DE2321325A1 - Scherelement fuer eine kunststoffe aufbereitende schneckenmaschine - Google Patents

Description

• Scherelement für eine Kunststoffe aufbereitende Schneckenmaschine Die Erfindung betrifft ein Scherelement für eine Kunststoffe aufhereitende Schneckenmaschine mit zwei parallel und ineinandergreifend angeordneten, in einem Gehäuse mit doppelzylindrischer Bohrung umlaufenden Schnecken.
• Für das gleichmäßige Verteilen von zum Teil agglomerierten Zusatzstoffen In einer zähen knetbaren Masse - beispielsweise von Pigmenten oder Ruß in einer Kunststoffschmelze - ist es erforderlich, jedes Stoffteilchen ein oder mehrmals zwangläufig ein starkes Scherkraftfeld durchlaufen zu lassen. Das gleiche gilt für das vollkommene mechanische Plastifizieren beispielsweise eines Kunststoffes, bei dem ebenfalls jedes Stoffteilchen zwangläufig ein intensives Scherkraftfeld durchlaufen muß, um Inhomogenitäten in der durchplastifizierten Masse zu beseitigen.
• Bei einwelligen Schneckenmaschinen sind eine ganze Reihe von Einrichtungen bekannt, mit denen diese Aufgabe-zufriedenstellend gelöst werden kann. Es seien hier erwähnt die sogenannten Scher-Torpedos (beispielsweise nach DAS 1 729 373), das Knetelement nach der DAS 1 778 515 oder die Dissfpatormanschette nach DOS 2 119 136. Diese Einrichtungen lassen sich aber allesamt nicht mit Erfolg auf zweiwellige Schneckenmaschinen übertragen.
• Es ist auch versucht worden, das Problem des gleichmässigen Scherkraftieldes in zweiwelligen Schneckenmaschinen mit je einem zylinderförmigen y#alzenkörper auf jeder Welle zu lösen (DAS 1 o84 907). Diese Lösung ist aber nicht zufriedenstellend, da aus fertigungstechnischen und Festigkeitsgründen im Zwickelbereich zwischen den beiden parallelen Schnecken die Spaltbreite nicht konstant gehalten werden kann. Der Spalt wird hier erheblich breiter und somit die Beanspruchung der behandelten Massen ungleichmäßig. Außerdem wird durch die Relativbewegung der beiden Schneckenwellen gegeneinander das Scherkraftfeld in diesem Bereich inhomogen.
• Wollte man diese Lösung gar auf ineinandergreifende Schnekken übertragen, würde sie vollkom=t.l versagen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der in zweiwelligen Schneckenmaschinen - insbesondere bei ineinandergreifenden Schnecken -das Behandlungsgut einem starken und -vollkommen gleichmäßigen Scherkraftfeld ausgesetzt werden kann.
• /Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch zwei nebeneinander liegende, je eine der Schneckenwellen in einem stegfreien Bereich umschließende und mit ihnen drehfest verbundene Innenbüchsen, sowie durch zwei die Innenbüchsen jeweils koaxial und unter Bildung eines gleichmäßigen Ring spalts umschließende und nicht mitdrehend im Gehäuse angeordnete Außenbüchsen.
• Besonders einfach herzustellen ist eine Ausbildung der Erfindung mit zylindrischen Innen- und Außenbüchsen Um die Breite des zylindrischen Ringspaltes verändern zu können und damit aber eine wertvolle Regelmöglichkeit zu verfügen, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Innenbüchsen mit konischer äußerer Mantelfläche und die Außenbüchsen mit konischer innerer Mantelfläche versehen.
• Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung können den weiteren Unteransprüchen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele entnommen werden.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit relativ einfachen mitteln ein absolut homogenes Scherkraftfeld erreicht wird, wobei die IiomogenitEt unabhängig von der Tntensität ist. Damit ist eine vollkommen gleichmäß#ge Behandlung des bearbeiteten Guts gewährleistet. Die Intensität der Scherwirkung kann durch einfaches Austauschen der Innen- oder der Außenbüchsen verändert werden. Bei der Ausführung mit konischen Büchsen ist dies durch einfaches axiales Verschieben der Büchsen möglich. Zusätzlich wird bei sehr langen Schnecken ein Durchbiegen oder seitliches Ausweichen der Schneckenwellen verhindert.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Sie werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil der Schneckenmaschine mit einem Scherelement mit zylindrischem Ringspalt, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II durch die Schneckenmaschine nach Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Schneckenmaschine mit einer anderen Ausführung des Scherelements, mit kegligem Ringspalt, Fig. 4 einen Querschnitt durch die Schneckenmaschine nach Fig. 3 gemäß der Linie IV-IV, Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Ausstoßende einer Schneckenmaschine mit einer weiteren Ausführung des Scherelements und Fig. 6 einen Querschnitt gemäß Linie VI-VI durch die Schneckenmaschine nach#Fig. 5.
• Im Ausschnitt aus einer zweiwelligen Schneckenmaschine (Fig. 1) ist eine Schneckenwelle 1 mit aufgeschobenen und mittels Paßfedern 2 verbundenen Schneckenelementen (d. h. Büchsen mit äußerem Schneckengewinde) 3 und 4t zu erkennen. Das ganze ist von einem Gehäuse 5 mit einer doppelzylindrischen Bohrung 5b umgeben. Zwischen den Schneckenelementen 3 und 4 und von ihnen durch Scheiben 6 und 7 getrennt ist eine Innenbüchse 8 auf die Schneckenwelle 1 aufgeschoben und durch Paßfeder 2 mit ihr verbunden. Die Innenbüchse 8 ist durch eine in das Gehäuse 5 eingeschobene Außenbüchse 9 umgeben. Zwischen Außenbüchse und Innenbüchse verbleibt ein Ring spalt 10. Sowohl die Innen- wie die Außenbüchse haben zylindrische Mantelflächen und infolgedessen hat der Ringspalt 10 auch eine zylindrische Form.
• Das Gehäuse 5 weist eine Reihe von Temperierbohrungen 11 auf, durch die ein flüssiges oder dampfförmiges EIeiz-oder Kühlmedium fließt.
• Im Querschnitt (Fig. 2) sind die zwei parallel zueinander angeordneten Schneckenwellen 1 und la zu erkennen.
• Da die Schneckenelemente der beiden parallelen Wellen gegenseitig ineinandergreifen, entspricht der Außendurch- ;messer der Schneckenstege, der, abgesehen von einem gewissen Lauf spiel, mit dem Innendurchmesser der Gehäusebohrungen 5b und somit auch mit dem Außendurchmesser der Außenbüchsen 9 und 9a übereinstimmt, nicht dem Achsabstand zwischen'beiden Wellen 1 und la.
• Letzterer ist geringer und das hat zur Folge, daß die beiden Außenbüchsen 9 und 9a im Berührungsbereich außen abgeflacht sein messen, wie aus Fig. 2 ersichtlich.
• Damit ergibt sich auch eine Sicherung gegen ein Verdrehen der Außenbüc.hsen. In dieser Ansicht ist ferner zu erkennen, daß die Ringspalte 10 und lOa über ihrem Umfang Umfang vollkommen gleichmäßig sind, ohne daß es-im Mittelbereich zwischen den beiden Wellen eine Änderung der Spaltbreite gibt.
• Die Breite der Ringspalte 10 und lOa kann durch Austausch der Innen- oder der Außenbüchsen geändert und so an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.
• Noch einfacher ist die Anpassung an die jeweilige Aufgabe oder an das jeweilige Behandlungsgut mit den Scherelementen nach Fig. 3 und Fig. 4. Die auf den Schneckenwellen 1 und la sitzenden Innenbüchsen 8' und 8a' haben hier konisch verlaufende äußere Mantelflächen und die sie umgebenden Außenbüchsen 9' und 9a' entsprechend verlaufende konische Innenflächen. Bei Verschieben der Außen- und Innenbüchsen relativ zueinander verändert sich die Spaltbreite, bleibt aber über die ganze Länge des Spa1tes#konstant. Durch die ziemlich flache Steigung der konischen Flächen ist die Spaltbreite sehr fein regulierbar.
• Die konischen Ringspalte 10' und lOat können auf verschiedene Arten verstellt werden. Mit einem Bolzen 12 (Fig. 4) sind die Außenbüchsen 9' und 9a1 fest mit dem Gehäuse 5 verbunden. Durch Verschieben des Gehäuses in Axialrichtung, ohne die Schneckenwellen mit zu verschieben, wird die Breite der Ringspalte 10' und lOa' verändert. Eine andere Möglichkeit ist, das Gehäuse 5 festzuhalten und die Schneckenwellen axial zu verschieben. Beide Möglichkeiten der Axialverschiebung gehören für sich zum Stand der Technik, bewirken aber in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Scherelementen eine sehr fein dosierbare und gleichmäßige Regelung.
• Die weiteren Bezugszeichen haben die bei Fig. 1 und Fig. 2 erläuterte Bedeutung. Hochgestellte Striche ' weisen auf geringfügige Abweichungen in der Ausführung hin.
• In Schneckenmaschinen mit sehr langen und nur an einem Ende - meist an der Einlaßseite - gelagerten Schneckenwellen kann es bei extremer Cel,r;tung vorkommen, daß sich die Wellen unter dem Druck des behandelten Guts zum freien Ende hin etwas durchbiegen. In einem solchen Fall kann ein am freien Wellenende angeordnetes erfindungsgemäßes Scherelement gute Dienst leisten: zusätzlich zu seiner Scher- und Homogenisierwirkung übt es dann noch eine Lagerungsfunktion für die Wellen aus.
• Die r agerwirkung wird noch verstärkt, wenn in die Innenbüchsen 8'' und 8a " am Außenumfang ein Schneckengewinde eingeschnitten ist (Fig. 5 und Fig. 6). Die Ringspalte 10 " und 10a1, sind hier zwischen verbleibenden Schnekkenstegen 14 und 14a schneckengangförmig erweitert. Am dreieckartigen Querschnitt der Innenbüchsen 8 " und 8a " (Fig. 6) ist zu erkennen, daß das ausgeführte Beispiel ein dreigängiges Schneckengewinde aufweist. Auch hier sind die Ringspalte 10'' und lOa'' in Schnittebenen, die parallel zu den Schneckengängen gelegt werden, völlig gleichmäßig und somit auch das Scherkraftfeld völlig homogen. Bei dieser Ausführung des Scherelements lassen sich die eingeschnittenen Schneckongewinde durch entsprechende Wahl der Länge der Innen- tlå Außenbüchsen so auslegen, daß sie praktisch den gesamten am Ausstoßende der Schneckenmaschine erforderlichen Druck liefern. Die restlichen Schneckenelemente 3 und 3a auf beiden Schneckenwellen 1 und la müssen zum Druckaufbau nichts beitragen und /werden somit von seitlichen Kräften entlastet.
• Die an den Wellenenden angeordneten Innenbüchsen 8 " (und 8a " , in Fig. 5 vor der Zeichenebene liegend und daher nicht sichtbar) werden, zusammen mit den weiteren Schneckenelementen 3 (und 3a) und den einen Übergang bildenden Scheiben 6'' und 7#i, durch in die Enden der Schneckenwellen 1 und la eingeschraubte sog. Schneckenspitzen 15 (und 15a) befestigt. Ein Gehäusezwischenstück 16 bildet den Übergang von der doppelzylindrischen Bohrung 5b zu einer nicht dargestellten Ausstoßöffnung oder l -düse. Ein Pfeil A deutet die Strömungsrichtung der behandelten Gutschmelze an.
• Werden die beschriebenen schneckengangförmigen Erweiterungen der Scherspalte 10 " und 10a ' ' statt in die Innenbüchsen in die Außenbüchsen 9a und 9a' ' eingeschnitten, so bleibt die vorteilhafte Wirkungsweise des Scherelements in gleicher Weise bestehen.
• - Patentansprüche -

Claims (8)

1. Paten tansprüche Scherelement für eine Kunststoffe aufbereitende Schneckenmaschine mit zwei parallel und ineinandergreifend angeordneten, in einem Gehäuse mit doppelzylindrischer Bohrung umlaufenden- Schnecken, gekennzeichnet durch zwei nebeneinander liegende, je eine der Schneckenwellen (l) in einem stegfreien Bereich umschließende und mit ihnen drehfest verbundene Innenbüchsen (8 und 8a), sowie durch zwei die Innenbüchsen jeweils koaxial und unter Bildung eines gleichmäßigen- Ring spalts (lo) umschließende ~und nicht mitdrehend im Gehäuse angeordnete AuRenbüchsen (9 und 9a).
2. 2. Scherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zylindrische Ausbildung der Innen- und Außenbüchsen (8, 8a und 9, 9a).
3. 3. Scherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Innenbüchsen (8' und 8a' ) mit konischer äußerer Mantelfläche und Außenbüchsen (9' und 9a'> mit konischer innerer Mantel fläche.
4. 4. Scherelement nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch fest mit dem Gehäuse (5) der Schneckenmaschine verbundene und zusammen mit dieser relativ zu den -Schneckenwellen (l-und la) axial verschiebbare Außenbüchsen (9' und 9a').
5. 5. Scherelement nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zusammen mit den Schneckenwellen (1 und la) relativ zu den feststehenden Außenbüchsen <9' und 9a') axial verschiebbare Innenbüchsen (8' und 8a').
6. 6. Scherelement nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch über Durchbrüche im Gehäuse (5) von außen zugängliche und relativ zu den Innenbüchsen (8' und 8a') und zum feststehenden Gehäuse axial verschiebbare Außenbüchsen (9' und usa').
7. 7. Scherelement, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenbüchsen (8'', 8a'' und 9'', 9a ") bei einer Schneckenmaschine mit nur einseitiger Wellenl«terung im Bereich der freien Wellenenden angeordnet sind.
8. 8. Scherelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchsen (8 " und 8ast') an ihrer äußeren Oberfläche mit einem Schneckengewinde versehen sind.

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