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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln eines Produktes in einem Gehäuse mit Gehäusemantel, welches einen Einlass und einen Auslass für das Produkt aufweist, wobei sich in dem Gehäuse zumindest eine Welle mit Transportelementen zum Befördern des Produktes in einem Innenraum des Gehäuses von dem Einlass zu dem Auslass befindet.
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Stand der Technik
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Es gibt eine Vielzahl von Vorrichtungen, in denen ein Produkt einer Behandlung unterworfen wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem auf den industriellen Bereich und hier auf die Behandlung von chemischen Produkten, insbesondere von Kunststoffen. Außer vertikalen Rührkesseln sind auch horizontal angeordnete Vorrichtungen bekannt, wobei insbesondere, jedoch nicht einschränkend, Extruder und Mischkneter zu erwähnen sind. Beide unterscheiden sich allerdings grundlegend. Während bei einem Extruder in einem entsprechenden rohrförmigen Gehäusemantel eine Schnecke dreht und so in den Schneckengängen das zu behandelnde Produkt von einem Einlass zu einem Auslass fördert, werden in einem Mischkneter ein Produktraum und ein Gasraum gebildet. Der Produktraum ist, wie der Name sagt, mit Produkt gefüllt, der Gasraum, der sich meist über dem Produktraum befindet, füllt sich bei der Behandlung des Produktes mit Gas, welches dann durch entsprechende Brüden abgezogen wird. Eine eigentliche Behandlung des Produktes, nämlich ein Mischen und Kneten und auch Transportieren findet nur im Produktraum statt, der Gasraum ist produktfrei.
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Insbesondere Mischkneter dienen sehr vielfältigen Zwecken. Als erstes ist das Eindampfen mit Lösungsmittelrückgewinnung zu erwähnen, welches chargenweise oder kontinuierlich und oft auch unter Vakuum erfolgt. Hierdurch werden beispielsweise Destillationsrückstände und insbesondere Toluoldiisocyanate behandelt, aber auch Produktionsrückstände mit toxischen oder hochsiedenden Lösungsmitteln aus der Chemie und Pharmaproduktion, Waschlösungen und Lack-Schlämme, Polymerlösungen, Elastomerlösungen aus der Lösemittelpolymerisation, Klebstoffe und Dichtmassen.
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Mit den Apparaten wird ferner eine kontinuierliche oder chargenweise Kontakttrocknung, wasser- und/oder lösemittelfeuchter Produkte, oftmals ebenfalls unter Vakuum, durchgeführt. Die Anwendung ist vor allem gedacht für Pigmente, Farbstoffe, Feinchemikalien, Additive, wie Salze, Oxyde, Hydroxyde, Antioxidantien, temperaturempfindliche Pharma- und Vitaminprodukte, Wirkstoffe, Polymere, synthetische Kautschuke, Polymersuspensionen, Latex, Hydrogele, Wachse, Pestizide und Rückstände aus der chemischen oder pharmazeutischen Produktion, wie Salze, Katalysatoren, Schlacken, Ablaugen gedacht. Anwendung finden diese Verfahren auch in der Lebensmittelproduktion, beispielsweise bei der Herstellung und/oder Behandlung von Blockmilch, Zuckeraustauschstoffen, Stärkederivaten, Alginaten, zur Behandlung von Industrieschlämmen, Ölschlämmen, Bioschlämmen, Papierschlämmen, Lackschlämmen und allgemein zur Behandlung von klebrigen, krustenden zähpastösen Produkte, Abfallprodukten und Zellulosederivaten.
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In einem Mischkneter kann eine Polykondensationsreaktion, meist kontinuierlich und meist in der Schmelze, stattfinden und wird vor allem verwendet bei der Behandlung von Polyamiden, Polyester, Polyacetaten, Polyimiden, Thermoplaste, Elastomere, Silikone, Harnstoffharze, Phenolharze, Detergentien und Düngemittel. Zum Beispiel findet sie Anwendung auf Polymerschmelzen nach einer Massepolymerisation auf Derivate der Methacrylsäure.
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Stattfinden kann auch eine Polymerisationsreaktion, ebenfalls meist kontinuierlich. Dies wird angewendet auf Polyacrylate, Hydrogele, Polyole, thermoplastische Polymere, Elastomere, syndiotaktisches Polystyrol und Polyacrylamide.
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In Mischknetern kann ein Entgasen und/oder Devolatilisieren stattfinden. Angewendet wird dies auf Polymerschmelzen, nach (Co-)Polymerisation von Monomer(en), nach Kondensation von Polyester oder Polyamidschmelzen, auf Spinnlösungen für synthetische Fasern und auf Polymer- oder Elastomergranulate bzw. -pulver im festen Zustand.
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Ganz allgemein können im Mischkneter feste, flüssige oder mehrphasige Reaktionen stattfinden. Dies gilt vor allem für Backreaktionen, bei der Behandlung von Flusssäure, Stearaten, Cyaniden, Polyphosphaten, Cyanursäuren, Zellulosederivaten, -ester, -äther, Polyacetalharzen, Sulfanilsäuren, Cu-Phthalocyaninen, Stärkederivaten, Ammoniumpolyphosphaten, Sulfonaten, Pestiziden und Düngemittel.
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Des weiteren können Reaktionen fest-/gasförmig (z.B. Karboxylierung) oder flüssig-/gasförmig stattfinden. Angewendet wird dies bei der Behandlung von Acetaten, Aciden, Kolbe-Schmitt-Reaktionen, z.B. BON, Na-Salicylaten, Parahydroxibenzoaten und Pharmaprodukten.
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Reaktionen flüssig/flüssig erfolgen bei Neutralisationsreaktionen und Umesterungsreaktionen.
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Ein Lösen und/oder Entgasen in derartigen Mischknetern findet bei Spinnlösungen für synthetische Fasern, Polyamiden, Polyester und Zellulosen statt.
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Ein sogenanntes Flushen findet bei der Behandlung bzw. Herstellung von Pigmenten statt.
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Eine Solid-State-Nachkondensation findet bei der Herstellung bzw. Behandlung von Polyester, Polycarbonaten und Polyamiden statt, ein kontinuierliches Anmaischen z.B. bei der Behandlung von Fasern, z.B. Zellulosefasern mit Lösungsmitteln, eine Kristallisation aus der Schmelze oder aus Lösungen bei der Behandlung von Salzen, Feinchemikalien, Polyolen, Alkoholaten, ein Compoundieren, Mischen (kontinuierlich und/oder chargenweise) bei Polymeren-Mischungen, Silikonmassen, Dichtmassen, Flugasche, ein Koagulieren (insbesondere kontinuierlich) bei der Behandlung von Polymersuspensionen.
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In einem Mischkneter können auch multifunktionale Prozesse kombiniert werden, beispielsweise Erhitzen, Trocknen, Schmelzen, Kristallisieren, Mischen, Entgasen, Reagieren – dies alles kontinuierlich oder chargenweise. Hergestellt bzw. behandelt werden dadurch Polymere, Elastomere, anorganische Produkte, Rückstände, Pharmaprodukte, Lebensmittelprodukte, Druckfarben.
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In Mischknetern kann auch eine Vakuumsublimation/ Desublimation stattfinden, wodurch chemische Vorprodukte, z.B. Anthrachinon, Metallchloride, Ferrozene, Jod, metallorganische Verbindungen usw. gereinigt werden. Ferner können pharmazeutische Zwischenprodukte hergestellt werden.
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Eine kontinuierliche Trägergas-Desublimation findet z.B. bei organischen Zwischenprodukten, z.B. Anthrachinon und Feinchemikalien statt.
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Im Wesentlichen werden einwellige und zweiwellige Mischkneter unterschieden. Ein einwelliger Mischkneter ist beispielsweise aus der
AT 334 328 , der
CH 658 798 A5 oder der
CH 686 406 A5 bekannt. Dabei ist in einem Gehäuse eine axial verlaufende, mit Scheibenelementen besetzte und um eine Drehachse in einer Drehrichtung drehende Welle angeordnet. Diese bewirkt den Transport des Produktes in Transportrichtung. Zwischen den Scheibenelementen sind Gegenelemente am Gehäuse feststehend angebracht. Die Scheibenelemente sind in Ebenen senkrecht zur Kneterwelle angeordnet und bilden zwischen sich freie Sektoren, welche mit den Ebenen von benachbarten Scheibenelementen Kneträume ausformen.
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Eine mehrwellige Misch- und Knetmaschine wird in der
CH-A 506 322 beschrieben. Dort befinden sich auf einer Welle radiale Scheibenelemente und zwischen den Scheiben angeordnete axial ausgerichtete Knetbarren. Zwischen diese Scheiben greifen von der anderen Welle rahmenartig geformte Misch- und Knetelemente ein. Diese Misch- und Knetelemente reinigen die Scheiben und Knetbarren der ersten Welle. Die Knetbarren auf beiden Wellen reinigen wiederum die Gehäuseinnenwand.
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Diese bekannten zweiwelligen Mischkneter haben den Nachteil, dass sie aufgrund des achtförmigen Gehäusequerschnitts im Bereich der Verbindung der beiden Wellengehäuse eine Schwachstelle aufweisen. In diesem Bereich entstehen bei der Verarbeitung zäher Produkte und/oder bei Prozessen, die unter Druck ablaufen, hohe Spannungen, die nur durch aufwendige konstruktive Massnahmen beherrscht werden können.
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Ein Mischkneter der oben genannten Art ist beispielsweise aus der
EP 0 517 068 B1 bekannt. Bei ihm drehen in einem Mischergehäuse zwei achsparallel verlaufende Wellen entweder gegensinnig oder gleichsinnig. Dabei wirken auf Scheibenelementen aufgesetzte Mischbarren miteinander. Neben der Funktion des Mischens haben die Mischbarren die Aufgabe, produktberührte Flächen des Mischergehäuses, der Wellen und der Scheibenelemente möglichst gut zu reinigen und damit ungemischte Zonen zu vermeiden. Insbesondere bei stark kompaktierenden, aushärtenden und krustenden Produkten führt die Randgängigkeit der Mischbarren zu hohen örtlichen mechanischen Belastungen der Mischbarren und der Wellen. Diese Kraftspitzen treten insbesondere beim Eingriff der Mischbarren in denjenigen Zonen auf, wo das Produkt schlecht ausweichen kann. Solche Zonen sind z.B. dort gegeben, wo die Scheibenelemente auf der Welle aufgesetzt sind.
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Ferner ist aus der
DE 199 40 521 A1 ein Mischkneter der o.g. Art bekannt, bei welchem die Tragelemente im Bereich der Knetbarren eine Ausnehmung ausbilden, damit der Knetbarren eine möglichst grosse axiale Erstreckung aufweist. Ein derartiger Mischkneter hat eine hervorragende Selbstreinigung aller produktberührten Flächen des Gehäuses und der Wellen.
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In vielen Fällen müssen die zu behandelnden Produkte auf ihre Zusammensetzung und/oder ihren Zustand hin untersucht werden. Dies stellt natürlich eine besondere Schwierigkeit bei den hier in Frage stehenden Vorrichtungen dar, da in der Regel die Behandlung des Produktes in einem geschlossenen Gehäuse stattfindet, und zwar sowohl bei einem Rührkessel als auch bei einem Extruder oder Mischkneter.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, eine Probeentnahme des zu behandelnden Produktes zu verbessern.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führt, dass dem Innenraum zumindest ein Probenehmer zugeordnet ist.
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Das bedeutet, dass erfindungsgemäss eine eigenständige Baueinheit vorgesehen wird, mit der eine Probeentnahme bewerkstelligt wird. Dieses geschieht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kontinuierlich. Das bedeutet, dass während des Behandlungsprozesses, ohne die Maschine abzustellen, Produkt in unterschiedlichsten Zuständen in kleinen Mengen ausgetragen wird und zwar bevorzugt in einem beliebigen Aggregatszustand, sei es flüssig, viskos oder auch rieselfähig. Dabei kann in dem Innenraum ein Überdruck bis z.B. 10 bar oder auch ein tiefes Vakuum, z.B. 3 mbar, herrschen.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel der Probenehmer direkt in das Gehäuse bzw. einen Gehäusemantel eingebaut. In einem anderen Ausführungsbeispiel weist der Probennehmer ein periskopartiges Sehrohr auf, das sich in den Innenraum des Gehäuses erstreckt. Bevorzugt kann es sogar bis an die Welle reichen, so dass es auch als Reinigungselement für die Welle Verwendung finden kann.
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Dieses Sehrohr besitzt eine Öffnung, die von einer Einrichtung belegt ist, mit der eine Produktprobe durch das Sehrohr aus dem Innenraum und aus dem Gehäuse transportiert werden kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht nur darauf beschränkt, besteht diese Einrichtung im wesentlichen aus einer Schnecke, die in der Öffnung dreht. Die Schnecke besitzt dabei Schneckengänge, mit denen die Probe in dem Innere des Sehrohrs weitertransportiert werden kann. Dies geschieht bis zu einem Austragsbereich, an den ein Austragsrohr anschliesst, durch das die Probe den Probennehmer verlassen kann.
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Damit nicht versehentlich eine Probe weiter über den Austragsbereich hinaus gelangt, ist die Schnecke nach dem Austragsbereich mit einem gegenläufigen Gang versehen, der das Produkt ebenfalls hin zum Austragsbereich verfrachtet.
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Zum Betrieb der Schnecke sind entsprechende Getriebe bzw. Antriebe vorgesehen. Der Vorteil der Monoschnecke liegt darin, dass sie ohne ein Zwischengetriebe angetrieben werden kann. Schnecken und Antriebe zusammen können kostengünstig hergestellt werden.
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Bevorzugt soll der Schnecke in dem Sehrohr noch ein Verdränger zugeordnet sein. Dieser Verdränger greift mit Stiften in die Einzugsgänge ein, so dass es hier zu einem Stau der Probe und zu einem gesteuerten Austrag kommen kann. Die Stifte garantieren eine hohe Oberflächenrauhigkeit im Gehäuse verglichen mit den Gängen der Schnecke, die möglichst wenig Produktreibung haben sollen. Dies führt zu günstigeren Reibungsverhältnissen im Transportteil.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anstelle des Verdrängers der Schnecke eine Zweitschnecke zugeordnet, die mit Gängen belegt ist, die denjenigen der ersten Schnecke entsprechen. Bevorzugt drehen beide Schnecken gleichläufig, so dass die Produktprobe zwischen ihnen nach unten befördert wird.
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Bei dieser Austragsdoppelschnecke sind die beiden Schnecken bevorzugt über ein Spezialgetriebe, angelehnt an ein Planetengetriebe, miteinander verbunden, so dass ihre Drehung synchronisiert ist. Auf diese Weise können auch sehr kleine Achsabstände realisiert werden.
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Der Vorteil der Austragsdoppelschnecke besteht in
- – kürzeren Lagerdistanzen an den Wellen
- – kleine Bauweise
- – grosse Einzugsschnecke
- – Eingriff mehrerer Gänge gleichzeitig, dadurch kleinerer spezifischer Flächenbelastung im Gangbereich
- – kleinere Baukosten
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Die Lagerung der Schneckenwellen erfolgt über Gleitlager oder Nadellager, bei grösseren Achsabständen können auch axiale Rollenlager oder Kugellager eingesetzt werden.
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Diese Anordnung mit zwei Schnecken bzw. Schnecke und Verdränger kann natürlich auch bei Öffnungen vorgesehen werden, die direkt in dem Gehäuse bzw. Gehäusemantel vorgesehen sind. In diesem Fall sind dann Schnecke bzw. Verdränger waagrecht angeordnet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung soll der Öffnung ein beliebiges Einzugselement für das Produkt zugeordnet sein. Dies gilt sowohl für das Sehrohr als auch für die Öffnung in dem Gehäusemantel selbst.
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In einem einfachen Ausführungsbeispiel, auf das allerdings die Erfindung nicht beschränkt ist, besteht das Einzugselement aus einer Kette, welche zwischen sich eine Produktprobe mitnimmt. Diese Kette umschlingt bevorzugt zwei beabstandete Kettenräder, wobei ein Kettenrad angetrieben ist. Mit einer derartigen Anordnung ist auch die Probeentnahme durch zwei Öffnungen in der Gehäusewand möglich, was vor allem für Doppelschnecken-Mischkneter gilt, bei denen dann Probenehmer zwischen an den beiden Wellen im Gehäuse angeordnet sind.
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Mit derartigen Probenehmern können sehr gezielt und bewusst auch sehr kleine Mengen an Proben kontinuierlich entnommen werden. Die entsprechende Steuerung erfolgt über die Drehzahl der Schnecke bzw. des Einzugselements, sprich Kette. Das Ziel ist eine Überwachung der Produkt-Qualität und zwar eine Übersicht über das Profil der Konzentration, Temperatur und Viskosität.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
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1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Probenehmer, eingesetzt in eine Vorrichtung zum Behandeln eines Produktes;
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2 einen Querschnitt durch den Probenehmer entlang Linie II-II in 1;
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3 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Probenehmers, eingesetzt in einen Doppelwellenkneter;
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4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Probenehmers, eingesetzt in einen Gehäusemantel einer Vorrichtung zum Behandeln eines Produktes;
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5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Probenehmers, eingesetzt in einen Gehäusemantel einer Vorrichtung zum Behandeln eines Produktes.
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In 1 ist in einen Gehäusemantel 1 eines ansonsten nicht näher gezeigten Gehäuses einer Vorrichtung zum Behandeln eines Produktes ein Probenehmer 2 eingesetzt. Dieser besitzt ein Sehrohr 3, das mit seiner Spitze 4 beinahe bis an eine Welle 5 heranragt und dabei einen Innenraum 6 des Gehäuses durchdringt. Die Spitze 4 kann dabei so ausgebildet sein, dass sie eine Schabkante zum Abreinigen der Welle 5 ausbildet. Insbesondere schliesst an die Spitze 4 in diesem Fall eine schräge Stirnfläche 7 an, die mit der Welle 5 einen sich öffnenden Winkel ausbildet.
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Das Sehrohr 3 führt durch den Gehäusemantel 1 nach aussen und ist im Bereich des Gehäusemantels 1 von einer Stützhülse 8 umfangen. An die Stützhülse 8 schliesst ein Lagerblock 9 an, auf den ein Getriebe 10 und/oder ein nicht näher gezeigter Antrieb folgt.
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Von dem Getriebe 10 bzw. dem Antrieb wird eine Schnecke 11 in dem Sehrohr um eine Längsachse A gedreht. Diese Schnecke 11 weist zwei gegenläufig ausgerichtete Gänge auf und zwar einen Einzugsgang 12, der von einer Öffnung 13 in dem Sehrohr bis zu einem Austragsbereich 14 verläuft, während sich anschliessend an den Austragsbereich 14 auf der Schnecke 11 ein gegenläufiger Gang 15 befindet. Vom Austragsbereich 14 weg weist schräg nach unten ein Austragsrohr 16, durch das Proben ausgetragen werden.
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Die Schnecke 11 selbst ist in dem Lagerblock 9 in einem Lager 17 gehalten und dreht in diesem Lager 17.
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In dem Sehrohr 3 wird die Schnecke 11 von einem Verdränger 18 hinterfangen. Radial durchziehen den Verdränger 18 Stifte 19, die mit ihrer Spitze in den Einzugsgang 12 eingreifen.
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Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Ein beliebiges zu behandelndes Produkt, beispielsweise ein Monomer, das in der Vorrichtung einem Polymerisationsverfahren unterworfen wird, wird von einem Einlass zu einem Auslass transportiert. Dies geschieht mit Hilfe von Transportelementen, die, nicht näher gezeigt, jedoch aus dem Stand der Technik bekannt, an der Welle 5 angeordnet sind. Knetbarren fördern das zu behandelnde Produkt und arbeiten mit ebenfalls nicht näher gezeigten Knetgegenelementen zusammen, die von einer Gehäuseinnenwand 20 in den Innenraum 6 hineinragen.
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Beim Transport des Produktes passiert das Produkt auch den Probenehmer 2, so dass Produkt in die Öffnung 13 gelangen kann. Hier wird das Produkt von der Schnecke 11 bzw. dem Einzugsgang 12 erfasst und entlang der Längsachse A in Richtung zum Austragsbereich 14 gefördert. Die Stifte 19 wirken dabei als Sperrstifte.
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Das Ausführungsbeispiel eines Probenehmers 2.1 gemäss 3 unterscheidet sich von demjenigen nach 1, dass in dem Sehrohr 3 anstelle des Verdrängers eine Zweitschnecke 22 vorgesehen ist, deren Gänge mit demjenigen der Schnecke 11 übereinstimmen. Das heisst, auch die Zweitschnecke besitzt einen Einzugsgang 12.1 und einen gegenläufigen Gang 15.1, die sich jeweils beidseits des Austragsbereichs 14 erstrecken. Ansonsten sind die übrigen Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen wie in 1 gekennzeichnet.
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Anstelle eines Sehrohrs ist bei dem Ausführungsbeispiels eines Probenehmers 2.2 in den Gehäusemantel 1 ein Gehäuseeinsatz 23 eingesetzt. Dieser Gehäuseeinsatz 23 bildet zum Innenraum 6 hin eine Öffnung 13.1 aus, in welcher die Schnecke 11, allerdings nunmehr liegend bzw. waagrecht angeordnet ist. Dieser Schnecke 11 ist ebenfalls die Zweitschnecke 22 liegend zugeordnet. Ansonsten entspricht der gesamte Aufbau dem Ausführungsbeispiel eines Probenehmers 2.1 gemäss 3.
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Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel eines Probenehmers
2.3 gemäss
5 besitzt ein Gehäuseeinsatz
23.1 zwei Öffnungen
13.1 und
13.2. In diesen Öffnungen
13.1 und
13.2 dreht eine Endloskette
24 um zwei Kettenräder
25.1 und
25.2, wobei das Kettenrad
25.2 angetrieben ist. In den Öffnungen
13.1 und
13.2 werden Proben des zu behandelnden Produktes mitgenommen und durch entsprechende Austräge
26.1 und
26.2 nach unten befördert, je nach dem, ob die Endloskette links- oder rechtsdrehend ist. Bezugszeichenliste
| 1 | Gehäusemantel |
| 2 | Probenehmer |
| 3 | Sehrohr |
| 4 | Spitze |
| 5 | Welle |
| 6 | Innenraum |
| 7 | Schräge |
| 8 | Stützhülse |
| 9 | Lagerblock |
| 10 | Getriebe |
| 11 | Schnecke |
| 12 | Einzugsgang |
| 13 | Öffnung |
| 14 | Austragsbereich |
| 15 | Gegenläufiger Gang |
| 16 | Austragsrohr |
| 17 | Lager |
| 18 | Verdränger |
| 19 | Stift |
| 20 | Gehäuseinnenwand |
| 21 | Antrieb |
| 22 | Zweitschnecke |
| 23 | Gehäuseeinsatz |
| 24 | Endloskette |
| 25 | Kettenrad |
| 26 | Austrag |
| A | Längsachse |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 334328 [0017]
- CH 658798 A5 [0017]
- CH 686406 A5 [0017]
- CH 506322 A [0018]
- EP 0517068 B1 [0020]
- DE 19940521 A1 [0021]
