DE19614039C2 - Schneckenextruder für keramische Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schneckenextruder mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Für das Extrudieren keramischer Massen sind Einwellenextruder und Doppelwellenextruder bekannt. Einwellenextruder ha­ ben eine einzige Schneckenwelle in einem zylindrischen Gehäuse, an welche sich in Vortriebsrichtung der Schnecke ein Mundstück anschließt und an welche sich am entgegengesetzten Ende ein Schacht für das Zuführen der keramischen Masse be­ findet. Ein solcher Schacht ist häufig mit einer Haspel ausgerüstet, welche die keramische Masse dem Einzugsbereich der Schnecke zwangsweise zuführt.

Bekannte Doppelwellenextruder haben zwei zueinander parallele, miteinander käm­ mende Schnecken in einem Gehäuse, dessen lichter Querschnitt durch zwei sich schneidende Kreise entsprechend dem Schneckendurchmesser gebildet ist. Auch bei einem Doppelwellenextruder setzt sich das Gehäuse in Vortriebsrichtung der Schnecken in ein Mundstück fort und im hinteren Bereich der Schnecken befindet sich wiederum ein Schacht, über welchen die keramische Masse zugeführt wird.

Doppelwellenextruder eignen sich vor allem für das Bilden von Strängen, die im Verhältnis zur Breite eine geringe Höhe aufweisen. Solche breiten Flachstränge benötigt man z. B. beim mehrsträngigen Pressen von Mauerziegeln und Batzen für die Dachziegelherstellung und bei der Herstellung von großformatigen Baukeramik­ platten. Zur Extrusion eines Flachstrangs mit einem Querschnitt von 500 mm × 10 mm wäre bei Verwendung eines Einschneckenextruders ein Schneckendurch­ messer von ca. 450 mm erforderlich. Um das keramische Material gleichmäßig von oben nach unten und seitlich auf den vorgegebenen Querschnitt zu verdrängen, erzeugt ein Einschneckenextruder zwangsläufig - vor allem in vertikaler Richtung - einen sehr hohen Umformgrad und damit hohe Preßdrücke, die hohe Antriebsleis­ tungen erfordern. Verwendet man für das Extrudieren eines solchen Flachstrangs einen Doppelwellenextruder, dann benötigt man in diesem zwei Schnecken mit einem Durchmesser von lediglich 250 mm; auf einem solchen Doppelwellenextruder kann der Flachstrang deshalb bei wesentlich geringerem Umformgrad hergestellt werden, da die Umformarbeit in vertikaler Richtung deutlich reduziert ist. Arbeitet der Doppelwellenextruder mit gegenläufigen Schnecken, dann ist der Strang, den er erzeugt, auch drallfrei, so dass im Strang keine tief- oder hochstehenden Kan­ ten auftreten. Die Drallfreiheit des Strangs bewirkt ferner, daß anders als bei Ein­ wellenextrudern auf Gegenmesser grundsätzlich verzichtet werden kann. Schnittexturen, die von Gegenmessern herrühren, treten deshalb nicht auf. Ein gegenläufig arbeitender Doppelwellenextruder hat auch ein gutes Einzugsverhalten, so daß auf eine Haspel im Aufgabeschacht verzichtet werden kann.

Will man aus einem Flachstrang qualitativ hochwertige keramische Produkte erzeugen, dann ist es wichtig, daß der extrudierte Flachstrang in sich spannungsfrei ist. Gegenüber einem Einwellenextruder haben bekannte Doppelwellenextruder in dieser Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt gebracht. Auch bei bekannten Dop­ pelwellenextrudern treten jedoch noch Spannungen im extrudierten Strang auf, die daher rühren, daß die beiden Schnecken die keramische Masse nicht exakt gleichmäßig in das Mundstück hinein vortreiben. So kann es zu einem Verziehen des Strangs (Rechtslauf oder Linkslauf) kommen, zu systematischen Dicken­ schwankungen, zu ungleichmäßiger Porenverteilung und ungleichmäßiger Schwindung beim anschließenden Brennprozeß mit der Folge, daß auch die ge­ brannten keramischen Erzeugnisse nicht in der gewünschten Gleichförmigkeit und Maßhaltigkeit entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Qualität von keramischen Erzeugnissen, die aus extrudierten Flachsträngen hergestellt werden, verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schneckenextruder mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Endung sind Gegen­ stand der abhängigen Ansprüche.

Dadurch, daß die Schnecken jedenfalls im Bereich zwischen der Einfüllöffnung und dem Mundstück nicht mehr miteinander kämmen, wohl aber noch dicht neben­ einander liegen, wird eine Zone eines pulsierenden, hohen Druckes, welche bei einem herkömmlichen Doppelwellenextruder im und vor dem Überlappungsgereich der beiden Schnecken unvermeidlich auftritt, vermieden. Der über den lichten Quer­ schnitt des Mundstücks gemessene Druckverlauf in der keramischen Masse wird dadurch flacher. Zugleich werden Spannungen, die sonst im austretenden Strang aus der keramischen Masse auftreten und sich wegen der charakteristischen Bin­ digkeit der keramischen Masse nicht ohne weiteres ausgleichen, deutlich ver­ mindert. Eine gleichförmigere Strangqualität wird weiterhin dadurch begünstigt, daß die plastische Umformung des keramischen Materials im mittleren Bereich des Ex­ truderquerschnitts verringert wird, weil die Schnecken dort nicht mehr miteinander kämmen. Das zieht als weitere Vorteile nach sich, daß der Kraftbedarf des Extru­ ders sinkt und die keramische Masse im Extruder weniger stark erwärmt wird und die Temperaturverteilung über den Strangquerschnitt gemessen gleichmäßiger wird, was wiederum eine gleichmäßigere Qualität des gebrannten keramischen Produktes nach sich zieht.

Der Abstand der Schnecken darf natürlich nicht so groß sein, daß im Bereich zwischen den beiden Wellen das bindige keramische Material zurückbleibt oder gar stehenbleibt. Vorzugsweise wird der Abstand der Schnecken - zwischen den sie ein­ hüllenden gedachten Zylinderflächen gemessen - auf nicht mehr als 15 mm be­ grenzt. Am besten sieht man einen Abstand der Schnecken von nur 3 bis 5 mm vor; das genügt, um unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen unerwünschte Berührungen der beiden nebeneinanderliegenden Schnecken sowie Blockaden zu verhindern, gleichzeitig aber eine Verzögerung des Vortriebs des Materials in die­ sem Bereich zu vermeiden.

Die Schnecken, die nicht miteinander kämmen, haben weitere gewichtige Vorteile:

• A) Die Schnecken können in beliebigen Drehrwinkeln relativ zueinander angeord­ net werden. Bei Schnecken, die miteinander kämmen, ist das nicht möglich, weil deren Flügel dabei aufeinandertreffen würden. Praktisch gibt es bei Dopelwellenex­ trudern, die miteinander kämmende Schnecken haben, einen Winkelverstellbereich der beiden 2-gängigen Spitzkopfschnecken gegeneinander von allerhöchstens 30°. Kämmen die Wellen jedoch nicht miteinander, können sie beliebige Winkelstellun­ gen zueinander einnehmen. Der Betreiber des Schneckenextruders hat deshalb we­ sentlich mehr Freiheiten, um durch Ändern der relativen Winkelstellung die Gleichmäßigkeit des extrudierten Strangs z. B. nach Augenschein zu optimieren, ins­ besondere in Kombination mit einer in kleinen Winkelschritten feinfühlig erfolgenden Verstellung des Spitzkopfes der Schnecken, welcher vorzugsweise mittels einer Hirth-Verzahnunng mit dem Hauptteil einer Schnecke verbunden ist. Es wird in die­ sem Zusammenhang auf die DE-OS 41 42 653 verwiesen.
• B) Die Schnecken können nicht nur gegensinnig, sondern auch gleichsinnig laufen. Gleichsinnig laufende Schnecken haben den Vorteil, die Fertigung und die Lagerhaltung zu verbilligen, weil man nur noch Wellen eines Typs (Linkslauf oder Rechtslauf) benötigt, nicht aber Schnecken beider Typen (Linkslauf und Recht­ slauf). Wenn man sich gleichsinnig drehende Schnecken verwendet, wird man im Einzugsbereich des Extruders im allgemeinen allerdings eine Haspel oder eine Stopfschnecke vorsehen müssen, um die keramische Masse zwangsweise zuzuführen, da gleichlaufende Schnecken ein schlechteres Einzugsverhalten zeigen als gegenläufig angetriebene Schnecken. Bei gegenläufig angetriebenen Schnecken kann man auf eine Haspel oder eine Stopfschnecke verzichten.
• C) Die Schnecken, die nicht miteinander kämmen, können nicht nur mit unter­ einander gleichen Drehzahlen angetrieben werden, sondern auch mit unterschiedli­ chen Drehzahlen. Das könnte mit Hilfe eines einzigen Elektromotors und mit einem Getriebe mit festen Getriebeabstufungen verwirklicht werden. Es ist darüber hinaus sogar möglich, die Drehzahl einer oder beider Schnecken unabhängig voneinander zu regeln. Ein evtl. Schieflaufen eines Stranges kann auf diese Weise zuverlässig verhindert werden. Darüberhinaus ist es auf diese Weise möglich, in Anpassung an unterschiedliche Produkte ein ausgeprägt unsymmetrisches Pressen eines Stranges zu verwirklichen, ohne daß der Strang schiefläuft. Soweit zwei Schnecken im Bereich der Einfüllöffnung des Schneckenextruders miteinander kämmen, ist ein Antreiben mit unterschiedlichen Drehzahlen dann möglich, wenn die Flügel der Schnecken dort, wo sie miteinander kollidieren könnten, unterbrochen sind, so daß sie tatsächlich nicht miteinander kollidieren.
• D) Über die Breite des Strangs erhält man einen gleichmäßigen Strangvortrieb mit nur geringen Fließdifferenzen. Dadurch gibt es im Strang und später im gebrannten keramsichen Produkt weniger Texturen und höhere Festigkeiten.
• E) Bei Anwendungen, bei denen es auf den variablen Antrieb der Schnecken nicht ankommt, kann man die Schnecken im Bereich der Einfüllöffnung nach wie vor miteinander kämmen lassen, z. B. mit einem Überlappungsgrad von 20 bis 30%, um das Einzugsverhalten zu optimieren.
• F) Besonders vorteilhaft erweist sich der neue Extruder bei sehr flachen Strängen, wie sie bei der Herstellung von Fliesen und dgl. großformatigen Baukeramikplatten benötigt werden. Stellt man solche Platten mit Hilfe eines konventionallen Doppel­ wellenextruders her, dessen Schnecken miteinander kämmen, dann beobachtet man insbesondere bei glasierten Fliesen im mittleren Bereich der Platte Dicken­ schwankungen, die eine Folge der Druckspitzen im Überlappungsbereich der Schnecken sind. Solche Dickenschwankungen sind, wenn man mit einem er­ findungsgemäßen Extruder arbeitet, nicht mehr zu beobachten.
• G) Die Erfindung eignet sich nicht nur für das Extrudieren von einzelnen flachen Strängen, sondern auch für das Extrudieren mehrerer Stränge nebeneinander, in diesem Fall auch für das Extrudieren von Hintermauerware und von Hohlware, z. B. von Hubeln für Isolatoren oder für Blumentöpfe.

In den meisten Fällen wird man den erfindungsgemäßen Extruder als Doppelwel­ lenextruder verwirklichen. Es ist aber auch möglich, mehr als zwei Schnecken ne­ beneinander in gleicher Weise anzuordnen.

Die Innenkontur des Gehäuses wird bei einem Schneckenextruder der Schnecke üblicherweise angepaßt. Entsprechendes gilt auch für erfindungsgemäße Schneck­ enextruder. Der lichte Querschnitt des Gehäuseabschnittes, welcher die Schnecken umgibt, hat deshalb eine Taille. Geht man im Anschluß an den Kopf der Schnecken in ein ovales Mundstück über, dann erhält man in der Nachbarschaft der Taille eine sprunghafte Erweiterung des Gehäuses. Da die bindigen keramischen Massen (Tone) aber einen Zusammenhalt zeigen, werden sie einer abrupten Gehäuseer­ weiterung nicht ohne weiteres folgen, vielmehr wird der vorgetriebene Strang dazu neigen, unkontrolliert zu fließen, einzureißen oder aufzubrechen. Um das zu vermei­ den, sind in vorteilhafter Weiterbildung der Endung im Anschluß an den Kopf der Schnecke im Gehäuse Leitkörper vorgesehen, welche ausgehend von den Ge­ häuseeinschnürungen im Übergangsbereich der Schnecken den lichten Querschnitt in Vortriebsrichtung allmählich auf den lichten Querschnitt im Eingangsbereich des Mundstücks erweitern. Diese Leitkörper sorgen für eine sanfte Querschnittser­ weiterung anstelle einer sonst möglichen abrupten Querschnittserweiterung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Doppelwellenextruder für keramische Massen in einem Schnitt durch die vertikale Längsmittelebene des Extruders,

Fig. 2 zeigt als Detail die beiden Schnecken des Doppelwellenextruders in der Draufsicht,

Fig. 3 zeigt den Querschnitt A-A durch das Extrudergehäuse,

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entsprechend Fig. 3, jedoch mit zwei eingesetz­ ten Leitkörpern,

Fig. 5 zeigt als Detail einen Halbschnitt B-B gemäß Fig. 4 durch den Ge­ häuseabschnitt mit einem solchen Leitkörper,

Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht des Doppelwellenextruders mit abgenom­ menem Mundstück, und

Fig. 7 bis 9 zeigen als Detail vergrößert einen solchen Leitkörper, mit Höhenlini­ en versehen, in drei zueinander senkrechten Ansichten.

Der Doppelwellenextruder hat in einem Gehäuse 1 zwei gleichlange, gegenläufi­ ge Schnecken 2 und 3 parallel nebeneinander angeordnet. Im hinteren Bereich des Gehäuses befindet sich ein Schacht 4 mit einer Einfüllöffnung 5. In ihrem hin­ teren Abschnitt 2a und 3a, welcher unter der Einfüllöffnung 5 liegt, haben die Schnecken 2 und 3 höhere Flügel als im vorderen Abschnitt 2b und 3b. Während die Schnecken unter der Einfüllöffnung 5 miteinander kämmen (siehe Fig. 2), tun sie das im vorderen Abschnitt 2b, 3b nicht (siehe Fig. 2 und Fig. 6), sondern weisen dort einen wenige Millimeter betragenden gegenseitigen Abstand auf. In Fig. 1 ist angedeu­ tet, daß die Schneckenwellen 6 über den Schacht 4 hinaus nach rückwärts verlängert sind. In diesem Bereich befinden sich die Antriebsmittel für die Schnecken 2 und 3, nämlich wenigstens ein Elektromotor und ein Getriebe; diese können wie in der Antrieb­ stechnik üblich ausgebildet sein und sind deshalb nicht dargestellt.

An der Spitze der Schnecken 2 und 3 ist jeweils eine abnehmbare Spitzkopfschnecke 2c bzw. 3c vorgesehen, nachfolgend einfach als Spitzkopf bezeichnet. Zur Optimierung des Fließverhaltens ist die Winkelstellung des Spitzkopfes 2c und 3c gegenüber dem Ab­ schnitt 2b bzw. 3b der Schnecken verstellbar, und zu diesem Zweck ist an der Trennstel­ le 7 zwischen der Druckschnecke und der Spitzkopfschnecke eine Hirth-Verzahnung vorgesehen.

Die beiden Schnecken 2 und 3 befinden sich in dem Gehäuse 1 in einem einteiligen In­ nenraum, welcher eine dem Umfang der Schnecken angenäherte Kontur mit einer Taille 8 hat (siehe Fig. 6). Die Innenwand des Gehäuses ist in an sich bekannter Weise mit längsgenuteten Zylindereinsätzen 9 ausgekleidet, welche die Schnecken überwiegend, mit Ausnahme eines zentralen Übergangsbereiches umschließen.

In Vortriebsrichtung der Schnecken schließt an den taillierten Bereich des Gehäuses 1 ein ovaler Gehäuseabschnitt 10 an, an welchen ein Mundstück 11, nachfolgend auch als Preßkopf bezeichnet, angeschraubt ist. Der Preßkopf verjüngt sich fortschreitend bis hin zu seiner Mündung 12 mit flachem Querschnitt.

Im taillierten Abschnitt des Gehäuses 1 ist die Taille 8 dadurch gebildet, daß die Gehäu­ sewand unter Bildung von zwei Zwickeln 13 und 14 in den Spalt zwischen den beiden Schnecken 2 und 3 hineinragt. Am Ende des taillierten Gehäuseabschnittes, am Über­ gang zum ovalen Gehäuseabschnitt 10, enden die Zwickel 13 und 14 abrupt. Damit es hier nicht zu einem Reißen der vorgetriebenen keramischen Masse kommt, sind in dem ovalen Gehäuseabschnitt 10 an die Zwickel 13 und 14 angegrenzend zwei Leitkörper 15 und 16 vorgesehen, welche strömungs­ günstig geformt sind (Fig. 7 bis 9) und anstelle einer abrupten Gehäuseer­ weiterung für eine allmähliche Gehäuseerweiterung sorgen (siehe Fig. 1 und 5), so daß das Material ohne zu reißen gleichförmig in den Preßkopf 11 eintreten kann.

Die Art und Weise der Anordnung der Leitkörper ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt: Die Leitkörper sind mittels einer Aufspannplatte 17 und Schrauben 18 an der Wand des ovalen Gehäuseabschnitts 10 befestigt.

Claims (8)

1. Schneckenextruder für keramische Massen,
mit wenigstens zwei zueinander parallelen Schnecken (2, 3), welche in einem ge­ meinsamen Gehäuse (1, 10) mit ungeteiltem Innenraum drehbar gelagert sind,
mit einem in Vortriebsrichtung der Schnecken (2, 3) an deren Gehäuse (1, 10) anschließenden Mundstück (11) mit einer flachen Mündung (12) oder mit mehre­ ren nebeneinander angeordneten Mündungen,
mit einer Einfüllöffnung (5) im hinteren Bereich des Gehäuses der Schnecken (2, 3) und mit Antriebsmitteln, welche an den nach rückwärts über den Bereich der Ein­ füllöffnung (5) hinaus verlängerten Schneckenwellen (6) angreifen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) jedenfalls im Bereich zwischen der Einfüllöffnung (5) und dem Mundstück (11) dicht nebeneinander gelagert sind, ohne miteinander zu kämmen.

2. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) einen zwischen ihren Einhüllenden gemessenen Abstand von nicht mehr als 15 mm haben.

3. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) einen zwischen ihren Einhüllenden gemessenen Abstand von 3 mm bis 5 mm haben.

4. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) gleichsinnig und/oder gegensinnig antreibbar sind

5. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind, soweit sie auch im Einzugsbereich unter der Einfüllöffnung nicht miteinander kämmen oder zur Vermeidung von Kollisionen unterbrochen sind.

6. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) nach Wahl mit gleicher oder mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind, soweit sie auch im Einzugsbereich unter der Einfüllöffnung nicht miteinander kämmen oder zur Vermeidung von Kollisionen unterbrochen sind.

7. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) im Bereich der Einfüllöffnung (5) miteinander kämmen.

8. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Vortriebsrichtung anschließend an die Spitzkopfschnecken (2c, 3c) Leitkörper (15, 16) in den Innenrraum des Gehäuses (10) eingesetzt sind, um den lichten Gehäusequerschnitt in Vortriebsrichtung allmählich auf den lichten Querschnitt im Eingangsbereich des Mundstücks (11) zu erweitern.