischer Bereich auf diesem Weg erweist sich der Abschnitt
nach dem Eintreten in den Arbeitsraum 20, wo eine Umlenkung
des Materialstroms mit anschließender
Verdichtung stattfindet.
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Die 2, 3 und 4 zeigen
diesen Bereich in verschiedenen Schnitten, aus denen insbesondere
die relative Lage der Schneckenwendeln 29 und des Druckelement 12 zueinander
hervorgeht. In 3 ist ein Querschnitt mit Blick
in Richtung des Materialflusses darstellt, während 2 die entgegengesetzte
Blickrichtung zeigt.
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Man
sieht in größerem Maßstab die
Lochmatrize 21 mit radialen Durchtrittsöffnungen 22, die die Rotationsachse 1 koaxial
umgibt und dabei den scheibenförmigen
Arbeitsraum 20 umschließt, der in axialer Richtung
von den Ringwänden 15 und 19 begrenzt
ist. Die Ringwände 15 und 19 können zur
Einflussnahme auf die Temperaturentwicklung innerhalb der Vorrichtung
mit Kühlkanälen 34 und 35 ausgestattet
sein. Aufgabeseitig schließt
der Außenmantel 16 der
Förderschnecke 17 dicht
an die zentrale Öffnung 40 der
Ringwand 19 an. Innerhalb des Außenmantels 16 der
Förderschnecke 17 rotiert
der Schneckenkern 27 mit den ihn schraubenlinienförmig umlaufenden
Schneckenwendeln 29.
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Das
Druckelement 12 sitzt mit seiner Nabe 10 drehfest
auf dem letzten Abschnitt der Antriebswelle 8. Von der
Nabe 10 aus erstrecken sich in radialer Richtung zwei sich
punktsymmetrisch zur Rotationsachse 1 gegenüberliegende
flügelähnliche Druckarme 11,
die etwa die Hälfte
des Arbeitsraumes 20 einnehmen. Die andere Hälfte gliedert
sich in einen Verdichtungsraum 38 zwischen Öffnung 40 und Lochmatrize 21 und
einen sich in derselben Radialebene zur Nabe 10 hin anschließenden Umlenkbereich 41,
in welchen die Schneckenwendeln 29 der Förderschnecke 17 münden. Im
Zuge der Rotation des Druckelements 12 ergibt sich eine
umlaufende Bewegung von Verdichtungsraum 38 und Umlenkbereich 41.
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Die
Druckarme 11 des Druckelements 12 besitzen eine
in Umlaufrichtung 36 zur Verdichtung wirksame Vorderseite 37,
die im Umlenkbereich 41 geradlinig verläuft. Der sich nach außen anschließende, im
Verdichtungsraum 38 liegende Bereich der Vorderseite 37 weist
dagegen eine Krümmung
entgegen der Umlaufrichtung 36 auf, wodurch der radiale Abstand
zwischen Druckarm 11 und Lochmatrize 21 stetig
abnimmt. Auf diese Weise bilden die Druckarme 11 im Bereich
des Verdichtungsraumes 38 zwei in den 2 und 3 schraffiert
dargestellte, zwickelförmige
im Zuge der Rotation umlaufende Kompressionszonen 39.
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In
einer axialen Projektion schneiden sich die Öffnung 40 und die
Vorderseite 37 eines jeden Druckarms 11 im Punkt
S (2 und 3). Der von der Rotationsachse 1 ausgehende
Radialstrahl durch den Punkt S trägt das Bezugszeichen 42.
Ausgehend vom Radialstrahl 42 erstreckt sich entgegen der
Umlaufrichtung 36 die Kompressionszone 39, die
bei einem Winkelmaß von
etwa – 90° dort endet,
wo die Vorderseite 37 eines jeden Druckarms 11 einen
gleitenden Abschluss an die Lochmatrize 21 ausbildet. Der
in Umlaufrichtung 36 sich an den Radialstrahl 42 anschließende Bereich
wird zusammen von dem Umlenkbereich 41 und dem Verdichtungsraum 38 gebildet
und endet dort, wo der Druckflügel 11 seine in
Umlaufrichtung 36 hintere Kante besitzt. In vorliegenden
Beispiel ist das ausgehend vom Radialstrahl 42 bei einem
Winkelmaß von
etwa + 80° der
Fall. Im Bereich des Ringspalts 23 kann zudem jeder Druckarm 11 an
der der Förderschnecke 17 zugewandten Seitenfläche Vertiefungen 44 aufweisen
um den Fließquerschnitt
möglichst
groß auszubilden.
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Jeder
Punkt S stellt ferner das Ende der Druckflächen 43 der Schneckenwendeln 29 dar.
Dabei kann die Steigung der Schneckenwendeln 29 im Endbereich
so gewählt
sein, dass ein tangentialer Flächenübergang
der Druckflächen 43 in
den Verdichtungsraum 38 stattfindet.
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Nachfolgend
wird der Fluss des Aufgabeguts durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
unter zusätzlicher
Bezugnahme auf 5 näher erläutert. Dem in der Förderschnecke 17 befindlichen
Aufgabegut steht zunächst
ein Fließquerschnitt
zur Verfügung,
der begrenzt ist durch den axialen Abstand zweier benachbarter Schneckenwendeln 29 und
dem radialen Abstand zwischen dem Außenmantel 16 und dem
Schneckenkern 27 der Förderschnecke 17. Dieser
Fließquerschnitt
bleibt über
die Länge
der Förderschnecke 17 im
wesentlichen konstant wie auch der Verlauf der in 5 dargestellten
Kurve im Abschnitt A-B zeigt.
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Am
Ende der Förderschnecke 17 wird
das Aufgabegut von den Schneckenwendeln 29 durch den Ringspalt 23 hindurch
in den Arbeitsraum 20 gefördert. Dabei findet gleichzeitig
mit dem Eintritt des Aufnahmeguts in den Umlenkbereich 41 des
Arbeitsraumes 20 eine sprunghafte Vergrößerung des Fließquerschnittes
um die Querschnittsfläche
des Verdichtungsraumes 38 statt. Diese Situation entspricht in 2 dem
Radialstrahl bei + 80° und
in 5 dem Verlaufsabschnitt B – C.
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Mit
der Vergrößerung des
Fließquerschnittes um
die Querschnittsfläche
des Verdichtungsraumes 38 ist der größte Fließquerschnitt erreicht. Allerdings ist
das Aufgabegut zu diesem Zeitpunkt noch nicht gleichmäßig über den
gesamten Fließquerschnitt verteilt,
sondern im Umlenkbereich 41 konzentriert. Dagegen besteht
im Verdichtungsraum 38 ein Materialvakuum. Diese Verhältnisse
tragen zu einer Umlenkung des Aufgabeguts aus einer axialen Bewegungsrichtung
in eine radiale bei.
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Mit
Erreichen des maximalen Fließquerschnitts
beginnt gleichzeitig eine kontinuierliche Verdichtung des Aufgabeguts
durch Verringerung des Fließquerschnitts.
Dies geschieht einerseits durch die anhaltende Steigung der Schneckenwendeln 29 bis
zu deren Auslaufen in den Punkten S. Andererseits wird der Fließquerschnitt
durch den Verlauf der Druckfläche 37 zusätzlich reduziert,
die die Breite des Umlenkbereichs 41 kontinuierlich verkleinert
bis im Punkt S der Umlenkbereich 41 vollständig verschwunden
ist. Dadurch wird der vorhandene Fließquerschnitt stetig verkleinert
auf eine Querschnittsfläche,
die in der Ebene des Radialstrahls 42 nur noch vom Verdichtungsraum 38 zur
Verfügung
gestellt wird. Die Verdichtung des Aufgabeguts bis zu diesem Punkt
entspricht dem Verlaufsabschnitt C – S in 5 bzw. dem
Bereich zwischen den Radialstrahlen von + 80° bis 0° in 2.
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Dieser
Fließquerschnitt
wird durch anhaltende Rotation des Druckelements 12 infolge
der gekrümmt
verlaufenden Druckfläche 37 kontinuierlich weiter
verkleinert, bis der Fließquerschnitt
im Bereich des Radialstrahls – 90°, wo der
Druckarm 11 einen gleitenden Anschluss an die Lochmatrize 21 ausbildet,
den Wert Null annimmt. Die im Zuge der anhaltenden Verringerung
des Fließquerschnitts
eintretende Druck- und Temperaturerhöhung bewirkt einen Durchtritt
des Aufgabeguts durch die Öffnungen 22 der
Lochmatrize 21, wobei das Aufgabegut kurzzeitig in einen
plastischen Zustand übergeht
und agglomeriert. Das Agglomerat wird anschließend an der Außenseite
der Lochmatrize 21 von den umlaufenden Messern 26 abgestreift.
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5 zeigt
deutlich die plötzliche
Vergrößerung des
Fließquerschnitts
mit Eintritt des Aufgabeguts in den Umlenkbereich 41, wodurch
eine Umlenkung des Materialstroms unterstützt wird. Anschließend findet
durch eine kontinuierliche Reduzierung des Fließquerschnitts in zwei Stufen
bei gleichzeitigem Druck- und Temperaturaufbau im Arbeitsraum 20 statt.
Der erste Abschnitt betrifft den Bereich bis zum Erreichen der Schnittebene
durch den Radialstrahl 42, mit dem die axiale Förderung
des Aufgabeguts durch die Schneckenwendeln 29 endet. Der zweite
Bereich entspricht dem Abschnitt zwischen den Schnittebenen durch
die Radialstrahlen bei 0° und – 90°, bei der
eine Verdichtung lediglich zwischen der Lochmatrize 22 und
der Druckfläche 37 des
Druckelements 12 erfolgt.
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Im
vorliegenden Beispiel zeigt der Kurvenverlauf eine Unstetigkeitsstelle
im Übergangsbereich S
zwischen diesen beiden Bereichen. Die Erfindung ist nicht auf einen
solchen Verlauf beschränkt,
sondern umfasst ebenso Ausführungsformen
mit einer stetigen Verringerung des Fließquerschnitts.