DE102021001601A1 - Vorrichtung zum Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials dessen Gleit- und/oder Rutschhemmung erhöht wird sowie Verfahren zur Erhöhung der Gleit- und/oder Rutschhemmung - Google Patents

Vorrichtung zum Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials dessen Gleit- und/oder Rutschhemmung erhöht wird sowie Verfahren zur Erhöhung der Gleit- und/oder Rutschhemmung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Einzug (1) eines Schüttgut afweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials, das der Vorrichtung zum Einzug (1) über wenigstens ein Dosiergerät (22) zugeführt wird, und das in einem Mehrwellen-Extruder weiter bearbeitet wird, wobei die Vorrichtung zum Einzug (1) eine Anzahl N rotierbarer Wellen (4, 4', 4'', 4''', ...) umfasst, wobei jede einzelne Welle (4, 4', 4'', 4''', ...) in einem Hohlraum (2) parallel zur Axialrichtung (A) des Mehrwellen-Extruders verläuft, wobei die Vorrichtung zum Einzug (1) ausgestaltet ist zum Einzug von wenigstens zwei massenstrommäßig definierbar im wesentlichen gleichen Teilströmen (13', 14', 15', 16') des einzuziehenden Materials, wobei jeder Teilstrom (13', 14', 15', 16') jeweils einer Materialzuführzone (13, 14, 15, 16) zuführbar ist, von der jeweils eine rotierbare Wellen-Anordnung (4, 4', 4'', 4''', ...; 7, 7') abgeht, die ausgestaltet ist, den Teilstrom (13', 14', 15', 16') einzuziehen, wobei die Vorrichtung zum Einzug (1) ausgestaltet ist, den die Haftung und / oder den Gleitwiderstand- und / oder den Rutschwiderstand des Materials zu verändern.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse mit verbesserten Eigenschaften nach Anspruch 6.
  • Innerhalb der letzten Jahre hat sich die Technologie des Mehrwellen-Extruders etabliert. Vor allem Extruder mit mehreren kranzartig oder kreisartig angeordneten Wellen, die alle mit jeweils zwei benachbarten Wellen kämmen, wie z.B. der zwölfwellige RingExtruder zeichnen sich durch besonders hohe Durchsätze und enge Verweilzeitspektren aus. Besonders vorteilhaft lassen sich Schüttgüter mit hoher Schüttdichte, wie z.B. Granulat, verarbeiten. Die Bearbeitungselemente werden dabei durch Schnecken gebildet und die Materialzufuhr erfolgt über eine Öffnung in dem Gehäuse. Die die Schnecken tragenden Wellen bilden einen Kranz. Durch die Vielzahl der Wellen besitzt eine solche Vorrichtung eine wesentlich grössere Volumen-Durchsatzleistung als z. B. eine Doppelschnecke. Wenn die Schnecken als dichtkämmendes Abstreifprofil ausgeführt sind, wird mit einer solchen Vorrichtung ein enges VerweilzeitSpektrum gewährleistet und ein hoher Selbstreinigungseffekt erzielt. Solche Mehrwellen-Extruder, insbesondere RingExtruder, sind in ihrem Aufbau und in Funktion und Arbeitsweise bekannt. Ein solcher Mehrwellen- bzw. RingExtruder ist beispielsweise in der DE 196 22 582 A1 und in der EP 1 332 034 A1 beschrieben, wobei die letztere Druckschrift eine Lösung zum verbesserten Einzug von flockigem Material beschreibt. Der Aufbau und die prinzipielle Verfahrensschrittabfolge einer solchen RingExtruder-Gesamtanlage ist beispielsweise in der DE 10 2015 120 583 A1 beschrieben.
  • Der Mehrwellen-Extruder, insbesondere der RingExtruder, hat durch seinen geometrischen Aufbau das Potenzial zu wesentlich besseren Produktqualitäten als eine als Doppelschnecken-Extruder bekannte Maschine, was beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 2020 048 750 A1 und WO 2020 120 119 A1 zum Ausdruck kommt.
  • Mehrwellen-Extruder werden in der Praxis so bezeichnet, um sie von Einwellen-Extrudern und Zweiwellen-Extrudern bzw. Doppelschnecken-Extrudern abzugrenzen, obwohl letztere auch über mehr als eine einwellige Ausgestaltung verfügen; gleichwohl hat sich der Begriff des Mehrwellen-Extruders zur Umschreibung von Extrudern, die drei Wellen und darüber hinaus weitere Wellen aufweisen, etabliert. Dieser Terminologie wird im Rahmen dieses Dokuments gefolgt.
  • RingExtruder sind solche Extruder, die die Mehrwellen kranzförmig oder ringförmig anordnen. Sie kommen im Anmeldezeitpunkt insbesondere als sechswellige, achtwellige, zehnwellige oder zwölfwellige Extruder zum Einsatz, auch wenn RingExtruder mit mehr als zwölf Wellen, beispielsweise mit 16 Wellen, bekannt sind.
  • Allgemeine Problemstellung:
  • Grundsätzlich gewährleistet die Bauform des Extruderzylinders sowie der Schneckengeometrien ein Maximum an Flexibilität hinsichtlich der Materialzugabestellen. Feststoffe unterschiedlichster Partikelgröße und -form oder auch Materialmischungen werden dem Prozessraum als Schüttgut gemeinsam oder getrennt über das Einzugsgehäuse, in der Anordnung das erste Gehäuse des RingExtruders, zugeführt. Ergänzend oder alternativ kann Material auch über ein am Einzugsgehäuse installiertes und/oder ein seitlich positioniertes Anbauaggregat, dem Dosiergerät oder Sidefeeder, an einem der weiter stromab angeordneten Gehäuse zugeführt werden.
  • Trotz der systemimmanenten Vorteile von Mehrwellen- bzw. RingExtrudern bedeutet deren Betrieb die Bewältigung von komplexen Verfahrensgegebenheiten.
  • Zu diesen gehören zunächst drehmoment-bezogene Aspekte.
  • Diese drehmoment-bezogenen Aspekte sind Ausgangspunkt einer prioritätsgleichen Parallelanmeldung der Anmelderin, die die Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials, das der Vorrichtung zum Einzug über wenigstens ein Dosiergerät zugeführt wird, und das in einem Mehrwellen-Extruder weiter bearbeitet wird, betrifft. Sie werden in der vorliegenden Beschreibung nachfolgend zunächst aufgegriffen, um eine übergreifende Offenbarung zu bieten. Sie sind dabei weiterhin insoweit wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung, als sie deren Grundlage betreffen. Im Anschluss an die Darstellung der Vorrichtung zum Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials, wird der Gegenstand der hier vorliegenden Erfindung erläutert:
  • Drehmoment-bezogene Aspekte:
  • So ist bei dem Betrieb von Mehrwellen- bzw. RingExtrudern feststellbar, dass bei der Rotation ihrer Wellen während der Bearbeitung Materials Unterschiede im Drehmoment, das bei den jeweiligen Wellen anliegt, bestehen.
  • So können durchaus Unterschiede im mittleren Drehmoment der einzelnen Wellen von 40-50% vorliegen. Ebenfalls erkennbar ist das periodische Schwanken des Drehmoments an jeder einzelnen Welle. Überprüfungen haben ergeben, dass pro Schneckenumdrehung zwei Spitzenwerte, im Fachjargon Peaks genannt, auftreten und die Peaks jeweils entsprechend der Winkelposition der Welle auf dem Kreisring der Mehrwellen- bzw. RingExtruder-Wellen-Anordnung phasenverschoben sind.
  • Das bedeutet im Ergebnis spiegelbildlich, dass das Drehmoment, welches der Antrieb zur Verfügung stellen könnte, aufgrund des oben beschriebenen Sachverhaltes nur deutlich reduziert ausgenutzt werden kann, da ansonsten die Anlage durch die Überwachung der einzelnen Wellenmomente aufgrund Überlast an der betreffenden Welle abschalten würde.
  • Das beispielhaft dargestellte Problem zeigt sich mehr oder weniger ausgeprägt, bei allen Produkten die dem Mehrwellen- bzw. RingExtruder als Schüttgut zugeführt werden und die im Extruder einem Schmelz-, Mastifizier- oder Plastifiziervorgang unterliegen. Das Problem tritt nicht auf, wenn die Maschine flüssig beschickt wird, d.h. wenn der Schmelzvorgang ausserhalb des Extruder, z. B. durch Fasspresse oder Seitenextruder, erfolgt. Bei nicht schmelzenden, rollenden Produkten, wie Gummi/Kautschuk, ist das dargestellte Problem auch vorhanden, wenngleich ersichtlich, zumindest, was das Problem der Peaks anbelangt, weniger ausgeprägt.
  • Um bessere Produktqualitäten und höhere Durchsätze zu erreichen, ist es notwendig, dass die zur Verfügung stehende Antriebsleistung bzw. das Drehmoment maximal genutzt wird. Eine höhere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Drehmoments bedeutet nämlich weniger Spitzenbelastung des Produkts und damit eine schonendere Behandlung.
  • Genauer betrachtet, gibt es für die oben dargestellten Probleme zwei verwandte Themenkreise, die unterschiedlich adressiert werden müssen.
  • Drehmoment-bezogener Teilaspekt 1:
  • Zunächst ist es sehr schwierig, das zugeführte Produkt gleichmässig auf alle Wellen eines Mehrwellen- bzw. RingExtruders, insb. eines Zwölf-Wellen-RingExtruders, zu verteilen. Ein Zwölf-Wellen-RingExtruder beispielsweise verfügt über eine so hohe Antriebsleistung, dass bei einer ungleichmässigen Verteilung der an den jeweiligen Wellen anliegenden Drehmomente die Wellen beschädigt oder gar zerstört werden können. Die ungleichmässige Verteilung des Drehmoments zwischen hoch und niedrig belasteten Wellen kann durchaus 50% und darüber hinaus betragen.Da alle Wellen einzeln im Drehmoment überwacht werden (müssen), wird das maximal nutzbare Drehmoment durch jede Ungleichverteilung reduziert. Ein niedrigeres Drehmoment bedeutet aber, es wird für einen gegebenen Durchsatz eine höhere Drehzahl benötigt, was wiederum die Produkttemperatur, das Auftreten von Scherspitzen und damit die Produktqualität negativ beeinflusst. Dies gilt als Konsequenz auch für den nachfolgend angesprochenen Problemaspekt 2.
  • Drehmoment-bezogener Teilaspekt 2:
  • Bei der schnellen Drehmomentmessung im Millisekunden Bereich hat sich gezeigt, dass bei jeder Umdrehung einer mit einem Bearbeitungselement ausgerüsteten Welle zwei Drehmoment-Peaks auftreten, die insbesondere bei dem Mehrwellen- bzw. RingExtruder zu einer Erhöhung der benötigten Sicherheitsfaktoren in Getriebe und Tragwellen führen. Diese Peaks sind bei herkömmlichen, nämlich langsameren, Messungen bei Doppelschnecken-Extrudern nicht Fokus des Interesses gewesen, weil bei diesen Messungen eine Mittelung des Drehmoments über einen gewissen Zeitraum vorgenommen wurde. Hierdurch „verschwindet“ die sehr kurzfristige Schwankung des Drehmoments quasi in dem gemittelten Wert. Die eingerechneten Sicherheiten, z.B. gegen Dauerbruch, sowie die Einstellwerte der Sicherheitskupplungen müssen diese Schwankungen aber indirekt berücksichtigen. Hierdurch wird im Ergebnis die Leistungsfähigkeit der Extruder reduziert. Dieses Phänomen der Drehmoment-Peaks tritt aber prominent auch bei den Mehrwellen- bzw. RingExtrudern auf.
  • Nach der zur Lösung der drehmoment-bezogenen Probleme in der Parallelanmeldung Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Einzug ist es auch möglich noch stärkere Getriebe, welche getriebetechnisch möglich wären, sicher einzusetzen, was wiederum Durchsatz und Qualität weiter verbessert. Dadurch kann ein Kunde sich darauf beschränken, eine an sich kleinere Extruder-Maschine zu erwerben.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass man das zu verarbeitende Material schonender aufbereiten kann, weil die Extruder-Maschine mit einem höheren Drehmoment „gefahren“ werden kann. Hierdurch lässt sich die Drehzahl entsprechend niedriger einstellen. Trotzdem erhält der Betreiber der Extruder-Anlage den gleichen oder nahezu gleichen Durchsatz. Dies führt zu einer niedrigeren Schmelztemperatur, so dass auch weniger Temperaturspitzen zustande kommen. Diese Errungenschaften werden umso bedeutender, je hochwertiger der zu verarbeitende Materialwerkstoff ist, was beispielsweise für Polycarbonat zutrifft.
  • Lösung der drehmoment-bezogenen Teilaspekte 1und 2:
  • Es wurden hierzu schon verschiedene Konzepte mit geänderten Einzugsgeometrieen und Schneckengeometrien eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist die bereits erwähnte EP 1 3332 034 A1 . In der EP 1 332 034 A1 wird in 4 sogar eine Variante mit einer entfernten Welle gezeigt, allerdings kann in dem Fall stromab der Einzugszone nicht wieder ein geschlossener Ring gebildet werden, da im Einzugsgehäuse im Bereich der Zuführung für den inneren Ring sonst der Antrieb der fehlenden Welle erfolgen müsste.
  • Zur Lösung des drehmoment-bezogenen Teilaspekts 1 wird eine Vorrichtung zum Einzug mit einer geänderten Einzugszone für den Mehrwellen- bzw. RingExtruder vorgeschlagen. Die Einzugszone ist das Bauteil oder die Baugruppe, die das in einem funktionell vorgelagerten Dosiergerät dosierte Material dem Extruder zuführt, sodass es sich in den die Wellen aufnehmenden Hohlräumen befindet.
  • Diese Einzugszone kann aus einem einzelnen Gehäuse bestehen oder aus mehreren Bauteilen aufgebaut sein.
  • Die Vorrichtung zum Einzug ist so ausgestaltet, dass es möglich ist, den Gesamt-Materialstrom aufzuteilen in eine Anzahl definiert massenstrommäßig gleich großer Teilströme. Diese Teilströme werden dann einer entsprechende Anzahl von Materialzuführzonen der Vorrichtung zum Einzug zugeführt. Von diesen Zonen geht eine entsprechende Anzahl von Wellen-Anordnungen ab, die ein Bearbeitungselement aufweisen, und die die Teilströme an das stromab liegende Ende der Vorrichtung zum Einzug weitertransportieren, so dass die austretenden Teilströme den an die Wellen-Anordnungen der eigentlichen Extruder-Maschine übergeben werden, wo dann weiteren Verfahrensschritte etwa des Mischens, Dispergierens, Verteilens erfolgen.
  • Die eigentliche Extruder-Maschine im Sinne der Erfindung kann auch ein sog. Sidefeeder sein.
  • Ein Mehrwellen- bzw. RingExtruder lässt sich dahingehend beschreiben, dass er - wie oben dargestellt - bestimmte Anzahl von Wellen verfügt, in denen die Bearbeitung und / oder Verarbeitung des bereits eingezogenen Materials erfolgt. Zu diesem Zweck ist jede der Wellen in bekannter Weise mit Bearbeitungselementen ausgerüstet.
  • Bearbeitungselemente sind insbesondere Schneckenelemente, Knetelemente, Knetblöcke und Kombinationen hiervon. In diesem Sinne wird der Begriff des Bearbeitungselements auch vorliegend verwendet.
  • Schon in diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass die Vorrichtung zum Einzug von Material in einen Mehrwellen- bzw. RingExtruder zwar über eine gleich grosse Anzahl von Wellen aufnehmenden Hohlräumen und eine entsprechende Anzahl von Wellen aufweist, aber nicht jede dieser Wellen ist mit einem Bearbeitungselement versehen, wie weiter unten noch ausführlicher erläutert werden wird.
  • Die Vorrichtung zum Einzug ist gemäß der erwähnten Parallelanmeldung beispielsweise so ausgestaltet, dass sie den kompletten Materialstrom, der aus dem funktional vorgelagerten Dosiergerät der Vorrichtung zum Einzug in wenigstens zwei massenstrommäßig definierbaren, im wesentlichen gleichen, d.h. gleich großen, Teilströmen des einzuziehenden Materials zugeführt wird, gleichermassen in wenigstens zwei massenstrommäßig definierbaren Materialzuführzonen aufnimmt, also die Anzahl der vom Dosiergerät zugeführten Teilströme in einer entsprechenden Anzahl von Materialzuführzonen aufnimmt.
  • Die Vorrichtung zum Einzug ist vorteilhaft weiterhin so ausgestaltet, dass diese gleichen Teilströme von den Materialzuführzonen über eine definierte Anzahl von in Hohlräumen angeordneten Wellen, die mit Bearbeitungselementen ausgerüstet sind, weiter eingezogen und weiter transportiert werden und diese Teilströme nach ihrem Austritt aus der Vorrichtung zum Einzug den von dem Mehrwellen-bzw. RingExtruder genutzten Wellen mit Bearbeitungselementen zuführbar sind.
  • Die Vorrichtung zum Einzug ist also derart ausgestaltet, dass sie den kompletten Materialstrom, der im funktional vorgelagerten Dosiergerät in massenstrommäßig im wesentlichen gleich große Teilströme aufgeteilt wird, über eine dieser Anzahl Teilströme entsprechende Anzahl von Materialzuführzonen aufnimmt, wobei diese Anzahl Teilströme über bis in diese Materialzonen reichende Wellen-Anordnungen, die jeweils mit wenigstens einem Bearbeitungselement ausgerüstet sind, weiter eingezogen und weiter transportiert werden, bis sie aus der Vorrichtung zum Einzug an deren Ende stromab des Materialflusses austreten und auf den Mehrwellen -bzw. RingExtruder übergeben werden.
  • Somit dient die Vorrichtung dem Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials. Das Material wird der Vorrichtung zum Einzug über wenigstens ein Dosiergerät zugeführt und in einem Mehrwellen-Extruder, d.h. der hier auch so bezeichneten eigentlichen Extruder-Maschine, weiter bearbeitet. Die Vorrichtung zum Einzug umfasst eine Anzahl N rotierbarer Wellen, d.h. Wellen-Anordnungen, wobei jede einzelne Welle in einem Hohlraum parallel zur Axialrichtung (A) des Mehrwellen-Extruders verläuft. Die Vorrichtung zum Einzug ist ausgestaltet zum Einzug von wenigstens zwei massenstrommäßig definierbar im wesentlichen gleichen Teilströmen des einzuziehenden Materials, wobei jeder Teilstrom jeweils einer Materialzuführzone zuführbar ist, von der jeweils eine rotierbare Wellen-Anordnung abgeht, die ausgestaltet ist, den Teilstrom einzuziehen, die ein Bearbeitungselement aufnimmt, zuführbar ist.
  • Somit verfügt die Vorrichtung zum Einzug über eine Anzahl N rotierbarer Wellen-Anordnungen, die in einer entsprechenden Anzahl N von Hohlräumen angeordnet sind. Die Anzahl N entspricht der Anzahl der Wellen der sich an die Vorrichtung anschliessenden Mehrwellen-bzw. RingExtruder-Maschine.
  • Diese Ausgestaltung hat entscheidende Vorteile. Können nämlich gleich große Teilströme von der Vorrichtung zum Einzug aufgenommen werden, verbessert bereits diese Konstruktion die Möglichkeit, diese Teilströme nach ihrem Weitertransport komplett auf den Mehrwellen- bzw. RingExtruder zu verteilen, also auch dessen Wellen mit dem Material zu versorgen, die nicht zu den Einzugswellen der Vorrichtung zum Einzug gehören. Mithin wird der Mehrwellen-bzw. RingExtruder mit einem gleichmässigen Teilstrom versorgt und kann diesen weiter bearbeiten oder verarbeiten, ohne dass die eingangs erwähnten Drehmomentspitzen erhalten werden. Die Vorrichtung kann dabei vorteilhaft über ein Verteilelement verfügen, das weiter unten näher beschrieben wird. Mithin wird der Mehrwellen- bzw. RingExtruder mit einem gleichmässigen Teilstrom versorgt und kann diesen weiter bearbeiten oder verarbeiten, ohne dass die eingangs erwähnten Drehmomentunterschiede erhalten werden.
  • Die technisch konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung zum Einzug steht, von den auch vorliegend näher beschriebenen Parametern abgesehen, im Belieben des Fachmanns. Sie hängt dabei unter anderem von der Geometrie des sich an sie anschliessenden Extruders ab, die ihrerseits von der Anzahl der von ihm aufgenommenen Wellen abhängt. Sie wird hingegen weniger beeinflusst von der Art des zuzuführenden Materials, ob es sich also um Schüttgüter mit hoher Schüttdichte, wie z.B. körnigen Materialien, oder um Schüttgut geringer Schüttdichte handelt, wie z.B. bei einem flockigen oder porösen Material; denn dadurch dass gleichmässige Material-Teilströme zur Verfügung gestellt werden, kommt es nicht auf die Form und Konsistenz des Materials an. Durch die Vorrichtung zum Einzug wird die eigentliche Mehrwellen- bzw. RingExtruder-Maschine für praktisch alle Schüttgüter universell einsetzbar. Es kann beispielsweise während eines Verfahrensdurchlaufs von einer Art Schüttgut zu einer anderen Art Schüttgut gewechselt werden.
  • Da die Einzuggeometrie einerseits robust sein muss und gleichzeitig filigran wird, bietet es sich an dieses Bauteil bzw. diese mehreren Bauteile im 3D Druck Verfahren herzustellen. Im Zuge dieses Herstellverfahrens ist es auch leichter möglich, falls benötigt, noch einen Kühlkreislauf oder Heizkreislauf n diesen Bauteilen vorzusehen.
  • Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung zum Einzug mit der in Transportrichtung stromab angeordneten Extruder-Maschine lösbar verbunden. Zur Befestigung können bekannte Befestigungsmittel und -Methoden verwendet werden.
  • Sämtliche rotierbaren Wellen der Vorrichtung zum Einzug wie auch sämtliche rotierbaren Wellen des Mehrwellen- bzw. RingExtruders sind mit dem Getriebe der Extruder-Maschine verbunden, das seinerseits von einem Motor oder dergleichen angetrieben wird. Sowohl das Getriebe, dessen Kupplung wie auch dessen Antriebsmaschine sind herkömmlich stromauf der Einrichtung zum Einzug angeordnet. Es wäre im Prinzip möglich, den Antrieb, also Motor, Getriebe und Kupplung auf die Seite des Extruderaustrags zu verlegen. Dadurch müssten dann die Wellen nicht zum Getriebe durch die Einzugselemente hindurchgeführt werden. Die Gestaltung des Produktzuflusses wäre dadurch noch offener möglich. Natürlich müsste das Getriebe und die Kupplungen umkonstruiert werden, da aus der Druckkraft die vom Austrag ausgeübt wird eine Zugbelastung würde.
  • Die rotierbaren Wellen in der Vorrichtung zum Einzug, die für den Einzug und Weitertransport der gleich großen Teilströme in der Vorrichtung zum Einzug Sorge tragen und die Voraussetzung für Verteilung der Teilströme in den Mehrwellen- bzw. RingExtruder schaffen, sind mit einem Bearbeitungselement ausgerüstet.
  • Bevorzugt ist die Vorrichtung zum Einzug mit folgenden Merkmalen ausgestattet:
  • Die rotierbaren Wellen in der Vorrichtung zum Einzug, die nicht für den Einzug und Weitertransport der gleich großen Teilströme in der Vorrichtung zum Einzug und nicht für die Verteilung der Teilströme in den Mehrwellen- bzw. RingExtruder, oder - wenn bevorzugt vorhanden: im Verteilelement, Sorge tragen, sind nicht mit einem Bearbeitungselement ausgerüstet.
  • Die Anzahl der rotierbaren Wellen in der Vorrichtung zum Einzug, die ein Bearbeitungselement aufnehmen, ist mithin < N.
  • Die Anzahl der rotierbaren Wellen, die kein Bearbeitungselement aufnehmen, ist mithin die Differenzzahl zu N und < N.
  • Die Vorrichtung zum Einzug weist nach dem Vorstehenden wenigstens zwei Materialzuführzonen auf. Diese sind vorteilhafterweise kammerartig ausgestaltet. Jede dieser Materialzuführzonen führt zu jeweils wenigstens einer ein Bearbeitungselement aufweisenden rotierbaren Wellen-Anordnung.
  • In jeder Materialzuführzone ist jeweils ein massenstrommäßig definierbar im wesentlichen gleicher Teilstrom des Gesamtstroms des einzuziehenden Materials aufnehmbar.
  • Die Anzahl der wenigstens zwei Teilströme entspricht der Anzahl der wenigstens zwei Materialzuführzonen und von jeder Materialzuführzone geht eine rotierbare Wellen-Anordnung ab, die ein Bearbeitungselement aufnimmt. Eine Doppelwellen-Anordnung mit jeweiligem Bearbeitungselement, also beispielsweise eine Doppelschnecken-Anordnung, stellt eine Wellen-Anordnung im vorgenannten Sinn dar. Eine Wellen-Anordnung kann aber auch lediglich aus einer Welle bestehen oder aber mehr als eine Doppelwellen-Anordnung aufnehmen. Der Begriff der Wellen-Anordnung wird in diesem Sinne funktional verstanden.
  • Diese Ausgestaltung ist bei allen Mehrwellen-Extrudern einsetzbar, also bei allen Extrudern, die nach der vorbeschriebenen Definition drei oder mehr Wellen aufweisen. Die räumlich-geometrische Anordnung der Wellen kann dabei polygonal sein. Bei einem Drei-Wellen-Extruder würden die Wellen etwa bei stirnseitiger Betrachtung in einem gleichschenkligen Dreieck angeordnet sein. Bei einem Fünfwellen-Extruder wäre die Anordnung etwa pentagonal.
  • Es können etwa sechswellige, achtwellige, zehnwellige oder insbesondere zwölfwellige Extruder eingesetzt werden. Ganz besonders gilt dies, wenn die Anzahl N der rotierbaren Wellen, die in einer entsprechenden Anzahl N von Hohlräumen aufgenommen sind, kranzförmig angeordnet ist. Damit wird die Konfiguration eines RingExtruders angesprochen. Ganz besonders vorteilhaft wirkt sich die beschriebene Vorrichtung zum Einzug bei dem Einsatz eines zwölfwelligen RingExtruders aus.
  • Denn je höher die Anzahl N der zur Verfügung stehenden rotierbaren Wellen ist, desto mehr Materialzuführzonen sind konstruierbar. Dies bedeutet eine entsprechend höhere Anzahl von Teilströmen und damit eine höhere Gleichmässigkeit der Verarbeitungsergebnisse.
  • Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Vorrichtung zum Einzug nachfolgend weiter anhand einer Ausgestaltung eines zwölfwelligen RingExtruders zu erläutern.
  • Bei dieser Ausführung wird der Gesamtstrom des Materials zunächst in vier gleich große Teilströme aufgeteilt.
  • Hierzu stehen spezielle Lösungen zur Verfügung, die weiter unten beschrieben werden. Von den zwölf Wellen, werden im Einzugsbereich 4 mal 2 Wellen, aufweisend jeweils Bearbeitungselemente, vorteilhafterweise als Doppelschnecken-Anordnungen ausgestaltet, eingesetzt. Aus Gründen der Prägnanz soll deshalb vereinfachend von Doppelschnecken-Anordnungen gesprochen werden, obwohl die Bearbeitungselemente - wie oben dargelegt - ggfs. auch oder stattdessen Knetelemente aufweisen können.
  • Die Vorrichtung zum Einzug weist von oben vier separate Öffnungen auf, in die jeweils dieselbe Teilstrommenge des Materials zudosiert wird. Somit werden vier Teilströme, die definierbar gleich groß sind, also vier gleiche Massenströme, durch die Vorrichtung aufnehmbar.
  • Es wird durch jeden der vier Teilströme eine Doppelschnecken-Anordnung befüllt. Von den zwölf Wellen des RingExtruders werden in diesem Bereich also nur 4 mal 2 Wellen für den Produkteinzug genutzt. Die restlichen 4 Wellen werden in Hohlräumen durch diese Zone durchgeführt, um sie stromab, mit Bearbeitungselementen in der eigentlichen Extruder-Maschine bestückt, verfahrenstechnisch zu nutzen. Die in der Vorrichtung zum Einzug nicht mit Bearbeitungselementen bestückten Wellen sind folglich stromab der Transportrichtung der Teilströme in der eigentlichen Extruder-Maschine mit Bearbeitungselementen ausgerüstet; vorteilhafterweise sind auch diese Wellen in der Einzugszone so ausgestaltet, dass sie durchgängig sind, d.h. in dem eigentlichen RingExtruder fortgeführt werden. Wird bevorzugt ein Verteilelement in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einzug verwendet, so ist es ebenso bevorzugt, bereits in diesem Bereich des Verteilelements alle Wellen-Anordnungen mit Bearbeitungselementen auszurüsten.
  • Die 4 Doppelschnecken-Anordnungen, die befüllt werden, sind bevorzugt so ausgeführt, dass alle vier jeweils die maximale Einzugsleistung erbringen. Die Limitierung des Gesamtdurchsatzes wird nämlich erreicht, wenn die erste Doppelschnecken-Anordnung nicht mehr Material einziehen kann. Dann erhält man als Gesamtdurchsatz den Durchsatz der limitierenden Doppelschnecken-Anordnung multipliziert mit 4.
  • Die Einzugszone kann - wie oben dargelegt - als Baugruppe ausgestaltet sein. Die Vorrichtung zum Einzug weist dabei vorteilhafterweise zwei Baugruppenteile auf. Diese werden als Einzugszone 1 und als Einzugszone 2 bezeichnet. Funktional ebenso wie räumlich-geometrisch betrachtet folgt die Einzugszone 1 stromab dem Getriebe. Die Einzugszone 2 ist dann stromab der Einzugszone 1 angeordnet. Somit weist die Vorrichtung zum Einzug in axialer Förderrichtung des Materials wenigstens eine Eingangszone 1 und wenigstens eine Einzugszone 2 auf, von denen jede wenigstens einen Teilstrom des einzuziehenden Materials aufnimmt.
  • In der Einzugszone 1 befinden sich 4 Doppelwellen-Anordnungen mit Bearbeitungselementen, vorteilhaft mithin 4 Doppelschnecken-Anordnungen. Diese Anordnungen sind vorteilhafterweise viertelkreisförmig angelegt, befinden sich im Uhrzeigersinn also etwa in der 12-Uhr-, 3-Uhr-, 6-Uhr-, und 9-Uhr-Position. Diese Doppelschnecken-Anordnungen befinden sich in einer Anzahl Materialzuführzonen. In der Ausgestaltung mit 4 Doppelschnecken-Anordnungen sind dies somit Materialzuführzonen 1 bis 3. Es sei bereits hier erwähnt, dass in der Ausgestaltung von zwei Einzugszonen die vierte Materialzuführzone in der Einzugszone 2 angeordnet ist, d.h.es werden nur drei Doppelwellen-Anordnungen befüllt, da die obere nicht befüllt wird, sondern das Material wird nur zur unteren „weitergereicht“; was im einzelnen noch weiter unten erläutert wird. Es sei weiter klargestellt, dass diese Konfiguration gilt, wenn die erfindungsgemässe Zone zum Einzug nicht über ein Verteilelement verfügt, dass aber dann, wenn sich stromab an diese eigentlichen Einzugszonen 1 und 2 ein Verteilelement anschliesst, dieses so ausgestaltet ist, dass alle Wellen-Anordnungen in diesem Bauteil des Verteilelements über ein Berarbeitungselement verfügen.
  • Die beiden seitlich liegenden Doppelschnecken-Anordnungen werden jeweils mit zwei massenstrommäßig gleich großen Teilströmen, Teilstrom 2 und 3 bezeichnet, über die Materialzuführzonen 2 und 3 befüllt. Diese Materialzuführzonen übergreifen entsprechend der obigen Erläuterung bevorzugt etwa die 3-Uhr-Position und 9-Uhr-Position.
  • In dieser Einzugszone 1 erfolgt auch die komplette Befüllung der unteren beiden Wellen-Anordnungen mit dem Teilstrom 1 über die Materialzuführzone 1. Die Materialzuführzone 1 reicht dabei bevorzugt von der oben erwähnten 12-Uhr-Position bis nach unten zur 6-Uhr-Position. Durch die bevorzugt axial versetzte Anordnung der Einzugszone 2 - dazu sogleich - entstehen für die ebenfalls axial versetzten Materialzuführzonen 1 und 4 und damit für die Teilströme 1 und 4 zwei axial versetzte Füllbereiche. Hierdurch kann das Material des Teilstroms 1 bis in die bevorzugte 6-Uhr-Position fallen und dort über die Wellen-Anordnung eingezogen werden.Somit weist die Einzugszone 1 eine - senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung betrachtet - nach unten durchgehende Materialzuführzone 1 auf, so dass Material in Materialzuführrichtung nach unten fällt und dort von der wenigstens einen rotierbaren Welle, die ein Bearbeitungselement aufnimmt, eingezogen werden kann.
  • Hierzu kann bevorzugt auf die oberen beiden Wellen jeweils ein „Flügelelement“ (Stirnansicht dieses Bauteils wie in der Zeichnung oder ähnlich mit Steigung unendlich) aufgeschoben werden, um das Material sicher nach unten zu befördern. In diesem Bereich sind also die Wellen der oberen Wellen-Anordnung, also beispielsweise der Doppelschnecken-Anordnung, vorhanden und ragen in den offenen, bevorzugt kammerartigen Raum der Zuführzone 1 hinein. Da der Füllbereich der Materialzuführzone 1 stromauf der Materialzuführzone 4 liegt - zu dieser sogleich - wird er auch (zusammen mit den Füllbereichen der Materialzuführzonen 2 und 3) zuerst befüllt. Der Teilstrom 1 soll aber möglichst ungehindert den unteren Füllbereich der Materialzuführzone 1 erreichen und muss deshalb an den in den Füllbereich hineinragenden Wellen vorbeifallen, so dass die nicht zu einem Stau des Teilstroms führen.Deshalb werden Bauteile mit schmaler Konfiguration oder geringem Volumen wie die vorgeschlagenen Flügelelemente eingesetzt werden, damit diese den Weg des Teilstroms 1 so wenig wie möglich behindern, gleichzeitig aber den Materialstrom nach unten weiterfördern.
  • In vorteilhafter Weise ist hierzu wenigstens einer der seitlichen Anordnungen eine Einzugshilfe vorgesehen. Dies kann ein massiver Körper oder ein schräg gestelltes Blech, oder ein sonstiges Leitblech sein.Möglich ist auch ein Bauteil, das aktiv bewegt wird, insbesondere in gleichem Drehsinn rotiert und damit den betreffenden Materialstrom zwangsweise der betreffenden Materialzuführzone zuführt. Materialmässig kommt jegliches geeignetes Material hierfür in Betracht. Hintergrund ist, dass diese Wellen auf einer Seite nach oben drehen und damit dosiertes Produkt wieder herausschleudern könnten. Der Teilstrom wird durch die Einzugshilfe an der entsprechenden Doppelschnecke auf die abwärts drehende Seite umgeleitet.
  • Der Produktfluss kann in diesem Bereich noch weiter verbessert werden, indem ein eingängiges Schneckenelement mit schmalem Kamm auf die Welle unterhalb der Einzugshilfe gesteckt wird.
  • Ferner kann die Einzugshilfe auch ein bewegliches bzw. angetriebenes Bauteil sein, das eine Art Zwangsförderung des Materials in die Kammer bewirken kann. Solch ein Element ist an allen Zuführöffnungen denkbar. Es kann beispielsweise auch im Stirnschnitt wie ein Kreuz oder ähnlich einer Zellradschleuse aufgebaut sein.
  • In vorteilhafter Weise wird an der einziehenden Welle mit Bearbeitungselement noch eine Tasche angebracht, um die Einzugsleistung bei Materialien mit geringer Schüttdichte weiter zu erhöhen. Im Bereich der Materialeinzugszone erstreckt sich ein erster Teil der taschenförmigen Aufweitung zwischen der radial innen liegenden Seite des Hohlraums zwischen der Doppelschnecken-Anordnung auf 9 Uhr Position und dem Wellenkranz und ein zweiter Teil der taschenförmige Aufweitung zwischen der radial aussen liegenden Seite des Hohlraums zwischen der Doppelschnecken-Anordnung auf 3 Uhr Position und dem Wellenkranz, so dass sich beim Betreiben des Extruders die Oberfläche der in den jeweiligen Teil der Aufweitung ragenden Bearbeitungselemente der gleichsinnig drehenden Wellen in der Richtung der Verjüngung der jeweiligen Aufweitung bewegen.
  • In der Einzugszone 2 ist die untere Wellen-Anordnung bereits mit dem für diese vorgesehenen Teilstrom 1 befüllt. Es erfolgt nun die Befüllung der oberen Materialzuführzone 4 mit Teilstrom 4. Von der oberen Materialzuführzone 4 geht die obere Wellen-Anordnung mit ausgerüstetem Bearbeitungselement ab. Die von dieser Materialzuführzone abgehenden Wellen-Anordnungen mit Bearbeitungselement bewirkt den Weitertransport des Teilstroms 4.
  • Somit weist die Einzugszone 2 in axialer Richtung stromauf der Einzugszone 1 eine - senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung betrachtet -auf den oberen Bereich begrenzte Materialzuführzone 4 auf, so dass Material in Materialzuführrichtung nicht nach unten fällt, und dort im oberen Bereich von der wenigstens einen rotierbaren Welle, die ein Bearbeitungselement aufnimmt, eingezogen werden kann.
  • Die beiden bevorzugt seitlich angeordneten Materialzuführzonen werden in dieser Einzugszone 2 entsprechend obigen Ausführungen zur Einzugszone 1 weiter mit dem Teilstrom 2 und 3 befüllt, so dass die von diesen Materialzuführzonen abgehenden Wellen-Anordnungen mit Bearbeitungselement für den Weitertransport dieser Teilströme sorgen. Das Element unterhalb der Einzugshilfe kann wahlweise auch wieder eingängig mit schmalem Kamm ausgeführt werden.
  • Vorzugsweise weisen die wenigstens eine Eingangszone 1 und die wenigstens eine Einzugszone 2 eine Trennanordnung zwischen der nach unten durchgehenden Materialzuführzone 1 und der nicht nach unten durchgehenden Materialzuführzone 4 auf, um die unterschiedlichen Teilströme 1 und 4 gem. vorstehender Erläuterung zu erfassen.
  • Wie oben dargelegt ist die Anzahl der rotierbaren Wellen, die kein Bearbeitungselement aufnehmen, die Differenzzahl zu N und < N. Werden bei einem zwölfwelligen RingExtruder von den zwölf Wellen, im Einzugsbereich 4 x 2 Wellen, für den Einzug genutzt, so verbleiben in der Vorrichtung zum Einzug vier nicht genutzten Wellen. Diese werden- wie dargelegt - erst stromab im bevorzugt vorhandenen Verteilelement oder in der eigentlichen Extruder-Maschine für die weitere Bearbeitung oder Verarbeitung des Materials aktiv. Diese nicht mit einem Bearbeitungselement im Bereich der Vorrichtung zum Einzug ausgerüsteten Wellen-Anordnungen müssen durch abgedeckt werden, was beispielsweise durch eine Hülse oder ein möglichst möglichst dünnwandiges Distanzelement erfolgen kann. Möglich ist es aber auch, ein Anschlagelement stromab der Zuführzone auf den Wellen anzuordnen. Diese Wellen werden üblicherweise mit einer Evolventenverzahnung zur Übertragung des Drehmoments versehen. Die Distanzelemente dienen dann auch als axialer Anschlag für die Elemente. Die Elemente werden auf den Wellen aufgesteckt und mit der Spitze axial fixiert und verspannt.
  • Der Kernträger ist herkömmlich eine verzahnte Tragwelle, die durch die Längsachse der Extruder-Maschine verläuft. Der Kernträger besteht üblicherweise aus einer Trägerwelle plus aufgeschobenen Kernsegmenten, ggfs. mit dem Anschluss der Kernkühlung. Da der Kernträger bei der Einzugszone 1 dem Materialstrom 1 zur unteren Wellen-Anordnung der Materialzuführzone 1 entgegenstehen würde , muss er schon stromab der Einzugszone 1 enden und geführt werden, sonst kann das Produkt nur schwer oder gar nicht nach unten fallen. Dies kann auch noch in einer Zwischenplatte erfolgen. Falls eine Kernkühlung benötigt wird können die Wasseranschlüsse in den Bereich gelegt werden, bevor die Öffnung für die oberen beiden Wellen beginnt, oder in eine separate Zwischenplatte.
  • Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zum Einzug im Anschluss an die Einzugszone in Material-Transportrichtung ein Verteilelement, das das aus der Vorrichtung zum Einzug austretende Material allen Wellen mit Bearbeitungselement der eigentlichen Extruder-Maschine zuführt. Das Verteilelement kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein. Direkt nach der Vorrichtung zum Einzug wird das Produkt dann z.B. durch relativ breite Profilscheiben auf dem geschlossenen Ring des RingExtruders, sog. Ringverteilzone, verteilt. Alternativ kommen als Verteilelemente in Umfangsrichtung aber auch noch folgende Elemente in Frage: Igelelemente oder breite oder sehr breite Knetscheiben bei denen ein Kamm entfernt wurde.
  • Wie bereits erwähnt ist die Vorrichtung zum Einzug nicht auf eine vorbeschriebene Ausgestaltung beschränkt. So kann die Vorrichtung zum Einzug bei einem zwölfwelligen Extruder auch etwa so ausgestaltet sein, dass sie drei wie oben definierte gleich große Teilströme des Materials in drei Materialzuführzonen aufnimmt und von diesen Materialzuführzonen jeweils drei Wellen-Anordnungen, versehen mit jeweils einem Bearbeitungselement zum Weitertransport dieser Materialströme abgehen.
  • Die Vorrichtung zum Einzug ebenso etwa für einen achtwelligen RingExtruder ausgestaltet sein. Zu diesem Zweck kann sie beispielsweise zwei Materialzuführzonen zur Aufnahme von wie oben definiert gleich großen 2 Teilströmen des Materials aufnehmen. Alternativ können also von diesen Zonen jeweils zwei 3-Wellen-Anordnungen mit insgesamt sechs Wellen, versehen mit jeweils einem Bearbeitungselement zum Weitertransport dieser Materialströme abgehen, sodass die Materialzonen und abgehenden Wellenanordnungen beispielsweise in der 1-Uhr bis 5-Uhr-Stellung und der 7-Uhr bis 11-Uhr-Stellung angeordnet werden.
  • Möglich ist auch eine Vorrichtung zum Einzug, bei der die Anzahl N der rotierbaren Wellen wenigstens sechs beträgt und bei der die Vorrichtung zwei bis N/2 Einwellen-Anordnungen, die ein Bearbeitungselement aufnehmen, aufweist und die von zwei bis fünf Materialzuführzonen abgehen.
  • Ebenso denkbar ist eine Vorrichtung zum Einzug, bei der die Anzahl N der rotierbaren Wellen wenigstens acht beträgt und bei der die Vorrichtung wenigstens zwei Wellen-Anordnungen, die ein Bearbeitungselement aufnehmen, aufweist und die von wenigstens zwei Materialzuführzonen abgehen.
  • Ebenso möglich ist eine Vorrichtung zum Einzug, bei der die Anzahl N der rotierbaren Wellen wenigstens zehn beträgt und bei der die Vorrichtung wenigstens zwei Wellen-Anordnungen, die ein Bearbeitungselement aufnehmen, aufweist und die von wenigstens zwei Materialzuführzonen abgehen.
  • Gut geeignet ist eine Vorrichtung zum Einzug, bei der die Anzahl N der rotierbaren Wellen wenigstens zwölf beträgt und bei der die Vorrichtung wenigstens drei Wellen-Anordnungen aufweist, die ein Bearbeitungselement aufnehmen, und die von wenigstens drei Materialzuführzonen abgehen.
  • Die Anzahl der Materialzuführzonen und die Anzahl der von diesen abgehenden Wellen-Anordnungen, die mit einem Bearbeitungselement ausgerüstet sind, können frei gewählt werden, der Fachmann wird hierfür Parameter wie die Materialmenge, Platzbedarf, Kosten, Grösse der Anlage, Materialeigenschaften mit berücksichtigen. Die oben dargestellte Ausgestaltung der Vorrichtung zum Einzug mit vier Materialzuführzonen und und 4 x 2 Wellen mit Bearbeitungselement für einen zwölfwelligen RingExtruder ist nach Bewertung der Erfinder jedoch besonders vorteilhaft, weil bei ihr eine hervorragende Balance zwischen erzielter Produktqualität und Aufwand für die Gleichverteilung des Drehmoments besteht.
  • Funktional und in verwandter Weise wird die vorerläuterte Vorrichtung zum Einzug durch ein stromauf zu ihr angeordnetes Dosiergerät ergänzt.
  • Es stellt die Einrichtung dar, mit der das ihm zugeführte Gesamt-Material des Schüttguts in wenigstens zwei massenstrommäßig gleich große Teilströme aufteilt, die der vorbeschriebenen Ausgestaltung der stromab angeordneten Vorrichtung zum Einzug zugeführt wird. Der Gesamtstrom wird durch das Dosiergerät definiert und geregelt. Dies kann sowohl gravimetrisch als auch volumetrisch erfolgen.
  • In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, den jeweiligen Teilstrom über eine koaxial angeordnete Spitze eines Verteilerkegels zu führen. Der gleichmässig kegelförmig fliessende Strom wird dann in Kreisteilsegmenten aufgenommen in die einzelnen Zuführkammern weitergeleitet.
  • Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird der Teilstrom auf eine Vibrationsrinne mit Gefälle geleitet. Durch entsprechend angepasste Quervibration erfolgt die gleichmässige Verteilung des Materials auf der Rinnenbreite. Durch ein einstellbares Gefälle wird das Produkt weitergefördert und kann am Ende der Rinne in den benötigten Teilströmen abgenommen und an die Zuführkammern weitergeleitet werden.
  • Nach einer wiederum anderen Ausführungsform wird der Teilstrom über eine Rinne geleitet, die durch einen teilporösen Boden gebildet wird. Durch den Boden wird Luft geblasen, so dass das Produkt auf der Rinne fluidisiert und sich wie eine Flüssigkeit auf der Breite der Rinne gleichmässig verteilt. Aufgrund eines einstellbaren Gefälles wird das Material wieder Richtung Ende der Rinne gefördert und kann in den Teilströmen abgenommen und an die Zuführkammern weitergeleitet werden.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, den Teilstrom durch ein gekröpftes Rohrstück zu leiten, welches motorisch oder durch die Schwerkraft des Produkts in Rotation versetzt werden kann. Wenn die Rotation schnell genug erfolgt, ergibt sich wieder ein quasi kontinuierlicher Teilstrom auf einem Ring. Dieser Strom kann wieder einfach in Kreisteilsegmenten aufgenommen und den Zuführzonen zugeleitet werden.
  • Eine andere Variante ermöglicht den Betrieb der Dosierung aus dem vollen Trichter. Der Trichter ist unten in symmetrisch aufgebaute Teilsegmente untergliedert. Jedes Teilsegment hat am unter Ende eine variable Öffnung. Der Querschnitt dieser Öffnung wird für alle Teilsegmente analog gleichzeitig geöffnet und geschlossen. Dies kann auch per Regelung erfolgen.
  • Ferner kommt ein spezielles gravimetrisches Dosiergerät in Betracht. Dieses hat einen Trichter mit mehreren identischen Austragsschnecken. Für den Aufbau beispielsweise mit 4x2 Wellen sind dies 4 Stück. Diese werden gemeinsam von einem Motor mit identischer Drehzahl angetrieben. So werden geregelt mehrere gleich grosse Masseströme erzeugt.
  • Natürlich kann auch konventionell mit 4 separaten Dosiergeräten gearbeitet werden, welche die Anzahl von Kammern analog der Anzahl der Teilströme befüllen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung zum Einzug ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, wobei:
    • 1 einen Querschnitt durch einen RingExtruder des Stands der Technik senkrecht zu seiner Längsachse zeigt;
    • 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zum Einzug für einen Ring-Extruder von 1 im Bereich seines Einzuges;
    • 3 einen zu 2 analogen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einzug für einen RingExtruder mit einem Einzug gemäss einer Einzugszone 1
    • 4 einen zu 3 analogen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einzug Mehrwellen-Extruder mit einem Einzug gemäss einer Einzugszone 2;
    • 5 mit 5a bis 5f eine dreidimensionale Darstellung der Baugruppen der Vorrichtung zum Einzug;
    • 6 mit 6a und 6b eine Prinzipskizze der Gesamt-Einrichtung im zusammengebauten Zustand;
    • 7 ein Beispiel für eine Aufschmelzzone bestehend aus zweischeibigen Knetelementen mit 90 Grad Versatzwinkel sowie Förderelementen mit großer Steigung sowohl rechts- als auch linkssteigend zeigt.
  • Gleiche Bezugsziffern in den vorerwähnten Figuren beziehen sich auf jeweils gleiche oder entsprechende Elemente.
  • 1 ist ein Querschnitt senkrecht zur axialen Förderrichtung A durch den Mehrwellen-Extruder in der Ausgestaltung eines zwölfwelligen RingExtruders. Die zwölf Wellen 4, 4', 4", 4"' ... sind ringförmig angeordnet und bilden eine Kranz 3. Gemäß 1 weist die Extruder-Maschine in einem Gehäuse 23 Hohlräume 2 auf, in denen jeweils die achsparallel angeordneten Wellen 4, 4', 4'', 4''' ...in axialer Förderrichtung verlaufen. Sämtliche Wellen 4, 4', 4'', 4''' sind mit dem stromauf angeordneten Getriebe der Extruder-Maschine verbunden (nicht gezeigt). Jede Welle 4, 4', 4'', 4''' ... trägt mit ihr drehfest verbundene Bearbeitungselemente 9, wie z.B. Schneckenelemente, Knetelemente oder Kombinationen derselben (nicht gezeigt). Die Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... drehen in diesem Ausführungsbeispiel gleichsinnig im Uhrzeigersinn, was durch die Pfeile zu dem Bezugszeichen D zum Ausdruck gebracht wird. Der Wellenkranz 3 befindet sich in einem in Umfangrichtung U, versehen mit einem Doppelpfeil (vgl. 2), des Gehäuses 23 angeordneten Hohlraum (nicht gezeigt), der an die radial zur Aussenseite des Gehäuses 23 verlaufende Gehäusewand 5 angrenzt.
  • Wie der 1 zu entnehmen ist, greifen die Bearbeitungselemente 9 benachbarter Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... kämmend mit geringem Spiel, also weitgehend dicht, ineinander. Die Gehäusewand 5 ist an der Innenseite und der axial verlaufende Innenkern 6 an seiner Aussenseite mit achsparallelen, konkaven Kreissegmenten 10 bzw. 11 versehen. Im Querschnitt sind die Innenseite der Gehäusewand 5 und der Innenkern 6 damit rosettenförmig aus konzentrischen Kreissegmenten 10 und 11 gebildet, deren Kreismittelpunkt in der Zylinderfläche des Kranzes 3 liegt.
  • 2 stellt einen Querschnitt durch die Vorrichtung zum Einzug 1 für einen RingExtruder von 1 im Bereich seines Einzuges dar. Die Vorrichtung zum Einzug 1 wiederholt dabei - von den Besonderheiten ihrer Ausgestaltung gemäss nachfolgenden Erläuterungen zu 3 und 4 abgesehen - den prinzipiellen Aufbau der Extruder-Maschine entsprechend den vorstehenden Erläuterungen zu 1: Die zwölf Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... sind ringförmig angeordnet und bilden eine Kranz 3. Gemäß 2 weist die Vorrichtung zum Einzug 1 in einem Gehäuse 23 Hohlräume 2 auf, in denen jeweils die achsparallel angeordneten Wellen 4, 4', 4'', 4''' ...in axialer Förderrichtung verlaufen. Die Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... drehen in diesem Ausführungsbeispiel gleichsinnig im Uhrzeigersinn, was durch die Pfeile zu dem Bezugszeichen D zum Ausdruck gebracht wird. Die Gehäusewand 5 ist an der Innenseite mit achsparallelen, konkaven Kreissegmenten 10 bzw. 11 versehen Im Querschnitt wird die Innenseite der Gehäusewand 5 aus konzentrischen Kreissegmenten 10 und 11 gebildet, deren Kreismittelpunkte in der Zylinderfläche des Kranzes 3 liegt. Der Innenkern 6 wird durch diesen Bereich ebenso wie die Wellen 33, durchgeführt.
  • Auch für 2 gilt: Sämtliche Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... sind mit dem stromauf angeordneten Getriebe der Extruder-Maschine verbunden (nicht gezeigt). Das bedeutet, dass sämtliche Wellen 4, 4', 4'', 4'''... sowohl der Extruder-Maschine gemäss 1 wie auch der Vorrichtung zum Einzug 1 mit dem stromauf angeordneten Getriebe der Extruder-Maschine verbunden sind und dass damit sämtliche Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... durchgängig durch beide Vorrichtungen verlaufen. Jedoch umfasst bei der Vorrichtung zum Einzug nach 2 nicht jede Welle 4, 4', 4'', 4''' ... mit ihr drehfest verbundene Bearbeitungselemente 9, wie z.B. Schneckenelemente, Knetelemente oder Kombinationen derselben (nicht gezeigt). Wellen 4, 4', 4'', 4'''..., die mit einem Bearbeitungselement 9 ausgerüstet sind, sind in diesem Ausführungsbeispiel nur diejenigen, die als Doppelwellen-Anordnung mit 7, 7' gekennzeichnet sind. Es sind dies gemäss diesem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einzug 1 vier Paare (4 × 2) Wellen, also 8 Wellen. Die übrigen vier Wellen 33 weisen jeweils kein Bearbeitungselement auf; sie sind zwar gleichermassen in einem Hohlraum 2 angeordnet und drehen sich auch, sie erfüllen aber - wie nachfolgend zu dem Ausführungsbeispiel in 3 und 4 erläutert - in Bezug auf die erfindungsgemäße Einziehung des Schüttgutmaterials keine Rolle und sind prinzipiell deshalb auch in der Vorrichtung zum Einzug 1 verlaufend angeordnet, weil funktional eine Verbindung des stromauf angeordneten Getriebes mit sämtlichen, Bearbeitungselemente 9 aufweisenden Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... der Extruder-Maschine hergestellt werden muss. Diese Wellen 33 können aber mit einfachen Distanzhülsen bestückt sein, damit sie als axiales Anschlagelement für die stromab im RingExtruder aufgeschobenen Bearbeitungselemente dienen können.
  • 3 zeigt einen zu 2 analogen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einzug 1 in einem Ausführungsbeispiel für einen RingExtruder mit einem Einzug gemäss einer Einzugszone 1. 4 zeigt einen zu 2 analogen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einzug 1 in einem Ausführungsbeispiel für einen RingExtruder mit einem Einzug gemäss einer Einzugszone 2.
  • Beide Einzugszonen 1 und 2 sind Baugruppen der Vorrichtung zum Einzug 1 und in axialer Förderrichtung des Materials hintereinander angeordnet, wobei die Einzugszone 1, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 17, stromauf Richtung Getriebe bzw. funktional stromab zum Dosiergerät 22 (nicht gezeigt) angeordnet ist und wobei sich dann stromab die Einzugszone 2, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 18, anschliesst, die ihrerseits über ein 4×2 Element aus 2 und ggfs. über ein Verteilelement (nicht gezeigt) eine Verbindung mit den Wellen 4, 4', 4'', 4'''..., d.h. mit den durch sie weiter stromab gebildeten Wellen-Anordnungen, der Extruder-Maschine nach 1 herstellt.
  • Somit verfügt die Vorrichtung zum Einzug 1 über eine Anzahl N rotierbarer Wellen 4, 4', 4', 4''' ... - in diesem Ausführungsbeispiel sind es zwölf, - die in einer Anzahl von Hohlräumen 2 (vgl. 2) angeordnet sind. Die Anzahl N rotierbarer Wellen-Anordnungen entspricht der Anzahl der Wellen 4, 4', 4'', 4''' ... der sich an die Vorrichtung anschliessenden Mehrwellen-bzw. RingExtruder-Maschine, die in 1 dargestellt sind; dort sind in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls zwölf Wellen 4, 4', 4'', 4'''....
  • Jede einzelne Welle 4, 4', 4', 4'''... verläuft parallel zur Axialrichtung A, vgl. 6, des Mehrwellen-bzw. RingExtruders.
  • Die Vorrichtung zum Einzug 1 ist zum Einzug von wenigstens zwei massenstrommäßig definierbar im wesentlichen gleichen Teilströmen des einzuziehenden Materials ausgestaltet. In dem Ausführungsbeispiel gem. 3 und 4 sind es vier Teilströme 13', 14', 15' 16'. Das Schüttgut wird in der mit dem Pfeil 12 gezeigten Zuführrichtung zugeführt.
  • Die rotierbaren Wellen 4, 4', 4'', 4'''... in der Vorrichtung zum Einzug 1, die für den Weitertransport der gleich großen Teilströme 13', 14', 15' 16' in der Vorrichtung zum Einzug 1 und für die Verteilung der Teilströme in den Mehrwellen- bzw. RingExtruder Sorge tragen, sind jeweils mit einem Bearbeitungselement 9 ausgerüstet.
  • Die rotierbaren Wellen 4, 4', 4'', 4'''... in der Vorrichtung zum Einzug 1, die nicht für den Weitertransport der gleich großen Teilströme in der Vorrichtung zum Einzug und für die Verteilung der Teilströme in den Mehrwellen- bzw. RingExtruder Sorge tragen, sind nicht mit einem Bearbeitungselement ausgerüstet.
  • Die Anzahl der rotierbaren Wellen 4, 4', 4'', 4'''... in der Vorrichtung zum Einzug, die ein Bearbeitungselement 9 aufnehmen, ist mithin < N und beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel acht in Zusammenschau von 3 und 4. Es sind dies die dort zu den Doppelwellen-Anordnungen 7, 7' gezeigten Bearbeitungselemente 9.
  • Die Anzahl der rotierbaren Wellen 4, 4', 4'', 4'''..., die kein Bearbeitungselement aufnehmen, ist mithin die Differenzzahl zu N und < N; sie beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier. Es sind dies die lediglich als Kreis dargestellten Wellen 33.
  • Die Vorrichtung zum Einzug weist in dem in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel vier Materialzuführzonen 1 bis 4 auf, die jeweils mit einem Pfeil 13, 14, 15, 16 belegt sind. Diese sind kammerartig (nicht gezeigt) ausgestaltet. Die Materialzuführzonen 1 bis 4 führen zu jeweils wenigstens einer ein Bearbeitungselement aufweisenden rotierbaren Wellen-Anordnung 4, 4', 4", 4"'..., nämlich zu den Doppelwellen-Anordnungen 7, 7' mit Bearbeitungselementen 9.
  • In jeder Materialzuführzone ist jeweils ein massenstrommäßig definierbar im wesentlichen gleicher Teilstrom des Gesamtstroms des einzuziehenden Materials aufnehmbar.
  • Die Anzahl der Teilströme 13', 14', 15' 16' entspricht der Anzahl der von diesen Materialzuführzonen 1 bis 4 abgehenden rotierbaren Wellen-Anordnungen 4, 4', 4'', 4'''...; 7, 7', die ein Bearbeitungselement 9 aufnehmen. Eine Doppelwellen-Anordnung mit jeweiligem Bearbeitungselement, also beispielsweise eine Doppelschnecken-Anordnung, stellt eine Wellen-Anordnung im vorgenannten Sinn dar. Die von dieser Materialzuführzonen abgehenden Wellen-Anordnungen mit Bearbeitungselement bewirken den Einzug sowie den Weitertransport der Teilströme.
  • In der mit 17 und 18 belegten Einzugszone 1 und 2 befinden sich vier Doppelwellen-Anordnungen 4, 4', 4", 4"'...; 7, 7', mit Bearbeitungselementen 9, , vorteilhaft mithin Doppelschnecken-Anordnungen. Diese Anordnungen sind in dem Ausführungsbeispiel viertelkreisförmig angelegt, befinden sich im Uhrzeigersinn also etwa in der 12-Uhr-, 3-Uhr-, 6-Uhr-, und 9-Uhr-Position. Diese Doppelwellen-Anordnungen befinden sich somit in der entsprechenden Anzahl Materialzuführzonen 1 bis 4, die mit 13', 14', 15', 16' bezeichnet sind und kammerartig durch geschlossene Wandungen 13", 14", 15", 16" gebildet werden. Wie bereits erwähnt, werden an sich nur drei Doppelwellen-Anordnungen in dem Bereich 17 der Einzugszone 1 zum Einzug genutzt. Die vierte, oben liegende Anordnung kann mit den Segmenten 8 bestückt werden, muss dies aber nicht, falls das Material leicht nach unten fließt; die obere Anordnung wird eigentlich nur benötigt, weil die Wellen Richtung Antrieb durchgeführt werden müssen und damit dem freien Materialfluss 13 im Wege stehen.
  • Die beiden seitlich liegenden Doppelwellen-Anordnungen werden jeweils mit zwei massenstrommäßig gleich großen Teilströmen, als Teilstrom 2 und 3 bezeichnet und mit 14', 15' gekennzeichnet, über die Materialzuführzonen 2 und 3, mit 14 und 15 bezeichnet, befüllt.
  • In der in 3 dargestellten Einzugszone 1; 17 erfolgt die komplette Befüllung der unteren beiden Wellen-Anordnungen4, 4' ...; 7, 7' mit dem Teilstrom 1, gekennzeichnet mit 13' über die Materialzuführzone 1, gekennzeichnet mit 13. Die Materialzuführzone 1 reicht dabei von der oben erwähnten 12-Uhr-Position bis nach unten zur 6-Uhr-Position. Durch die axial versetzte Anordnung der Einzugszone 2; 18 - dazu sogleich - entstehen für die ebenfalls axial versetzten Materialzuführzonen 1 und 4, Bezugszeichen 13, 16, und damit für die Teilströme 1 und 4, Bezugszeichen 13', 16', zwei axial versetzte Füllbereiche. Hierdurch kann das Material des Teilstroms 1 bis in die bevorzugte 6-Uhr-Position fallen und dort über die Wellen-Anordnung 4, 4'...; 7, 7' eingezogen werden. Somit weist die Einzugszone 1 eine - senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung betrachtet - nach unten durchgehende Materialzuführzone 13 auf, so dass Material in Materialzuführrichtung 12 nach unten fällt und dort von der rotierbaren Wellen-Anordnung 4. 4' ..; 7, 7', die zwei Bearbeitungselemente 9 aufnimmt, eingezogen werden kann. Die von dieser Materialzuführzone abgehende Wellen-Anordnung mit Bearbeitungselement bewirkt den Weitertransport des Teilstroms.
  • Hierzu ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der Einzugszone 1 gem. 3 auf die oberen beiden Wellen 4, 4'jeweils ein „Flügelelement“ 8 mit Steigung unendlich, gezeigt in Stirnansicht dieses Teils, aufgeschoben, um das Material sicher nach unten zu befördern. In diesem Bereich sind also die Wellen der oberen Wellen-Anordnung, vorhanden und ragen in den offenen, kammerartigen Raum der Zuführzone 1, gekennzeichnet mit 13, hinein. Da der Füllbereich der Materialzuführzone 1 stromauf der Materialzuführzone 4, gekennzeichnet mit 16 und gezeigt in 4, liegt - zu dieser sogleich - wird er auch (zusammen mit den Füllbereichen der bereits erläuterten Materialzuführzonen 2 und 3) zuerst befüllt. Der Teilstrom 1, mit 13' belegt, soll aber möglichst ungehindert den unteren Füllbereich der Materialzuführzone 1 erreichen und muss deshalb an den in den Füllbereich hineinragenden Wellen vorbeifallen, so dass die nicht zu einem Stau des Teilstroms führen. Deshalb werden Bauteile mit schmaler Konfiguration oder geringem Volumen, Steigung unendlich, wie die vorgeschlagenen Flügelelemente 8 eingesetzt, damit diese den Weg des Teilstroms 1 so wenig wie möglich behindern.
  • Wie oben dargelegt ist die Anzahl der rotierbaren Wellen 4, 4', 4'', 4'''..., die kein Bearbeitungselement 9 aufnehmen, die Differenzzahl zu N und < N. In dem gezeigten Beispiel eines zwölfwelligen RingExtruders von den zwölf Wellen, im Einzugsbereich 4 × 2 Wellen, für den Einzug genutzt; es verbleiben in der Vorrichtung zum Einzug vier nicht genutzte Wellen. Diese werden- wie dargelegt - erst stromab im Verteilelement oder weiter stromab in der eigentlichen Extruder-Maschine für die weitere Bearbeitung oder Verarbeitung des Materials aktiv. Diese nicht mit einem Bearbeitungselement im Bereich bis einschließlich dem 4×2 Bauteil gemäß 2 ausgerüsteten Wellen-Anordnungen 4, 4', 4'', 4''' müssen deshalb abgedeckt werden, was beispielsweise durch eine Hülse oder ein möglichst dünnwandiges Distanzelement erfolgen kann (nicht gezeigt).
  • Ferner ist bei einer der seitlichen Anordnungen eine Einzugshilfe 19 vorgesehen.
  • Der Produktfluss wird in diesem Bereich noch weiter verbessert, indem ein eingängiges Schneckenelement 21 mit schmalem Kamm auf die Welle unterhalb der Einzugshilfe 19 gesteckt wird. Dieses Element kann zusätzlich an der schiebenden Flanke noch eine Schubkante aufweisen (nicht gezeigt)
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird an den einziehenden Wellen 4, 4', ... mit Bearbeitungselement 9 noch eine Tasche 20 angebracht, um die Einzugsleistung bei Materialien mit geringer Schüttdichte weiter zu erhöhen. Die Taschen sind links und rechts eingezeichnet; sie bilden den Abstand zwischen dem waagerecht liegenden Schneckenkamm der jeweils unter Welle und der Gehäusewand rechts daneben. Im Bereich der Materialeinzugszone 2 und 3 erstreckt sich eine taschenförmige Aufweitung 20 in der Zuführzone 14 zwischen der radial innen liegenden Seite des Hohlraums und dem Wellenkranz 3 und in der Zuführzone 15 eine taschenförmigen Aufweitung 20 zwischen der radial aussen liegenden Seite des Hohlraums und dem Wellenkranz 3, so dass sich beim Betreiben des Extruders Einzugstaschen jeweils auf der Seite der nach unten drehenden Seite der Schnecke mit Verjüngung Richtung aufwärts drehender Seite der Schnecke (jeweils links) ergeben.
  • In der Einzugszone 2, die mit 18 bezeichnet ist und in 4 dargestellt wird, ist die untere Wellen-Anordnung 4. 4'...; 7, 7' bereits mit dem für diese vorgesehenen Teilstrom 1 befüllt. Es erfolgt nun die Befüllung der oberen Materialzuführzone 4, mit 16 gekennzeichnet, mit Teilstrom 4, mit 16' kenntlich gemacht. Von der oberen Materialzuführzone 4 geht die obere Wellen-Anordnung 4, 4'...; 7, 7' mit ausgerüstetem Bearbeitungselement 9 ab. Die von dieser Materialzuführzone abgehenden Wellen-Anordnung mit Bearbeitungselement bewirkt den Weitertransport des Teilstroms 4.
  • Somit weist die Einzugszone 2 in axialer Richtung stromab der Einzugszone 1 eine - senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung betrachtet -auf den oberen Bereich begrenzte Materialzuführzone 4 auf, so dass Material in Materialzuführrichtung nicht nach unten fällt, und dort im oberen Bereich von der rotierbaren Wellen-Anordnung, die ein Bearbeitungselement aufnimmt, eingezogen und weitertransportiert werden kann.
  • Die dreidimensionale Darstellung der Vorrichtung zum Einzug lässt in den Unterfiguren 5a -5f deren Baugruppen erkennen. Das Gehäuse 23 weist ausweislich 5a einen Einzugskranz 28 für die Aufnahme der Wellen-Anordnungen als Abschluss der Vorrichtung auf der Getriebeseite auf. Der stirnseitig gezeigte Einzugskranz 28 liegt stromauf in Richtung Dosiergerät 22 (nicht gezeigt).
  • Daran schliesst sich stromab die in 5b gezeigte Einzugszone 17 entsprechend der zu 3 gegebenen Beschreibung an. Die Materialzuführzonen 13, 14, 15 sind erkennbar ebenso wie die Aufnahmeform für die Wellen-Anordnung 7, 7' am unteren Ende der Materialzuführzone 13'.
  • Es folgt stromab der Flussrichtung des Materialflusses die Trenn-Anordnung 24, die im Ausführungsbeispiel der 5c als kreisförmige Platte gezeigt ist. Diese grenzt die Baugruppen der Einzugszone 1 und der Einzugszone 2 voneinander ab. Die Besonderheit der Trennanordnung 24 ist deren Teil-Abdeckbereich 29, der den oben gelegenen Bereich der in 5d gezeigten Materialzuführzone 16' der Einzugszone 2 abdeckt. Hierdurch wird bewirkt, dass der für die Aufnahme in die Materialzuführzone 13 gem. 5b vorgesehene Teilstrom 13' nach unten in die gezeigte 6-Uhr-Stellung durchrutschen kann und die dort gezeigte Wellen-Anordnung 7, 7' erreichen kann, folglich nicht durch die sich in der Einzugszone 2, bezeichnet mit 18; anschliessende Materialzuführzone 16 an dem Durchrutschen gehindert wird, wobei diese Materialzuführzone 16 wie vorbeschrieben und in 5d gezeigt räumlich-geometrisch auf den oben gelegenen Bereich beschränkt.
  • 5d zeigt die mit 18 bezeichnete Einzugszone 2, bezeichnet mit 1, 18. Erkennbar sind die seitlichen Materialzuführzonen 14, 15 und die mittige Materialzuführzone 13, die also in beiden Einzugszonen 1 und 2 durchgängig angeordnet sind und auch nicht von der Trennanordnung 24 voneinander getrennt sind, wie die entsprechenden Durchgänge in 5c zeigen, die die Teilströme 13' 14' 15' frei lassen. Die Durchgangsöffnungen 32 dienen lediglich der Drehdurchführung der Tragwellen. Die Freiräume werden durch Distanzringe mit Schneckenaußendurchmesser verschlossen. Ein Materialdurchtritt wird so verhindert.
  • Stromab schliesst sich das in 5e gezeigte 4×2 Wellenstück gemäß 2 an. Die 4 Doppelwellen-Anordnungen 7, 7' sind jeweils mengengleich mit den Materialströmen 13', 14', 15',16' (nicht gezeigt) befüllt. In den Bereichen 33 werden die Wellen nur durchgeführt, übertragen Drehmoment aber keinen Materialstrom.
  • Stromab schliesst sich das in 5f dargestellte Verteilelement 30 an, das über eine entsprechende Anzahl von Öffnungen verfügt, durch die sämtliche Teilströme aus der Vorrichtung zum Einzug 1 über den Kranz 3 der Wellen-Anordnungen 4, 4', 4'', 4''' ...; 7, 7' der eigentlichen Extruder-Maschine zur weiteren Bearbeitung oder Verarbeitung zugeführt werden, wobei in 5f beispielhaft eine zwölfwellige Ring_Extruder_Konfiguration gezeigt ist.
  • 6 zeigt mit 6a und 6b der Vollständigkeit halber eine Prinzipskizze der Gesamt-Einrichtung 25 im zusammengebauten Zustand, wobei die mit 17, 18 bezeichneten Einzugszonen 1 und 2 in „geöffneter“ Weise ohne Einzugshilfe und ohne Schneckenelemente und volumenreduziertes Element dargestellt sind. Die Flussrichtung ist stromab ist mit einem Pfeil F gekennzeichnet.
  • Diese Erläuterung zu den drehmoment-bezogenen Aspekten vorangestellt, widmet sich die nachfolgende Erläuterung einem anderen und vorliegend erfindungsgemäßen Aspekt, der funktional in einem Zusammenhang mit der vorerläuterten Vorrichtung zum Einzug eines Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials steht:
  • Adhäsionsbezogene Aspekte:
  • Sind, wie oben zu den drehmoment-bezogenen Aspekten im einzelnen erläutert, gleich große Teilströme des eingezogenen und weiter transportierten Materials erzeugt, so verbessert sich schon allein dadurch das Ergebnis, diese Teilströme im Anschluss daran komplett auf den Mehrwellen-Extruder, insb. den RingExtruder, zu verteilen, also auch diejenigen Wellen-Anordnungen in dieser Extruder-Maschine mit Material zu versorgen, die nicht zu den Einzugswellen gehören, und somit die gesamte Extruder-Maschine mit dem zu bearbeitenden Schüttgut zu versorgen.
  • Jedoch muss man weiter berücksichtigen, dass es sich bei dem zu bearbeitenden bzw. zu verarbeitenden Schüttgut regelmäßig um rieselndes, rollendes, rutschendes oder dgl. Material handelt. Da das Material also Schüttgut ist oder beinhaltet, kann aufgrund seiner Konsistenz und seiner Eigenschaften nicht generell ausgeschlossen werden, dass das Material an der Stirnseite der eigentlichen Extruder-Maschine, die die mit Bearbeitungselementen bestückten Wellen-Anordnungen umfasst, abrutscht, was dann wiederum dazu beiträgt, dass die Wellen-Anordnungen wieder mehr, jedenfalls schwieriger steuerbares Drehmoment aufnehmen müssen.
  • Daraus ergibt sich das Bestreben, die aus der Vorrichtung zum Einzug heraustretenden Teilströme des Schüttgut-Materials, die auf die eigentliche Extruder-Maschine verteilt werden, noch zielgerichteter und definierbarer der weiteren Bearbeitung oder weiteren Verarbeitung durch die eigentliche Extruder-Maschine zugeführt werden.
  • Hierzu wird der Bereich der Vorrichtung zum Einzug, der die Materialzuführzonen umfasst, in denen jeweils massenstrommäßig definierbare im wesentlichen gleiche Material-Teilströme des Gesamtstroms des einzuziehenden Materials aufnehmbar sind und in denen die von diesen Materialzuführzonen abgehenden Wellen-Anordnungen ausgestaltet sind, den Einzug, ggfs. den Weitertransport der Teilströme zu bewirken, so ausgestaltet dass die Haftung an der Gehäusewand und/oder den Bearbeitungselementen der Vorrichtung und / oder der Gleitwiderstand- und / oder der Rutschwiderstand des Materials veränderbar ist.
  • Veränderbar ist dabei so zu verstehen, dass die Haftung des Materials so beeinflusst wird, dass seine Haftung an der Gehäusewand und/oder den Bearbeitungselementen der Vorrichtung zum Einzug und / oder der Gleitwiderstand- und / oder der Rutschwiderstand des Materials an der Gehäusewand und /oder den Bearbeitungselementen einstellbarer im Sinne von regulierbarer, lenkbarer, beherrschbarer ist, so dass das Material zielgerichtet und definierbar der weiteren Bearbeitung oder weiteren Verarbeitung durch die eigentliche Extruder-Maschine zugeführt werden kann.
  • Vorteilhafterweise soll diese Vorrichtung zum Einzug so ausgestaltet werden, dass die Haftung des Materials an der Gehäusewand und /oder den Bearbeitungselementen und / oder die Gleithemmung- und / oder die Rutschhemmung des Materials erhöhbar ist.
  • Dies wird bevorzugt dadurch bewirkt, dass die Oberflächenbeschaffenheit des Schüttgut aufweisenden Materials verändert oder, noch weiterbevorzugt, dass die Oberflächenbeschaffenheit erhöht wird.
  • Besonders bevorzugt ist es, das Schüttgut aufweisende Material adhäsiver, beispielsweise klebriger, pastöser oder allgemein flüssiger oder benetzender zu machen.
  • Ganz besonders bevorzugt ist es, die Gleit- und / oder Rutschhemmung, bzw. die Oberflächenbeschaffenheit des Schüttgut aufweisenden Materials, bzw. seine Adhäsionseigenschaften mittels der Vorrichtung zum Einzug oder funktional im Zusammenhang mit der Vorrichtung zum Einzug zu bewerkstelligen.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Gleit- und / oder Rutschhemmung, bzw. die Oberflächenbeschaffenheit des Schüttgut aufweisenden Materials, bzw. seine Adhäsionseigenschaften mittels des Verteilelements oder funktional im Zusammenhang mit dem Verteilelement bewerkstelligt.
  • In einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Oberfläche des RingExtruders, die mit den Teilströmen des Schüttgut aufweisenden Materials nach deren Austritt aus der Vorrichtung zum Einzug in Kontakt kommt, so ausgestaltet, dass deren Gleit- und / oder Rutschhemmung erhöht wird.
  • Eine Kernidee ist somit, den Gesamt-Materialstrom nach Maßgabe der vorstehenden Erläuterungen in massenstrommäßig definierte gleich große Teilströme und diese Teilströme in Bearbeitungselemente aufweisende Wellenanordnungen einzuführen, mittels dieser weiterzutransportieren und das Schüttgut aufweisende Material in diesem Bereich der Vorrichtung zum Einzug so zu bearbeiten, dass dessen Haftung und / oder dessen Gleit- und / oder Rutschhemmung verändert, vorteilhaft erhöht wird.
  • Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Material in oder im funktionalen Bereich der Vorrichtung angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird.
  • Statt dessen ist es aber auch möglich, in oder in diesem Bereich der Vorrichtung zum Einzug kein Anschmelzen oder Aufschmelzen vorzunehmen, vielmehr die Material-Teilströme nach dem Passieren der Vorrichtung zum Einzug auf die eigentliche Extruder-Maschine zu verteilen und erst danach fertig aufzuschmelzen und danach die üblichen verfahrenstechnischen Aufgaben durchzuführen, wie das Mischen, Dispergieren und Verteilen.
  • Ferner ist es möglich, das Anschmelzen oder Aufschmelzen der Teilströme des Materials mittels des Verteilelements vorzunehmen.
  • Es bedarf keiner besonderen Betonung nach dem gesamten Vorstehenden, dass mehrwellige RingExtruder - und hier ganz besonders zwölfwellige RingExtruder, bevorzugt werden, so dass auch die auf diese RingExtruder abgestimmte Vorrichtungen zum Einzug als bevorzugt angesehen werden.
  • Wie soeben allgemein angesprochen, besteht eine Lösung darin, die Oberfläche des Materials anzuschmelzen.
  • Das Anschmelzen kann auf verschiedene Weise erfolgen.
  • Nachdem nun die definierten Teilströme in die Vorrichtung zum Einzug gefördert und alle mit Bearbeitungselementen versehenen Wellen-Anordnungen befüllt wurden, kann man diese Wellen-Anordnungen zum Aufschmelzen oder zumindest Anschmelzen verwenden oder unaufgeschmolzen in eine Ringverteilzone, die einen geschlossenen Ring darstellt, fördern. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Material in diesem Abschnitt der erwähnten Wellen-Anordnungen „klebrig“ gemacht wird. Das Auf. bzw. Anschmelzen in diesem Abschnitt hat den Vorteil, dass das Material zumindest so hohe Adhäsionskräfte entwickelt, dass die Schwerkraft vernachlässigt werden kann, d.h. das Material sinkt nicht, rieselt nicht oder zumindest nur stark eingeschränkt nach unten.
  • Das Anschmelzen kann ferner vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass statt oder neben Schneckenelementen auch Knetelemente in die Vorrichtung zum Einzug eingebaut werden, die infolge ihrer Rotation Energie eintragen.
  • Eine andere vorteilhafte Art besteht darin, dass eine ausreichende Wärmeleistung über das Gehäuse der Vorrichtung zum Einzug auf das Material aufgebracht wird oder die für das Anschmelzen oder Aufschmelzen erforderliche Wärme um das Gehäuse herum erzeugt und mittels frei wählbarer, geeigneter Mittel dem Material zugeführt wird. Diese beiden letztgenannten Möglichkeiten sind vorteilhaft, weil dann die für den Einzug und den Weitertransport der Teilströme eingesetzten, Bearbeitungselemente aufweisenden Wellen-Anordnungen nicht oder kaum mit zusätzlichem Drehmoment belastet werden. Das Gehäuse sollte vorteilhafterweise für diesen Vorgang entsprechend lang ausgeführt werden. Hierzu sind Abmessungen von 2-12 L/D, wobei L für Länge und D für Durchmesser stehen, gut geeignet.
  • Mithin kann das Anschmelzen vorteilhaft entweder durch eine geeignete Schneckenanordnung erfolgen oder auch durch Wärmeleitung. Hierzu sollte der Abschnitt der Vorrichtung zum Einzug, der die Wellen-Anordnungen mit Bearbeitungselementen aufnimmt, gegen den Einlauf sehr gut wärmeisoliert und dann intensiv beheizt werden. Dies kann durch Heizpatronen oder auch induktiv erfolgen.
  • Statt eines Anschmelzens ist auch ein mehr oder weniger vollständiges Aufschmelzen denkbar. Jedoch erscheint dies eher überflüssig zu sein. Denn pro Wellen-Anordnung, die das Material einzieht, würde bei einem fast vollständigen Aufschmelzen und / oder bei einem Aufschmelzen des gesamten Materials nur im Bereich der einziehenden Wellen-Anordnungen, mehr Energie und damit auch ein höheres Drehmoment benötigt werden; deshalb hat das bloße Anschmelzen Vorteile.
  • Eine weitere Lösung besteht darin, ein Fluid, insb. eine Flüssigkeit zuzuführen, was etwa durch Einspritzen, Aufspritzen, Aufdampfen, Besprühen, Benebeln von Wasser oder andere geeignete Massnahmen erfolgen kann. Dadurch stellt sich wie bei den vorerwähnten Massnahmen ebenfalls der Effekt ein, dass das Material jedenfalls etwas haftet, so dass es dadurch ebenfalls nicht so leicht an der vorbeschriebenen Stirnseite der Extruder-Maschine herunterrutscht. Denn hierdurch entsteht ein Flüssigkeitsfilm der das Material am Abrutschen an der Gehäusewand und /oder an den Schneckenelementen hindert.
  • Nach dem Durchgang der Teilströme in der Einzugszone der Vorrichtung zum Einzug wird das Material dann z. B. durch relativ breite Profilscheiben auf dem geschlossenen Ring, d.h. der Ringverteilzone des RingExtruders, verteilt. Alternativ kommen als Verteilelemente in Umfangsrichtung aber auch noch folgende Elemente in Frage: Igelelemente oder breite oder sehr breite Knetscheiben bei denen ein Kamm entfernt wurde. Mittels des Verteilelements erfolgt dann ggfs. auf allen beispielsweise 12 Wellen unter Nutzung aller Wellen die komplette Aufschmelzung.
  • Falls das Material komplett unaufgeschmolzen in die Ringverteilzone (geschlossener Ring) transportiert wird, muss es dort sehr sorgfältig im Ring komplett verteilt werden. Hierbei gilt es ein Herunterrieseln oder Fallen bzw. ein Zurückrutschen aufgrund der Schwerkraft ebenso zu verhindern, wie ein ungebremstes Weiterrutschen in Umfangsrichtung ebenso aufgrund der Schwerkraft.
  • Was den Aspekt anbelangt, wie die Anschmelzung oder Aufschmelzung am besten zu erfolgen hat, so ist nach den Erkenntnissen der Erfinder die Geometrie der Aufschmelzzone genauer zu betrachten, da diese zu den oben erwähnten zwei Peaks pro Schneckenwelle führt Es wurde festgestellt, dass sämtliches Material, das man aufschmilzt, diese Peaks erzeugt, wie oben bereits erwähnt.
  • Werden - wie als Beispiel erwähnt - Knetelemente eingesetzt, so bilden diese zwischen ihrer schmalen äusseren Stirnseite und der Innenwandung des sie aufnehmenden Hohlraums in bestimmten Winkellagen eine abgeschlossene Kammer, in der das Material eingezwängt wird.
  • Auch wenn es -soweit ersichtlich - keine veröffentlichte wissenschaftliche Erklärung hierfür gibt, steht zu vermuten, dass in diesem Engstellen-Bereich das Problem der Schwankung des Drehmoments entsteht, dort also die Drehmomentspitze ihren Ursprung hat.
  • Die Peaks, welche bei der schnellen Drehmomentmessung sichtbar werden, sind auf erhöhte Widerstandskräfte zurückzuführen, welche in bestimmten ungünstigen Winkelpositionen der Wellen auftreten.
  • Als „ungünstig“ wird die Bildung einer abgeschlossenen Kammer, deren Volumen sich verkleinert, angesehen. Das Material kann dann nur in axialer Richtung unter erhöhtem Widerstand ausweichen.
  • Wenn man nun davon ausgeht, dass die Aufschmelzzone üblicherweise durch mehrere Knetblöcke gebildet wird und ein Knetblock zumeist aus ca. 5 Knetscheiben besteht, ergeben sich aber eine grössere Zahl an Drehpositionen bei welchen die vermutet ungünstige Situation entsteht.
  • Es muss also noch weitere Faktoren geben, die dazu führen, dass der Effekt der 2 Peaks auftritt.
  • Dies kann eigentlich nur der Aufschmelzpunkt selbst sein. Da dieser axial an einer ziemlich gut definierten Stelle auftritt, muss das Problem damit zu tun haben.
  • Als eigentliche Aufschmelzzone wird darum vorgeschlagen die üblichen Knetblöcke durch modifizierte Schneckensegmente mit grosser Steigung zu ersetzen. Diese Elemente eignen sich auch sehr gut für die oben beschriebene Aufgabe zur Verteilung des Produkts auf dem kompletten Ring.
  • Die Elemente werden relativ kurz ausgeführt (1/4 bis 1L/D). L bedeutet Länge und D Durchmesser der Elemente. Die Steigung ist relativ groß, z.B. > 3 D . Die Schneckenelemente werden sowohl fördernd als auch rückfördernd eingesetzt. Das Längen- zu-Steigungs-Verhältnis wird idealerweise so gewählt, dass die Elemente beim Einsatz einer Zahnwelle auf beiden Seiten gleich mit einem Zahn oder einer Zahnlücke fluchten. Zwischen den Elementen sind kurze 2 scheibige, modifizierte Knetelemente mit einem Scheibenversatz von 90 Grad vorgesehen.
  • Die Elemente können variiert oder miteinander kombiniert werden.
  • Am Kamm können die Elemente ergänzend in Drehrichtung an der schiebenden Flanke und damit an der Kammecke zusätzlich einen zurückgenommenen Bereich aufweisen, um den oben beschriebenen Effekt zu verhindern.
  • Die Peaks werden also vermieden, indem keine abgeschlossenen Kammern gebildet werden. Wenn man ganz auf Knetblöcke verzichten und nur mit Schnecken gemäss obiger Beschreibung arbeiten möchte, können die Schneckenelemente noch mit einem stirnseitigen Ring versehen und auf 90° Versatz gesteckt werden.
  • Entsprechend den obigen Erläuterungen erfolgt in verfahrensmäßiger Hinsicht die Beeinflussung der Eigenschaft des ein Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials während seines Einzugs in einen Mehrwellen-Extruder dadurch, dass seine Haftung -und / oder der Gleitwiderstand- und / oder der Rutschwiderstand des Materials verändert wird und hierzu eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird. Bevorzugt wird die Haftung -und / oder der Gleitwiderstand- und / oder der Rutschwiderstand des Materials erhöht und hierzu eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 verwendet.
  • Bevorzugt wird die Oberflächenbeschaffenheit des Materials verändert. Noch mehr bevorzugt wird die Oberflächenbeschaffenheit erhöht.
  • Weiter ist das Verfahren so ausgeführt, dass das Material angeschmolzen oder aufgeschmolzen oder ihm Fluid zugeführt wird.
  • Das Verfahren kann weiterhin so ausgeführt werden, dass eine Wärmeleistung über das Gehäuse der Vorrichtung zum Einzug auf das Material aufgebracht wird oder dass die für das Anschmelzen oder Aufschmelzen erforderliche Wärme um das Gehäuse herum erzeugt und mit einem Mittel dem Material zugeführt wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, wobei
    7 eine Anordnung von Schneckenelementen zum Anschmelzen zeigt.
  • 7 lässt dicht kämmenden Schneckenelemente 26 einschliesslich eines linkssteigenden Elements mit großer Steigung 27 erkennen. Mittels dieser Konfiguration kann das Anschmelzen vorteilhaft ohne abgeschlossene Kammern zu bilden erfolgen. Das Anschmelzen wird dadurch erreicht, dass die Schneckenelemente in die Vorrichtung zum Einzug eingebaut werden, und die Elemente infolge ihrer Rotation Energie eintragen. Es sind, wie dargestellt, Schneckenelemente mit grosser Steigung sowohl fördernd als auch rückfördernd in relativ kurzer Länge kombiniert mit doppelscheibigen Knetelementen mit 90 Grad Versatzwinkel.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse der Vorrichtung zum Einzug
    2
    Hohlraum
    3
    Kranz
    4, 4', 4'', 4'''...
    Wellen-Anordnung
    5
    Gehäusewand
    6
    axialer Innenkern
    7, 7'
    Doppelwellen-Anordnung
    8
    volumenreduziertes Element
    9
    Bearbeitungselement
    10
    Kreissegment
    11
    Kreissegment
    12
    Material-Zuführrichtung
    13
    Materialzuführzone 1
    13'
    Teilstrom 1
    13''
    Wandung
    14
    Materialzuführzone 2
    14'
    Teilstrom 2
    14''
    Wandung
    15
    Materialzuführzone 3
    15'
    Teilstrom 3
    15''
    Wandung
    16
    Materialzuführzone 4
    16'
    Teilstrom 4
    16''
    Wandung
    17
    Einzugszone 1
    18
    Einzugszone 2
    19
    Einzugshilfe
    20
    Tasche
    21
    eingängiges Schneckenelement
    22
    Dosiergerät
    23
    Gehäuse für Extruder-Maschine und für Vorrichtung zum Einzug
    24
    Trennanordnung
    25
    Gesamt-Einrichtung im Zusammenbau
    26
    Doppel-Schneckenelemente
    27
    Schubkante
    28
    Einzugskranz
    29
    Teil-Abdeckbereich
    30
    Verteilelement
    A
    Axialrichtung
    D
    Drehrichtung der Bearbeitungselemente 9
    F
    Flussrichtung stromab
    U
    Umfangsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19622582 A1 [0002]
    • EP 1332034 A1 [0002, 0020]
    • DE 102015120583 A1 [0002]
    • WO 2020048750 A1 [0003]
    • WO 2020120119 A1 [0003]
    • EP 13332034 A1 [0020]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Einzug (1) eines Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials, - das der Vorrichtung zum Einzug (1) über wenigstens ein Dosiergerät (22) zugeführt wird, und - das in einem Mehrwellen-Extruder weiter bearbeitet wird, - wobei die Vorrichtung zum Einzug (1) eine Anzahl N rotierbarer Wellen (4, 4', 4'', 4''', ...) umfasst, - wobei jede einzelne Welle (4, 4', 4'', 4''', ...) in einem Hohlraum (2) parallel zur Axialrichtung (A) des Mehrwellen-Extruders verläuft - die Vorrichtung zum Einzug (1) ausgestaltet ist zum Einzug von wenigstens zwei massenstrommäßig definierbar im wesentlichen gleichen Teilströmen (13', 14', 15', 16') des einzuziehenden Materials, - wobei jeder Teilstrom (13', 14', 15', 16') jeweils einer Materialzuführzone (13, 14, 15, 16) zuführbar ist, - von der jeweils eine rotierbare Wellen-Anordnung (4, 4', 4'', 4''', ...; 7, 7') abgeht, - die ausgestaltet ist, den Teilstrom (13', 14', 15', 16') einzuziehen dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorrichtung zum Einzug (1) ausgestaltet ist, die Haftung und / oder den Gleitwiderstand- und / oder den Rutschwiderstand des Materials zu verändern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Oberflächenbeschaffenheit des Materials verändert wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorrichtung ausgestaltet ist, das Material anzuschmelzen oder aufzuschmelzen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorrichtung ausgestaltet ist, dem Material Fluid zuzuführen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass - die in der Vorrichtung zum Einzug (1) Bearbeitungselemente (9) der Wellen-Anordnungen (4, 4', 4'', 4'', ...; 7, 7') Schneckensegmente mit grosser Steigung sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass - die in der Vorrichtung zum Einzug (1) Bearbeitungselemente (9) der Wellen-Anordnungen (4, 4', 4'', 4''', ...; 7, 7') variierbar oder miteinander kombinierbar sind.
  7. Verfahren zur Änderung der Eigenschaft des ein Schüttgut aufweisenden Materials, insbesondere eines pulverförmigen, körnigen, rollenden oder flockigen Materials während seines Einzugs in einen Mehrwellen-Extruder dadurch gekennzeichnet, dass - die Haftung und / oder der Gleitwiderstand- und / oder der Rutschwiderstand des Materials verändert wird und hierzu eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschaffenheit des Materials verändert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass - das Material angeschmolzen oder aufgeschmolzen oder ihm Fluid zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass - eine Wärmeleistung über das Gehäuse der Vorrichtung zum Einzug auf das Material aufgebracht wird oder dass die für das Anschmelzen oder Aufschmelzen erforderliche Wärme um das Gehäuse herum erzeugt und mit einem Mittel dem Material zugeführt wird.
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