DE2149842A1

DE2149842A1 - Maschine zum Foerdern und Mischen pulverfoermiger,viskoser und/oder faserfoermiger Stoffe

Info

Publication number: DE2149842A1
Application number: DE19712149842
Authority: DE
Inventors: Josef Blach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-06
Publication date: 1972-05-31
Also published as: DE2149842B2; US3746319A; AT319570B; JPS5225974B1

Description

DR -ING. OIPL.-Il-Jf.. M. SC. DIPL.-PHYS. D R. -^DI^G-p9vs4

HÖGER- STELLF ECHT - GRI ESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Josef Blach in Bietigheim (Deutschland)

Maschine zum Fördern und Mischen pulverförmiger, viskoser und/oder faserförmiger Stoffe

Die Erfindung "betrifft eine Maschine zum Fördern und Mischen pulverförmiger, viskoser und/oder faserförmiger Stoffe,

Es sind schon solche Maschinen bekannt, in denen die Stoffe während ihrer Förderung durch Schnecken, gegebenenfalls gegen Widerstände, von dem einen Ende der Maschine zum anderen Ende, dem Austragende, gemischt und geknetet werden.

Im allgemeinen Gebrauch und in der Literatur werden die Vorgänge "Mischen" und "Kneten" vielfältig verwendet. Bei kontinuierlich arbeitenden Schneckcnmaschinen werden beide Vorgänge besser durch ^ttLängsmischen" und "Quermischen" charakterisiert.

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Um die Quermischung in einer Schneckenmaschine zu verstärken, muß das zur Verfügung stehende Geschwindigkeitsgefälle zwischen Schnecke und Gehäuse in das Produkt eingebracht werden. Dies ist im wesentlichen durch Verringerung der Schneckengangtiefe und/oder Vergrösserung der Schneckensteigung zu erreichen. Außer diesen konstruktiven Maßnahmen ist die Quermischung noch durch die Schneckendrehzahl, den iHillgrad und die Temperatur änderbar, bzw. beeinflußbar. Im Gegensatz dazu ist die Längsmischung durch zweckmäßige Maßnahmen vergleichsweise nur gering zu beeinflussen. Vielmehr hat die gewählte Maschinentype einen großen, aber grundlegenden Einfluß auf die Li'ngsmischung. Einwellenextruder haben eine breite Verweilzeitstreuung, die relativ stark vom Material und den Vcrfabrenßbedingr igen beeinflußt werden kann. Im Gegensatz dazu haben gogenlaufende, mit geringem Spiel kämmende Mehrfachochneckeii eine vom Material und den Verfahrensbedingungen gering beeinflußbare mittlere Verweilzeitstreuung.

Gleichlaufende, kämmende Mehrfachschnecken liegen zwischen den beiden vorgenannten Maschinen, so wie es auch im wesentlichen andere vergleichbare Schneckenmaschinen tun. Durch zweckmäßige Maßnahmen, wie Schneckenkammdurchbrüche und Variationen derselben oder Änderung der Schneckenspiele kann die Verweilzeitstreuung bei unveränderten Bedingungen in Grenzen variiert werden, was durch Austauschbarkeit von Schneckenabschnitten sehr einfach gestaltet werden kann.

Wird die Tendenz steigender Ansprüche an einen kontinuierlichen Mischer denen eines kontinuierlichen Kneters

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gegenübergestellt, dann sind die Anforderungen an den Mischer bzw. die Mischzone:

1. Definierte, breite Verweilzeitstreuung, also möglichst ungleich große Partikelwege und damit rasche Verteilung der Mischgutbestandteile.

2. Geringste Energieeinleitung, damit keine unerwünschte Wärmeentwicklung im Mischgut entsteht.

3. Schonende Mischgut behänd lung, damit die Partikelstruktur erhalten bleibt.

4. Großes Kischvoüumen.

Im Vergleich d^r'.^u die Tendenz steigender Ansprüche an einen Kneter bzw« die Knetzone:

1. Definierte, geringe Verweilzeitstreuung, also möglichst gleich große Partikelwege, da auch kleinste Materialmengen mit gleich großen Energiemengen zu beaufschlagen sind.

2. Große Energieeinleitung, also hohe Wärmeentwicklung im Gut.

3. Zerstörung bzw. Deformation der Partikelstrukturen.

A. Dünne Material:chichten, daher kleine Materialvolumina.

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Die Gegenüberstellung zeigt, daß eine optimale Durchführung der beiden Verfahrensschritte, Mischen und Kneten, in einer Bearbeitungszone nicht möglich ist.

Bei allen bekannten Förder- und Mischmaschinen ist ein wesentlicher Nachteil darin zu sehen, daß kein definiertes Mischvolumen existiert, da das Mischen stets nur als Folge des Förderns vollzogen wird. Es sind nun Maschinen der erwähnten Art auf dem Markt, die zwei zueinander parallele Schnecken enthalten, die aneinandergrenzende Abschnitte gleicher Steigungsrichtung und gleicher Steigungogröße haben, an die sich bei der einen Schnecke ein Bereich anschliosst, der glatt ausgebildet ist und nur als Mischorgane dienende Zapfen trägt, die durch das Übereinanderschneiöen zweier gegenläufiger Gewinde entstanden sind. Der vorstehend erwähnte Nachteil haftet aber auch d i e t; e r Ma sch :i η e a η.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugru?ide, eine Förderund luifschmasch.iijij zu schaffen, die ein genau definiertes Mischvolumen aufweist, eine optimale Mischung der Stoffe bei geringstem Energiebedarf gewährleistet und darüber hinaus noch die grundsätzliche Möglichkeit bietet, so ausgebildet zu v/erden, daß sie in dem definierten Mischvolumen in diskontinuierlicher Arbeitsweise mischt. Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von einer Maschine zum Fördern und Mischen pulverförmiger,· viskoser und/oder faserförmiger Stoffe ausgegangen, die mindestens drei in einem Gehäuse rotierende und miteinander kämmende Schnecken auf v/eist. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die jeweils ersten und dritten Schnecken in einer Mischzone mit Gewinden unterschiedlicher Steigungsrichtung und/oder Steigungsgröße zu

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versehen und die jeweils zweite Schnecke in der Mischzone his auf Mischorgane glatt auszubilden, welch letztere durch Übereinanderschneiden der unterschiedlichen Gewinde in der Mischzone der benachbarten Schnecken entstanden sind. Durch die Gewinde unterschiedlicher Steigungsrichtung und/oder Steigungsgröße der ersten und dritten Schnecke in der Mischzone wird stets ein vorbestimmbares Mischvolumen definiert, das sich theoretisch aus den Steigungsdifferenzen der beiden Schnecken errechnen läßt. Durch die Wahl unterschiedlicher Steigungsrichl mgen kann außerdem ein Kreislauf des zu mischenden Gute: in der Mischzone erreicht werden, was die Arbeitsweise di;r Maschine als diskontinuierlicher Mischer ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine mit einer mittleren Mischte».,-; können gemäß der Erfindung als zweite Schnecke zwei gleichachsige Schneckenwellen vorgesehen sein, die in der Mi;;chzone im Abstand voneinander enden und in zu beiden Seiten der Mischzonen liegenden Förderzonen rechts- und linksgängige Gewinde aufweisen, wobei die anderen Schnecken in den Förderzonen mit zu diesen Gewinden gegenläufigen Gewinden versehen sind. Eine solche Maschine ist typisch für einen erfindungsgemäßen, diskontinuierlichen Mischer mit einem Kreislauf des zu mischenden Gutes in der Mischzone, wenn sich die gegenläufigen Gewinde der ersten und dritten Schnecke in die Mischzone hinein erstrecken und sich längs dieser überlappen. Solange nämlich in die Maschine kein Gut nachgefüllt wird, läuft das in der Mischzone vorhandene Gut in der letzteren um, ohne sie zu verlassen.

Diese Maschine kann nun noch so abgewandelt werden, daß sie

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eine kontinuierliche Veränderung der Mischzone und damit des Volumens ermöglicht, und zu diesem Zweck sind die den die zweite Schnecke bildenden Schneckenwellen zugeordneten ersten und dritten Schnecken aus je zwei gleichachsigen, axial verschiebbaren Schneckenwellen gebildet, wobei insbesondere die Abstände zwischen den Enden der Schneckenpaare gleich groß sind. Diese Ausführungsform ermöglicht es beispielsweise, aus duromeren, mit Festigkeitsträgern und/oder Schaurnmitteln modifizierten Stoffen Gegenstände in beliebigen Zeitabständen und Mengen zu fertigen. Die kontinuierliche Veränderbarkeit des Mischvolurnens auch während des Betriebs ist wichtig, wenn die Mischung zweier Produkte in kürzester Zeit eine chemische Reaktion durchläuft und diese Mischung im Chargenbetrieb benötigt wird, wie es bei der Herstellung von Gegenständen der Pail ist, oder das Mischvolumen dem Vorgang optimal angepaßt v/erden muß. Bei der Herstellung von Gegenständen wird gegen Ende des Mischvorganges der Überdeckungsgrad der ersten und dritten Schnecken laufend bis auf KuIl verringert, so daß sich die beiden Mischungskomponenten nicht mehr vermischen und miteinander reagieren können. Sieht man in vorteilhafter Y/eiterbildung dieser Maschine noch einen zur Teilung der Mischzone quer zu den Schneckenachsen angeordneten Schieber vor, so ermöglicht dieser zusätzlich eine mechanische Trennung der beiden Stoffe voneinander. Besonders vorteilhaft dabei ist, daß in die Mischzone weder Luft gelangt, noch Spülmittel zum Säubern eingespritzt werden müssen.

Die erfindungsgemäße Maschine kann auch zum Ausformen von rohrförmigen Strängen verwendet werden. Zu diesem Zweck ist in der im .'-Jereich der Mischzone und in einer der zu den Schnecken parallelen Wänden des Maschinengehäuses angeordneten Auslaßöffnung ein zentrischer, die Mischzone

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quer durchsetzend'.:r Dorn vorgesehen.

In der Zeichnung nind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegcnstar.öes im Längsschnitt dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Maschine mit einer Mischschnecke; Pig. 2 eine Maschine mit zwei gleichachsigen Mischschnecken; Pig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Maschine.

DJe Maschine nach Fig. 1 weist drei parallel angeordnete Schnecken 1, 2, 3 auf, die über ein Reduzier- und Verteilergetriebe 5 vom Motor 6 gleichsinnig angetrieben werden. Die Schnecken sind in einem nach Bedarf heizbaren oder kühlbaren Gehäuse 4 eingebaut. Die zu verarbeitenden Stoffe werden durch einen, an dem einen Ende der Maschine vorgesehenen Trichter 7 in die Maschine eingebracht und von den Schnecken durch die Förderzone A zur MisehKone B gefördert, in dieser gemischt und durch die Förderzone C i;ur Auslaßöffnung 13 gefördert. Die Auslaßöffnung befindet sich an der Stirnwand 8 der Maschine, deren Innenseite zur Auslaßöffnung hin zur Zusammenfassung und Formung des Materialstromes konisch ausgebildet ist.

In den Förderzonen A und C v/eisen alle drei Schnecken 1-3 dieselbe Steigungsrichtung sowie Steigungsgröße auf und käniEien miteinander, in der Mischzone B hat jedoch die Schnecke 1 einen Gewindeteil 9 geringerer Steigung, die Schnecke 3 einen Gewindeteil 11 größerer Steigung, und die Schnecke 2 ist in einem Teil 10, d.h. in der Mischzone, an sich glatt ausgebildet, sie hat jedoch als Mischorgane dienende Zapfen 10', die vorteilhafterweise dadurch ent-

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stehen, daß man die Gewinde der Teile 9 und 11 übereinanderschneidet.

Die Maschine nach der Fig. 2 eignet sich insbesondere zum Extrudieren von faserverstärkten Stoffen, deren Fasern als Festigkeitsträger gleichmäßig verteilt werden sollen. Sie weist an ihren Enden je einen Einfülltrichter 7 auf, durch die auch verschiedene Stoffe, z.B. bei dem einen Trichter Polyester, Glasfasern und Härter und bei dem anderen Trichter Polyester, Glasfasern und Beschleuniger, eingebracht werden können, die miteinander vermischt ein mit einstellbarer Härtungsgeschwindigkeit fest werdendes Produkt ergeben. Zwischen den Schnecken 1, 3 sind zwei gleichachsige Schnecken 2, 2' angeordnet, deren in die mittlere Mischzone B ragende Teile 10 glatt ausgebildet und mit Liischorganen 10' versehen sind. Die Schnecken 1 und 3 haben hingegen Gewindeteile 11 und 11' bzw. 9 und 9' mit jeweils gegt-nüinniger Steigungsrichtung, jedoch gleicher SteiguncngröfrO, und die I.Iischorgane 10' entstanden wieder dadurch, daß die gegenläufigen Gewinde der Gewindeteile 9^! und 11 ' überoinaridergeochnitten werden. Im übrigen haben die Schnecken 2 und 2' in den Förderzonen A und C Gewinde entgegengesetzter Steigungsrichtung,- jedoch gleicher Steigungsgröße, u)ie Schnecken werden über zwei Getriebe 5, 5' vorn Motor 6 abwechselnd gegensinnig angetrieben (siehe Pfeile). Das Gehäuse ist zweiteilig ausgebildet und zwischen seinen Teilen 4, 4' ist ein Werkzeug 8* eingebaut. In einer zu den Schnecken parallelen Viand dieses Werkzeuges ist die Auslaßöffnung 13' vorgesehen.

Zum Ausformen rohviörmiger Stränge ist zentrisch in der Auslaßöffnun_t; ein Dorn 12 vorgesehen, der von dem Werk-

+) wie die angrenzenden Gewindeteile der

Schnecken 1 und 3, mit denen sie kämmen. - 9 -

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zeug 8' gebalten wird. Dieser Dorn ist so angeordnet, daß die als Festigkeitsträger am Umfang gleichmäßig verteilten Glasfasern durch den sogenannten Pflugschareffekt der nicht gezeigten, den Dorn haltenden Dornkreuze örtlich nicht orientiert werden, so daß keine Schwachstellen niederer Festigkeit entstehen, was den Zweck der Faserverstärkung zunichte machen würde.

I3ei der Maschine nach Fig. 4 sind ober- und unterhalb von Schnecken 2, 2¹, die wieder wie diejenigen der Fig. 2 ausgebildet sind, je zwei gleichacbsige Schnecken 14, 14' bzw. 15, 15' angeordnet, die untereinander und zu den Gewinden der angrenzenden Schnecken 2 und 2', mit denen sie kämmen, entgegengesetzte Steigungsrichtungen,· jedoch gleiche Steigungsgrcßen aufweisen. Während die Schnecken 2, 2¹ unverschiebbar gelagert sind, können die Schneckenpaare 14, 14' und 15, 15' axial verschoben werden, wobei die Abstände zwischen den Enden der Schnecken gleich groß bleiben. Diese Abstände 171 18 sc/./ie der Abstand 19 zwischen den Enden der Schnecken 2, 2· sind um weniges größer als die Dicke eines Absperrschiebers 20, der quer zu den Achsen der Schnecken Verschiebbar in der Mischzone B vorgesehen ist.

Das durch die Überdeckung der Schnecken 14, H¹ und 15, 15' in der Mischzone B dargestellte Mischvolumen wird kleiner, wenn die Schnecken 14' und 15 schneller und die Schnecken 15' und 14 langsamer rotieren als die Schnecken 2, 2', die immer mit gleicher Drehzahl angetrieben werden. Sobald die Enden der an einer Seite der Mischzone angeordneten Schnecken in einer Ebene liegen, ist das Mischvolumen praktisch Null,so daß die Mischzone durch den Schieber 20

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mechanisch geteilt werden kann. Um den Mischvorgang einzuleiten, wird der Schieber 20 in die Ausgangslage gebracht. Die Schnecken 14 und 15' rotieren solange schneller und die Schnecken 14' und 15 solange langsamer als die Schnecken 2, 2·, bis die gewünschte Breite der Mischzone B erreicht ist. Danach rotieren alle Schnecken bis kurz vor Ende des Betriebes mit der Drehzahl der Schnecken 2, 2'.

Die Schnecken werden durch den Antriebsmotor 6 über die Synchronwelle 16 und die Getriebe 5» 5' gleichsinnig angetrieben. Die Stoffe können anteilig durch Fülltrichter ψ 7 eingebracht werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Maschine zum Fördern und Mischen pulverförmiger, viskoser und/oder faserförmiger Stoffe, mit mindestens drei in einem Gehäuse rotierenden und miteinander kämmenden Schnecken, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ersten und dritten Schnecken in einer Mischzone Gewinde unterschiedlicher Steigungsrichtung und/oder Steigungsgröße aufweisen und die jeweils zweite Schnecke in der Mischzone bis auf Mischorgane glatt ausgebildet ist, weichletztere durch Übereinanderschneiden der unterschiedlichen Gewinde in der Kischzone der benachbarten Schnecken entstanden sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, die eine mittlere Mischzone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schnecke zwei gleichachsige Schneckenwellen vorgesehen sind, die in der Mischzone im Abstand voneinander enden und in zu beiden Seiten der Mischzone liegenden Förderzonen rechts- und linksgängige Gewinde aufweisen, wobei die anderen Schnecken in den Förderzonen mit zu diesen Gewinden gegenläufigen Gewinden versehen sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den die zweite Schnecke bildenden Schneckenwellen zugeordneten ersten und dritten Schnecken aus je zwei gleichachsigen, axial verschiebbaren Schneckenwellen

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gebildet sind, wobei insbesondere die Abstände zwischen den Enden der Schneckenpaare gleich groß sind.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Teilung der Mischzone quer zu den Schneckenachsen ein Schieber vorgesehen ist.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Enden der Schneckenpaare um weniges größer als die Dicke des Schiebers Bind.

6. Maschine nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslaßöffnung in einer der zu den Schnecken parallelen Wänden des Maschinengehäuses im Bereich der freien Enden der gleichachsigen Schnecken angeordnet ist.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßöffnung ein zentrisch angeordneter, die Mischzone quer durchsetzender Dorn vorgesehen ist.

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