DE1039219B

DE1039219B - Schneckenmaschine mit einem die Foerderschnecke umgebenden rotierenden Gehaeuse

Info

Publication number: DE1039219B
Application number: DEB19949A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Rudolf Jacobi; Dipl-Ing Hans Beck
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1951-11-22
Filing date: 1952-04-10
Publication date: 1958-09-18
Also published as: GB714035A; DE921648C; DE909395C; FR1072448A

Description

DEUTSCHES

Es ;;ind Schneckenmaschinen zum Verarbeiten plastischer Massen bekannt, bei denen sowohl die Förderschnecke als auch das sie umgebende Gehäuse entweder gleichsinnig oder gegenläufig rotieren. An solchen Maschinen ist die Innenseite des rotierenden Gehäuses dabei zwar zur Unterstützung der Misch- und Knetwirkung der Schnecke in einem gewissen geringen Umfang mit Rillen bzw. Zügen versehen; das rotierende Gehäuse übt jedoch auf die Förderwirkung der Schnecke keinen Einfluß aus.

Es sind ferner schon mehrfach Schneckenmaschinen vorgeschlagen worden, bei denen eine Schnecke angetrieben wird und auf die übrigen durch ein geeignetes Getriebe periodisch wechselnde Drehzahlen übertragen werden, während die Schneckengänge der einzelnen Schnecken untereinander rhythmische Relativverschiebungen in der Achsrichtung ausführen, ohne das jede Schnecke für sich eine Längsverschiebung erfährt.

Es wurde nun gefunden, daß es auch möglich ist, mit einer Schneckenmaschine, bestehend aus einer einfachen Schnecke und einem Gehäuse, Relativbewegungen in der Achsrichtung zu erzeugen, ohne daß Schnecke und Gehäuse für sich eine Längsverschiebung erfahren, wenn man die Innenbohrung des um die Schnecke rotierenden Gehäuses mit vorzugsweise eingedrehten oder eingefrästen Schneckengängen versieht, die denjenigen der Schnecke in der mittleren Steigung entsprechen und mit den Gängen der Förderschnecke im Eingriff stehen. Diese Relativbewegungen werden ermöglicht, wenn man Schnecke und Gehäuse zwangläufig miteinander koppelt, also gemeinsam periodisch zueinander antreibt. Die Wirkungsweise einer Schneckenmaschine mit einer einfachen Schnecke mit Relativbewegungen längs zum Schneckengehäuse soll am nachfolgenden Beispiel mit einem elliptischen Zahnradgetriebe (numerische Exzentrizität e = 0,6) erläutert werden.

In den Abb. 1 und 2 bedeutet S die Schnecke, G das Schneckengehäuse mit Innengewinde, das in Profil und mittlerer Steigung h dem Schneckenprofil und der mittleren Schneckenansteigungh entspricht; £₀ das elliptische Zahnrad, das über das kreisrunde Zwischenzahnrad Z das Gehäuse G antreibt, Ii₁ das elliptische Zahnrad, das die Schnecke 6* antreibt, et den Drehwinkel des elliptischen Zahnrades E₀, β den Drehwinkel des elliptischen Zahnrades E₁. In Abb, I ist die Anfangsstellung zur Zeit t = 0 als Mittelstellung gezeichnet. Diese Mittelstellung wird jedesmal erreicht, wenn der Antriebswinkel α = 0°, 180°, 360° usw. ist.

Wird das elliptische Zahnrad E₀ konstant angetrieben, dann werden über das elliptische Zahnrad E₁ periodische Drehzahländerungen auf die Schnecke S

mit einem die Förderschnecke

umgebenden rotierenden Gehäuse

Anmelder:

Badische Anilin- & Soda-Fabrik

Aktiengesellschaft,

Ludwigshafen/Rhein

Dr.-Ing. Hans-Rudolf Jacobi, Mannheim,

und Dipl.-Ing. Hans Beck, Ludwigshafen/Rhein,

sind als Erfinder genannt worden

übertragen, so daß deren Gewindegänge periodische Relativverschiebungen gegenüber den Innengewindegängen des konstant umlaufenden Gehäuses G ausführen. Die größte von der Mittelstellung aus gerechnete Relativverschiebung der Schnecke 5" gegenüber dem Gehäuse G in Achsrichtung findet in der Grenzstellung statt, bei der die augenblickliche Drehzahl H₀ des Gehäuses gleich der augenblicklichen Drehzahl M₁ der Schnecke ist. Diese Grenzstellung wird jedesmal erreicht, wenn für eine auf die Zahnradellipsen E₀ und E₁ bezogene numerische Exzentrizität f = 0,6 die Antriebswinkel α = 53°, 307° usw. sind. In Abb. 2 ist die Grenzstellung für einen Antriebswinkel α = 53° und einen dementsprechendein Abtriebs winkel/9= 127° gezeichnet. Die numerische Exzentrizität der elliptischen Antriebsräder ist nicht auf 0,6 beschränkt, sie kann theoretisch zwischen 0 und 1 liegen. Am wirkungsvollsten sind die Einstellungen zwischen ε = 0,2 und 0,8.

Die größte Relativverschiebung s_max, die Profilbreite oder Steigbreite e und die Spaltweite w errechnen sich nach den gleichen Formeln, wie sie auch für Mehrfachschnecken in der Patentschrift 909 395 aufgestellt sind. Die Stegbreite e und die Spaltweite w können entsprechend der eingestellten numerischen Exzentrizität ε der elliptischen Zahnräder E₀ und E₁ beliebig zwischen w = 0 und e_mJX bzw. e = 0 und w = e_max gewählt werden, je nachdem welche Materialmenge zwischen den Schneckengängen gefördert oder

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wie stark das Fördergut geknetet werden soll. Der Materialdurchsatz pro Zeiteinheit und die Knetwirkung kann auch durch Ändern der Abstände Dg — D_s und dg — d_s zwischen Gehäuse G und Schnecke5¹ beeinflußt werden. Man wird die Größen e, w, D_g—D_s und d_e — d_s zweckmäßigerweise so einstellen, daß man die optimale Knetwirkung bei größtmöglicher Förderleistung erhält. Um die Knetwirkung weiterhin zu beeinflussen, kann man auch die mittlere Ganghöhe h, die im Beispiel über die gesamte Schneckenlänge als konstant angenommen ist, von Gang zu Gang progressiv in For der richtung ab- oder zunehmen lassen. Der Kerndurchmesser d_s der Schnecke -S und der größte Innendurchmesser D_g des Gehäuses G können über der ganzen Länge von Schnecke und Gehäuse unveränderlich gewählt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Durchmesser d_s und D_g in Längsrichtung ab- oder zunehmen zu lassen, ohne daß das Prinzip der rhythmischen Relativverschiebung zwischen Schnecke und Gehäuse geändert wird.

Die Profile von Schnecke und Gehäuse können jede beliebige Querschnittsform haben, z. B. rechteckig, vorzugsweise aber, insbesondere bei schwer knetbaren Stoffen, dreieckförmig, trapezförmig oder halbkreisförmig geschnitten sein. Sie können je nach den in ihnen zu verarbeitenden Stoffen heizbar und bzw. oder kühlbar sein. Außerdem ist es möglich, in die Stege von Schnecke und Gehäuse einzeln oder gemeinsam Längsbohrungen anzubringen bzw. besondere Nuten in Längsrichtung gerade oder spiralförmig einzufräsen, um den Materialdurchgang zu erleichtern und die Homogenisierung zu fördern. Alle vorbeschriebenen Verhältnisse gelten auch, wenn nicht das Gehäuse G, sondern die Schnecke S konstant angetrieben wird und nicht die Schnecke S, sondern das Gehäuse G über das elliptische Getriebe E₀E₁ periodische Drehzahländerungen erfährt. Dabei sind die Winkel α und β zu vertauschen.

Um bei Schneckenspritzmaschinen hohe Axialdrücke aufnehmen zu können, ist es bekanntlich vorteilhaft, die Schnecken an beiden Enden zu lagern. Damit das Fördergut, das die Schnecke passiert und in vielen Fällen thermoplastifiziert wird, nicht in das Lager gelangen kann, läßt man das Fördergut an beiden Schneckenenden in den Schneckenzylinder eintreten. Die Schnecke muß in einem solchen Falle von einem Ende her rechtsgängig und vom anderen Ende her linksgängig geschnitten sein. Dann wird das an beiden Enden eingefüllte Gut nach der Mitte zu gefördert und dort aus dem Gehäuse durch eine gemeinsame öffnung oder Düse ausgetrieben. Dieses Förderprinzip läßt sich auch bei der Erfindung anwenden. Die Gänge der beiden rechts- und linksgängig geschnittenen Schneckenhälften führen dann entgegengesetzt gerichtete Relativbewegungen in der Axialrichtung gegenüber dem ebenfalls mit rechts- und linksgängig geschnittenem Gewinde versehenen rotierenden Gehäuse aus. Diese Ausführungsform sei an Hand der Abb. 3 und 4 näher erläutert.

In der Abb. 3 und 4 ist eine Einfachschnecke S mit Rechts- und Linksgewinde dargestellt, die sich in einem rotierenden Gehäuse G mit entsprechendem Innengewinde dreht. Schnecke und Gehäuse werden über ein Ellipsenradgetriebe -E₀-E₁ periodisch wechselnd angetrieben. Dabei treten gegenläufige Relativbewegungen zwischen Schnecke und Gehäuse auf, die nach der Mitte zu bzw. von der Mitte weg gerichtet sind, je nachdem in welcher Umdrehungsperiode Schnecke und Gehäuse sich befinden. Der Ellipsenradantrieb kann einfach oder — wie gezeichnet — doppelt, d. h. mit beiden Schnecken- und Gehäuseenden gekuppelt sein.

In Abb. 4 ist die Stellung der größten Relativverschiebung für eine elleptische numerische Exzentrizität von 0,6 dargestellt. Das Fördergut wird durch öffnungen E, die als Bohrungen oder Schlitze auf dem Umfang des Gehäuses G verteilt sind, eingeführt und durch ähnlich angebrachte Öffnungen A im Gehäuse ausgepreßt. Um die Gehäuseöffnungen E und A sind feststehende Ringbandagen T und R gelegt, die gegen das Gehäuse abgedichtet sind und entweder an einer Stelle trichterförmig ausgebildet oder zu exzentrischen Ringkanälen mit einer Austrittsöffnung D erweitert sind. Die feststehenden Trichter T dienen zum Einfüllen des Fördergutes, das durch die öffnungen E, die mit dem rotierenden Gehäuse umlaufen, in dosierten Mengen der Schnecke kontinuierlich zugeführt wird. Aus dem feststehenden Ringkanal R, in den das Fördergut aus dem Schneckenraum durch die umlaufenden öffnungen A eintritt, wird das Gut durch die Düsenöffnung D ausgepreßt. Der Ringkanal R muß so ausgebildet sein, daß das Fördergut dauernd in Richtung der öffnung D in Bewegung ist und an keiner Stelle länger als notwendig verweilen kann. Man kann dies durch Wahl des Ringkanalquerschnitts erreichen, wobei dieser in die Düsenöffnung D allmählich ausläuft. Bei der in Abb. 3 und 4 gezeichneten Anordnung heben sich die Axialdrücke der Schnecke und des Gehäuses gegenseitig auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Schneckenmaschine mit einem die Förderschnecke umgebenden rotierenden Gehäuse, insbesondere zum Verarbeiten plastischer Massen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Gehäuses mit Schneckengängen versehen ist, die denjenigen der Förderschnecke in der mittleren Steigung entsprechen und mit den Gängen der Förderschnecke im Eingriff stehen.

2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Schneckengängen versehene Gehäuse mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umläuft und auf die Schnecke über ein mit dem Gehäuse gekoppeltes Wechselgetriebe periodisch sich ändernde Drehzahlen übertragen werden und so die Gewindegänge der Schnecke und des Gehäuseinnern zueinander rhythmische Relativverschiebungen in der Achsrichtung ausführen, ohne daß Schnecke und Gehäuse für sich eine Längsverschiebung erfahren.

3. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke mit konstanter Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird und das mit Schneckengängen versehene Gehäuse die vorbeschriebenen periodischen Drehzahländerungen ausführt.

4. Schneckenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsorgan zwei elliptische Zahnräder verwendet werden, deren numerische Exzentrizität zwischen 0,2 und 0,8 liegt.

5. Schneckenmaschine nach dem Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Schnecke und Gehäuse in Längsrichtung periodisch auftretende maximale Relativverschiebung zwischen Null und der halben Gewindesteigung liegt.

6. Schneckenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke

an beiden Enden gelagert ist und von einem Ende her rechtsgängiges und vom anderen Ende her linksgängiges Gewinde hat und das Gehäuse mit entsprechendem, ebenfalls zueinander gegenläufigem Innengewinde ausgestattet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschriften Nr. 630 304, 685 364; französische Patentschrift Nr. 958 938; USA.-Patentschrift Nr. 2 200 997.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen