DE1528701A1

DE1528701A1 - Vorrichtung zum Foerdern und Mischen fliessfaehiger Massen

Info

Publication number: DE1528701A1
Application number: DE19661528701
Authority: DE
Inventors: Meskat Dr Walter
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1966-02-03
Filing date: 1966-02-03
Publication date: 1970-10-08
Also published as: JPS4818165B1; GB1156113A; FR1510417A; CH453903A; US3417969A

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

L1V1K.KUS1N·

Mr/rh MMM-Abtriiui \j, Febr.

hi- ^v-,-^;· ί

ί Α-.^Γ Λ. , J-.*., i>. J-- ^ι ' ί

Vorrichtung zum Fördern und Mischen fließfähiger Massen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fördern, Mischen, Kneten, Schmelzen und Extrudieren fließfähiger Massen, * wie beispielsweise Flüssigkeiten, Fasten oder feinkörnige Stoffe, die aus einem in einem mit der Masse beschickten Gehäuse drehbar angeordneten mit Schneckengängen versehenen Rotationskörper besteht .

Bei den bekannten Schneckenvorrichtungen mit um die Drehachse des Schneckenkörpers schraubenförmig gewundenen Orangen ist die maximale Durchsatzleistung begrenzt durch eine dem jeweiligen Fördergut entsprechende optimale Drehzahl. Bei deren Überschreitung tritt eine zunehmende Verminderung des Schluckvermögens der ™ Schnecken ein, die zu einer entsprechenden Herabsetzung der Durchsatzleistung führt. Außerdem entwickelt sich beachtliche Wärme, die für manche GKiter schädlich int.

Es wurde nun gefunden, daß verglichen mit der dem jeweiligen Fördergut entsprechenden optimalen Drehzahl der bekannten Vorrichtungen, eine wesentlich größere Durchsataleiβtung erzielt

werden kann, wem) der Rotationskörper erfindungsgemäß in Boden-Le A 9843 __Z2 -

009841/0118 "bad"

nähe des mit mindestens einer Bodenauslaßöffnung versehenen Gehäuses angeordnet ist und auf seiner der Bodenauslaßöffnung zugekehrten Fläche mindestens einen spiralig gewundenen Schneckengang aufweist, dessen am Umfang des Spiralganges sich befindende Einlaßöffnung in die Drehrichtung des Rotationskörpers weist und dessen am inneren Ende des Spiralganges sich befindende Auslaßöffnung gegen die Bodenauslaßöffnung des Gehäuses gerichtet ist. Hierdurch wird die Schliickfähigkeit der Schnecken bedeutend erhöht, und wegen der geringen Verweilzeit des Gutes in dem Schnekkengang wird die Wärmeentwicklung in Grenzen gehalten. Mit dieser Vorrichtung können nicht nur Newtonsche Flüssigkeiten d. h. Substanzen, deren Viskosität nicht vom Strömungsgradienten abhängt, sondern auch Nicht-Newtonache, insbesondere elastoviskose Flüssigkeiten mit Erfolg gefördert, gemischt, aufgeschmolzen und extrudiert werden.

Je nach Anwendung der Vorrichtung für einen bestimmten Zweck und ein bestimmtes Gut, ist die mit dem spiralig gewundenen Schneckengang versehene Fläche verschieden ausgebildet, um beispielsweise den Querschnitt des Spiral-Schneckenganges zur Auslaßöffnung des Schneckenganges hin zu verkleinern und damit die geförderte Masse einem zusätzlichen Druckanstieg zu unterwerfen. Normalerweise ist diese Fläche des Rotationskörpers eben ausgeführt, sie kann aber auch gemäß der Erfindung kegelförmig oder teilweise kegelförmig, ganz oder teilweise konkav oder konvex gewölbt ausgebildet oder geneigt angeordnet sein. Auch durch eine Verjüngung oder Verstärkung des spiralig gewundenen Schneckenganges zum

_{ί8 A 9Ü43} 009841/0188 bad

Zentrum hin läßt sich ein Druckanstieg oder Druckabfall erzielen. Unter besonderen Bedingungen ist es erwünscht, die Spaltbreite zwischen dem Schneckengang und der Bodenfläche des Gehäuses zu verändern. Als weiteres Merkmal der Erfindung ist deshalb an der Welle des Rotationskörpers eine Hb'henverstellvorrichtung angeordnet. Sofern die Guteinlaßöffnungen im Gehäuse etwa in Höhe des spiralig gewundenen Schneckenganges liegen, kann zwischen Rotationskörper und Gehäuse oberhalb des Schneckenganges eine Dichtung vorgesehen s ein. Nach einer anderen Ausführungsform kann das Gut aber auch oberhalb des Rotationskörpers in das Gehäuse eingeführt werden, wenn beispielsweise bei Zugabe mehrerer Kompo¹-nenten schon im Raum oberhalb des Rotationskörpers ein Mischeffekt eintreten soll. Verschiedene Stoffe, beispielsweise Kunststoffgranulate, können in der Vorrichtung aufgeschmolzen werden, da gemäß der Erfindung sowohl der Rotationskörper als auch das Gehäuse mit Heizelementen ausgestattet sein kann. Auch Kühlelemente können vorgesehen sein, sofern ein Kühlen der geförderten Stoffe erforderlich ist. Es versteht sich, daß gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Vorrichtung auch als Extruder benutzt werden kann, wenn die Bodenauslaßöffnung mit einem Extrudermundstück versehen ist. Wird einem solchen Extruder Kunststoff in Form von Granulat oder kleinen Stücken aufgegeben, so hatee sich als vorteilhaft erwiesen, Rotationskörper und Gehäuse mit zusammenwirkenden Zerkleinerungswerkzeugen, z. B. Mahl- oder Brechplatten zu versehen, um eine mechanische Vorzerkleinerung durchführen zu

Le A 9843 - 4 -

BAD ORIGINAL

009841/0188

können. Die Welle des Rotationskörpers kann auch ao gelagert sein, daß er eine Taumelbewegung ausführt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

In Pig. 2, 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausführungsformen der den Schneckengang tragenden Fläche des Rotationskörpers im Schnitt dargestellt,

Fig. 6, 7 und 8 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen des spiralig gewundenen Schneckenganges in der Draufsicht und

Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung, die mit Brechwerkzeugen versehen ist.

Nach dem Auaführungsbeispiel in Figur 1 treibt der Motor 1 über die Kupplung 2, die mit Keilnuten 3 versehen ist, die an ihrem oberen Ende ebenfalls Keilnuten 4 aufweisende Welle 5 an, an deren unterem Ende der Rotationskörper 6 angeordnet ist, dessen untere Fläche 7 den spiralig gewundenen Schneckengang 8 aufweist. Dessen Einlaßöffnung 9 befindet sich tangential am Umfang des Rotationskörpers 6, während die nach unten weisende Auslaßöffnung 10 im Zentrum der Spirale liegt. In der Bodenfläche 11 des mit Einlassen 12 versehenen Gehäuses 13 ist mittig die in ein Extrudermundstück 14 auslaufende Bodenauelaßöffnung 1 ü> angeordnet.

Le A 9843 " ^4a ~

009841/0188 ^ßÄD

Der Rotationskörper 6 ist gegen das Gehäuse 13 mit einer Dichtung 16 abgedichtet. TJm das Gehäuse 13 und auf der Unterseite der Bodenfläche 11 sind elektrische Heizelemente 17 angeordnet, deren Anschlüsse 18 zu den Klemmen 19 führen. Auch der Rotationskörper 6 ist mit elektrischen Heizelementen 20

Le A 9843 - 5 -"^'N

009841/0188

- sr-

versehen, dessen Anschlüsse 21 durch die hohlgebohrte Welle 5

an Schleifringe 22 führen. Die Kohlebürsten 23 sind mit den Klemmen 24 verbunden. Auf dem Gehäusedeckel 25 ist ein Bock 26 angeordnet, der einen Drehbolzen 27 für den Hebel 28 aufweist. Ein Ende des Hebels 28 ist über das Gelenk 29 mit der mit einem Handrad 30 versehenen Spindel 31» die in der Mutter 32 verstellbar gehalten ist, verbunden, während das andere Ende in eine Gabel 33 ausläuft, die an dem auf der Welle 5 befestigten Ring P 34 anliegt.

In Figur 2 weist die Bodenfläche 7 des fiotationskörpers 6 die Form eines abgestumpften Kegels auf.

Figur 3 zeigt ebenfalls eine etwa kegelförmige Gestaltung der Bodenfläche 7 des Rotationskörpers 6; nur sind die Kegelflanken hohl gewölbt und die Kegelspitze ist abgestumpft.

L· In Figur 4 verkleinert die spezielle Form der Bodenfläche 7 entlang des spiralig gewundenen Schneckenganges θ dessen Höhe zur Auslaßöffnung 10 hin.

In Figur 5 ist die Bodenfläche 7 des Rotationskörpers 6 geneigt zur Horizontalen angeordnet.

Figur 6 zeigt in der Draufsicht einen Rotationskörper 6, mit zwei spiralig gewundenen Schneckengängen 8. Die Einlaßöffnungen

9 befinden sich am Umfang, während die gemeinsame Auslaüöffnung

10 mittig angeordnet iat.

009841/0188 bad original

In Figur 7 erfährt die Wandung 35 des Schneekenganges 8 eine Verjüngung zur Auslaßöffnung 10 hin.

In Figur 8 hingegen nimmt die Stärke der Wandung 35 des Schnekkenganges 8 zur Auslaßöffnung hin zu.

In Figur 9 ist die Welle 5 mit dem Rotationskörper 6 verbunden, der außer dem spiralig gewundenen Schneckengang 8 noch mit Brech- % platten 36 versehen ist, die gegen die Brechplatten 37 des Gehäuses 13 arbeiten, das eine Guteinlaßöffnung 12 und eine Bodenauslaßöffnung 15 besitzt. Die am Boden des Gehäuses 13 angeordneten Heizelemente 17 sind über Leitungen 18 mit den Klemmen 19 verbunden. Auch der Rotationskörper 6 ist mit einem Heizelement versehen, dessen Anschlüsse 21 durch eine Bohrung in der Welle 5 zu den Schleifringen 22 führen. Die Kohlebürsten 23 sind mit den Klemmen 24 verbunden.

Die Vorrichtung gemäß Figur 1 besitzt folgende Wirkungsweise! Eine flüssige oder pastöse Masse wird ,gegebenenfalls unter Druck

(13)

durch die Guteinlässe 12 in das Gehäuse eingeführt. Die Anordnung der Guteinlässe 12 kann radial, tangential oder auch in jeder beliebigen Zwischenstellung erfolgen. Der auf der Bodenfläche 7 des Eotationakörpers 6 angeordnete Schneckengang 8 weist mit seiner Einlaßöffnung 9 in Drehrichtung und erfaßt das eingeführte Gut, drückt es durch den Schneckengang 8, indem es beschleunigt wird und unter zunehmendem Druck steht, um schließlich durch die Auslaßöffnung 10 des Schneckenganges 8 in die Boden-

009841/0188 ^{BAD 0WO<NAIL}

Le A 9843 - 7 -

auslaßöffnung 15 des Gehäuses 13 zu gelangen. Letztendlich tritt das Gut durch das Extrudermundstück 14 aus der Vorrichtung aus. Mit Hilfe elektrischer Heizelemente 17, 20 kann beispielsweise das eingeführte Gut aufgeschmolzen und in fließfähigem Zustand gehalten werden. Selbstverständlich kann die Vorrichtung alternativ auch mit Dampf, Warmwasser oder Heißluft beheizt werden. Unter gewissen Voraussetzungen kann es erwünscht fc sein, das Gut zu kühlen, wenn es beispielsweise aus der Vorrichtung mit einer bestimmten Viskosität austreten soll. In diesem Falle sind anstelle der Heizelemente solche zum Kühlen vorzusehen. Je nach 4en Eigenschaften der eingeführten Masse und der speziellen Aufgabe, die der Vorrichtung beim Bearbeitender Masse zukommt, wird der spiralförmig gewundene Schneckengang 8 und die Bodenfläche 7 des Rotationskörpers 6 individuell gestaltet sein. Eine Verringerung der Höhe des SchnecKenganges 8 durch entsprechende Formgebung der Bodenfläche 7 des Rotationskörpers 6 erzeugt in der geförderten Masse einen höheren Druck bei zunehmender Fließgeschwindigkeit. Durch zunehmende Dicke der Wandung 35 des Schneckengangea 8 zur Auslaßöffnung 10 hin wird die gleiche Wirkung erzielt. Durch Verjüngen der Wandung 35 hingegen kann die Breite des Schneckenganges 8 beispielsweise sich so erweitern, daß auf das geförderte Gut kein zusätzlicher Druck ausgeübt wird und es keine Beschleunigung erfährt. Auch die Wahl zwischen einem oder mehreren Schneckengängen 8 hängt von den Eigenschaften der zu fördernden Masse ab. Alle diese Maßnahmen sind auch von wesentlichem Einfluß, sofern mehrere Gutkomponenten in die Vorrichtung eingeführt werden und einem Mischvorgang

009841/0188 S

unterworfen werden sollen, da sich die Veränderung des Querschnittes des Sohneckenganges 8 sehr stark auf die Art der sich überlagernden Bewegungsrichtungen des Gutes im Schneckengang auswirkt und eine bestimmte erwünschte Mischbewegung (sekundäres Fließen) durchaus erreicht werden kann. Die Variation der Breite des Spaltes zwischen dem Schneckengang 8 und dem Boden 11 des Gehäuses 13 gestattet ebenfalls ein Beeinflussen der Gutbewegung innerhalb der Vorrichtung.

Es versteht sich, daß die aufgeführten Anwendungsgebiete nur als Beispiele angeführt worden sind. Insbesondere der Einsatz auf diesen einzelnen Gebieten kann äußerst vielseitig sein.

BAD ORIGINAL

009841/0188 "⁹"

Claims

Patentansprüche:

fiΔ Vorrichtung zum Fördern und Mischen, Kneten, Aufschmelzen und Extrudieren fließfähiger Massen, bestehend aus einem in einem mit der Masse beschickten Gehäuse drehbar angeordneten,» mit Schneckengängen versehenen Rotationskörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (6) in Bodennähe des mit mindestens einer Bodenauslaßöffnung (15) versehenen Gehäuses (13) angeordnet und auf seiner der Bodenauslaßöffnung (15) zugekehrten Fläche (7) mindestens einen spiralig gewundenen Schneckengang (8) aufweist, wobei die am Umfang des Spiralganges (8) sich befindende Einlaßöffnung (9) in die Drehrichtung des Rotationskörpers (6) weist und die am inneren Ende des Spiralganges (8) sich befindende Auslaßöffnung (10) gegen die Bodenauslaßöffnung (15) des Gehäuses (13) gerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem spiralig gewundenen Schneckengang (8) versehene Fläche (7) des Rotationskörpers (6) eben ausgebildet ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (7) des Rotationskörpers (6) kegelig oder teilweise kegelig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (7) des Rotationskörpers (6) gang oder teilweise konkar bsw. konvex gewölbt ist.

Le A 9843 009841/0188
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (7) des Rotationskörpers (6) geneigt angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralig gewundene Schneckengang (8) sich zur Auslaßöffnung (10) hin verjüngt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckengang (8) sich zur Auslaßöffnung (10) hin verstärkt.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rotationsachse (5) des Rotationskörpers (6) eine HöhenverStellvorrichtung (26 bis 34) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotationskörper (6) und Gehäuse (13) ober- ( halb des Sehneckengangee (8) eine Dichtung (16) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Guteinlaßöffnung bzw. -öffnungen (12) im Gehäuse (13) oberhalb des spiralig gewundenen Schneckenganges (8) angeordnet sind.

Le A 9843 - 11 -

BAD ORIGINAL

009841/0188

is- -
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Guteinlaßöffnung bzw. -öffnungen (12) im
Gehäuse (13) in Höhe des spiralig gewundenen Schneckenganges

( 8) liegen.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn- _ zeichnet, daß das Gehäuse (13) mit Heiz- oder Kühlelement en

(17, 18, 19) versehen ist.
13· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (6) mit Heiz- oder Kühlelementen (20, 21, 22, 23, 24) versehen ist.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bodenauslaßöffnung (15) des Gehäuses (13) ein Extrudermundstück (14) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Rotationskörper (6) und Gehäuse (13) mit Brechwerkzeugen (36, 37) versehen sind.

Le A 9843

00984 1/0188

Leerseite