DE2149842C - Maschine zum Fordern und Mischen pulverformiger, viskoser und/oder faserförmiger Stoffe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Fördern und Mischen pulverförmiger, viskoser und/oder faserförmiger Stoffe, mit mindestens drei in einem Gehäuse rotierenden und miteinander kämmenden Schnecken.

Es sind schon solche Maschinen bekannt, in denen άί" Stoffe während ihrer Förderung durch Schnek-

65 ken, 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 Schneckenmaschinen werden beide Vorfänge besser durch »Längsmischen« und »Ouermischen« charakterisiert.

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 Quermischiing noch durch die Schneckendiehzahl, den Füllgrad und die Tempera tür änderbar, bzw. beeinflußbar. Im Gegensatz dazu ist die Längsmischung durch zweckmäßige Maß nahmen vergleichsweise nur gering zu beeinflussen. Vielmehr hat die gewählte Maschinentype einen gro ßen, aber grundlegenden Einfluß auf die Längsmi schung. Einwellenextruder haben eine breite Ver weilzeitstreuung, die relativ stark vom Material und den Verfdhrepsbedingungen beeinflußt werden kann Im Gegensatz dazu haben gegenlaufende, mit geringem Spiel kämmende Mehrfachschneckeri 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 unveränder ten 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 gegenübergestellt, dann sind die Anforderungen an den Mischer bzw. die Mischzone:

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

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

3. Schonende Mischgutbehandlung, damit die Partikelstruktur erhalten bleibt.

4. Großes Mischvolumen.

Im Vergleich dazu die Tendenz steigender Ansprüche an einen Kneter bzw. die Knetzone:

1. Definierte, geringe Verweilzeitstreuung, alsc möglichst gleich große Partikelwege, da auch kleinste Materialmengeii mit gleich großer Energiemengen zu beaufschlagen sind.

2. Große Energieeinleitung, also hohe Wärmeentwicklung im Gut.

3. Zerstörung bzw. Deformation der Partikelstrukturen.

4. Dünne Materiaischichten, daher kleine Materialvolumina.

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

Bei allen bekannten Förder- und Mischmaschinen ist ein wesentlicher Nachteil darin zu sehen, daß kein definiertes Mischvolumen existiert, da das Mischen ste' nur als Folge des Förderns vollzogen wird. Es s. -■ nun Maschinen der erwähnten Art auf dem Markt, die zwei zueinander parallele Schnekken enthalten, die aneinandergrenzende Abschnitte gleicher Steigungsrichtung und gleicher Steigungsprölte h-iben, an die sich bei der einen Schnecke ein Bereich anschließt, der glatt ausgebildet ist und nur al- Mischorgane dienende Zapfen trägt, die durch da- ! hereinanderschneiden zweier »egenläufiaer Ge-WiV.iv· entstanden sind. Der vorstehen·! erwähnte N.'.-iiteil haftet aber auch dieser Maschine an.

¹>τ Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, fir·-■ Förder- und Mischmaschine zu schaffen, die ein j:l ..tu definiertes Mischvolumen aufweist, eine optim..j Mischung der Stoffe bei geringstem Energieb ;.rf gewährleistet und darüber hinaus noch die gi. idsatzliche Möglichkeit bietet, so ausgebildet zu w Jen, daß sie in dem definierten Mischvolumen in .!^kontinuierlicher Arbeitsweise mischt. Bei der L 'ing dieser Aufgabe wird von einer Maschine /'■ :■ Fördern und Mischen pulverförmiger, viskoser u: i/oder faserförmiger Stoffe ausgegangen, die mind. lens drei in einem Gehäuse rotierende und miteina> er kämmende Schnecken aufweist. Erfindungsn₍ maß wird vorgeschlagen, die jeweils ersten und dHen Schnecken in einer Mischzone mi^f Gewinden uv.rschiedlicher Steigungsrichtung und/oder Stei- £ lgsgröße zu versehen und die jeweils zweite Schnecke in der Mischzone bis auf Mischorgane g'.ttt auszubilden, welch letztere durch Übereinandersi hneiden der unterschiedlichen Gewinde in der Mischzone der benachbarten Schnecken entstanden smd. Durch die Gewinde unterschiedlicher Stei- ^mgsrichtung 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 Steigungsrichtungen kann außerdem ein Kreislauf des zu mischenden Gutes in der Mischzone erreicht werden, was die Arbeitsweise der Maschine als diskontinuierlicher Mischer ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine mit einer mittleren Mischzone können gemäß der Erfindung als zweite Schnecke zwei gleichachsige Schneckenwellen vorgesehen sein, die in der Mischzone 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 verlas-Diese Maschine kann nun noch so abgewandelt werden, daß sie eine kontinuierliche Veränderung der Mischzone und damit des Volumens ermöglicht, und zu diesem Zweck sind die den die zweite Schnekke 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 Schaummitteln modifizierten Stoffen Gegenstände in beliebigen Zeitabständen und Mengen zu fertigen. Die kontinuierliche Veränderbarkeit des Mischvolumens auch wahrend des Betriebs ist wichtig, wenn die Mischung zweier Produkte in kü jster Zeit eine chemische Reaktion durchläuft und diese Mischung im Chargenbetrieb benötigt wird, wie es bei der Herstellung von Gegenständen der Fall ist, oder das Mischvolumen dem Vorgang optimal angepaßt werden mub. Bei der Herstellung von Gegenständen wird gegen Ende des Mischvorganges der Überdeckungsgrad der ersten und dritten Schnecken laufend bis auf Null verringert, so daß sich die beiden Mischungskomponenten nicht mehr vermischen und miteinander reagieren können. Sieht man in vorteilhafter Weiterbildung 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 vü;; rohrförmigen Strängen verwendet werden. Zu diesem Zweck ist in der im Bereich der Mischzone und in einer der zu den Schnecken parallelen Wänden des Maschinengehäuses angeordneten Auslaßöffnung ein zentrischer, die Mischzone quer durchsetzender Dorn vorgesehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes im Längs- bzw. Querschnitt dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Maschine mit einer Mischschnecke;

F i g. 2 eine Maschine mit zwei gleichachsigen

Mir.chschneckeh;

F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie IH-111 in F i g. 2 und

F ig. 4 eine dritte Ausführungform der Maschine.

Die Maschine nach F i g. 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 Mischzone B gefördert, in dieser gemischt und durch die Förderzone C zur Auslaßöffnung 13 gefördert. Die AuslaßöfTnung befindet sich an der Stirnwand der Maschine, deren Innenseite zur Auslaßöllining hin zur Zusammenfassung und Formung des Materialstrom^ konisch ausgebildet ist.

In den Förderzonen A und C weisen alle drei Schnecken 1 bis 3 dieselbe Steigungsrichtung sowie

Steigungsgröße auf und kämmen 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 entstehen, daß man die Gewinde der Teile 9 und 11 übcreinanderschneidet.

Die Maschine nach der F i g. 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 Schnekken 1, 3 sind zwei gleichachsige Schneckenwellen 2, 2' angeordnet, deren in die mittlere Mischzone B ragende Teile 10 glatt ausgebildet und mit Mischorganen 10' versehen sind. Die Schnecken 1 und 3 haben hingegen Gewindeteile Il und 11' bzw. 9 und 9' mit jeweils gegensinniger Steigungsrichtung, jedoch gleicher Steigungsgröße, und die Mischorgane 10' entstanden wieder dadurch, daß die gegenläufigen Gewinde der Gewindeteile 9' und 11' übereinanderßeschnitten werden. Im übrigen haben die Schneckenwellen 2 und 2' in den Förderzonen A und C Gewinde entgegengesetzter Steigungsrichtung, jedoch gleicher Steigungsgröße, wie die angrenzenden Gewindeteile der Schnecken 1 und 3, mit denen sie kämmen. Die Schnecken werden über zwei Getriebe 5, 5' vom Motor 6 abwechselnd gegensinnig angetrieben (siehe Pfeile). Das Gehäuse ist zweiteilig ausgebildet und zwischen seinen Teilen 4, 4' ist ein Werkzeuge' eingebaut. In einer zu den Schnecken parallelen Wand dieses Werkzeuges ist die Auslaßöffnung 13' vorgesehen.

Zum Ausformen rohrförmiger Stränge ist zentrisch in der Auslaßöffnung ein Dorn 12 vorgesehen, der von dem Werkzeug!' gehalten 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 Schwachstcllen niederer Festigkeit entstehen, was den Zweck der Faserverstärkung zunichte machen würde.

Bei der Maschine nach Fi g. 4 sind ober- und unterhalb von Schnecken 2, 2', die wieder wie diejenigen der F i g. 2 ausgebildet sind, je zwei gleichachsige Schneckenwellen 14, 14' bzw. 15, 15' angeordnet, die untereinander und zu den Gewinden der angrenzenden Schneckenwellen 2 und 2', mit denen sie kämmen, entgegengesetzte Steigungsrichtungen, jedoch gleiche Steigungsgrößen aufweisen. Während die Schneckenwellen 2, 2' unverschiebbar gelagert sind, können die Schneckenwellenpaare 14, 14' und 15, 15' axial verschoben werden, wobei die Abstände zwischen den Enden der Schneckenwellcn gleich groß bleiben. Diese Abstände 17, 18 sowie der Ab-

ao stand 19 zwischen den Enden der Schnecken 2, 2' sind um weniges größer als die Dicke eines Schiebers 20, der quer /u den Achsen der Schnecken verschiebbar in der Mischzone B vorgesehen ist.

Das durch die Uberdeckung der Schnecken 14

14' und 15, 15' in der Mischzone θ dargestellte Mischvo'imen 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, isl das Mischvolumen praktisch Null, so daß die Mischzone duich den Schieber 20 mechanisch geteilt wer den kann. Um den Mischvorgang einzuleiten, win

der Schieber 20 in die Ausgangslage gebracht. r*^;< Schnecken 14 und 15' rotieren solange schneller unc die Schnecken 14' und 15 solange langsamer als du Schnecken 2, 2', bis die gewünschte Breite der Misch zoneß erreicht ist. Danach rotieren alle Schncckoi bis kurz vor Ende des Betriebes mit der Drehzdh der Schnecken 2, 2'.

Die Schnecken werden durch den Antriebsmotor ( über die Synchronwelle 16 und die Getriebe r ? gleichsinnig angetrieben. Die Stoffe können ank

durch Fülltrichter 7 eingebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Maschine zum Fördern und Mischen pulverförmiger, viskoser und/oder faserförmiger Stoffe, mit mindestens drei in einem Gehaust rotierende, und miteinander kämmenden Schnekken, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ersten und dritten Schnecken (1 bzw.

   3) in einer Mischzone (ß) Gewinde unterschiedlicher Steigungsrichtung und/oder Steigungsgröße aufweisen und die jeweils zweite Schnecke (2) in der Mischzone bis auf Mischorgane (10) glatt ausgebildet ist, welchletztere durch Übereinanderschneiden der unterschiedlichen Gewinde in der Mischzone der benachbarten Schnecken entstanden sind.

   2. Mascln.ie nach Anspruch 1, die eine mittlere Mischzone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schnecke zwei gleichachsige Schneckenwellen (2, X) vorgesehen sind, die in der Mischzone (B) im Abstand voneinander enden und in /u beiden Seiten der Mischzone liegenden Förderzonen (A. C) rechis- und linksgängige Gewinde aufweisen, wobei die anderen Schnekken (1,3) 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 Schneckenwelle (2. X) zugeordneten ersten und dritten Schnecken ^l bzw. 3 ) aus je zwei gleichachsigen, axial verschiebbaren Schnekkenwellen (15,15' bzw. 14,14') gebildet sind, wobei insbesondere die Abstände (17. 18) zwisehen den Enden der Schneckenwellenpaare (14,14' bzw. 15,15') gleich groß sind.

   4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Teilung der Mischzoue (B) quer zu den Schneckenachsen ein Schieber (20) vorgesehen ist.

   5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (17, 18, 19) zwischen den Enden der Schneckenwellenpaare (2, 2'; 14, 14'; 15, 15^ um weniges größer als die Dicke des Schiebers (20) sind.

   6. Maschine nach den Ansprüchen 2 bib 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslaßöffnung (13') in einer der zu den Schneckenil, 2,

   3) parallelen Wänden des Maschinengehäuses (4) im Bereich c^er freien Enden der gleichachsigen Schneckenwjllen (2, X) angeordnet ist.

   7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßöffnung (13') ein zentrisch angeordneter, die Mischzone (B) quer durchsetzender Dorn (12) vorgesehen ist.