DE2357945A1

DE2357945A1 - Kontinuierlich arbeitende schneckenmaschine

Info

Publication number: DE2357945A1
Application number: DE2357945A
Authority: DE
Inventors: Fridolin Keser
Original assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date: 1973-11-21
Filing date: 1973-11-21
Publication date: 1975-05-28
Also published as: GB1464166A; SU578847A3; DE2357945C3; US3901487A; FR2251431B3; DE2357945B2; JPS5084662A; FR2251431A1; IT1025150B

Description

Nürnberg, den 2o. Nov. 1973 18/Ka

Werner & Pfleiderer, 7ooo Stuttgart-Feuerbach, Theodor'str.

"Kontinuierlich arbeitende Sehneckenmaschine"

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende, vorzugsweise einwellige Schneckeninas chine zur Behandlung insbesondere zum Kneten, Mischen und Homogenisieren plastischer Massen, mit einem die längs ihres Umfangs mit ein oder mehreren Schneckengängen versehene Schneckenwelle umschließenden, eine Einlaßöffnung für die Grundmasse und eine in Förderrichtung nachgeordnete Zuführöffnung für Zuschlagstoffe aufweisenden Gehäuse.

Aus der US-PS J 115 674 ist eine derartige einwellige Schneckenmaschine bekannt, die in Förderrichtung gesehen vor der Zufuhröffnung für flüssige oder gasförmige Zuschlagstoffe eine Plastifizierzone für die Grundmasse und der Zuführöffnung nachgeordnet eine Mischzone zum Mischen der plastifizierten Grundmasse und der Zuschlagstoffe aufweist. Die Zuschlagstoffe können dieser Schneckenmaschine nur unter Druck zugeführt werden, da £onst einerseits die Zuschlagstoffe aufgrund des Drucks %n der Schneckenmaschine nicht in diese eingebracht werden könnten und andererseits sogar die in der Maschine unter Druck stehende Grundmasse aus der Zuführöffnung herausgedrückt würde ,

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Es ist bei derartigen Maschinen auch bereits in der Praxis bekannt geworden^ die Zuschlagstoffe der S ohne citenmas chine mittels Schnecken oder Kolben unter Druck zuzuführen.

Diese Art der Zuführung der Zuschlagstoffe ist weitgehend abhängig von der Fließ- oder Rieselfähigkeit (Förderwilligkeit) und anderen physikalischen Eigenschaften der Zuschlagstoffe, was sich nachteilig in einer unstetigen Zuführung oder in einer Verdichtung oder Zusammenballung, der Zuschlagstoffe auswirken kann, wodurch wiederum die gleichmäßige Einmischung dieser Zuschlagstoffe in die Grundmasse verschlechtert wird.

Diese Zuführeinrichtungen müssen daher regelmäßig in ihrer konstruktiven Ausbildung den Eigenschaften, der Zuschlagstoffe angepaßt werden. Des weiteren stellen solche Zuführeinrichtungen ein zusätzliches Zwischenglied im Fluß der zuzuführenden Zuschlagstoffe zwischen der oder den Dosxereinrichtungen und der Schneckenmaschine dar, was grundsätzlich in einem kontinuierlichen Prozeß von Nachteil ist. Darüberhinaus wird für den Antrieb derartiger Zuführeinrichtungen zusätzlich Energie benötigt.

Weiterhin ist von Nachteil, daß derartige Zuführeinrichtungen bei jeder Änderung der Rezeptur gereinigt werden müssen, wobei dieser zusätzliche Zeitaufwand dann besonders groß ist, wenn verschiedene Farbstoffe als Zuschlagstoffe verwendet werden. Dieser Reinigungszeitaufwand bedeutet eine Verlängerung der Stillstandszeiten und damit einen Produktionsausfall.

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Aus der DT-OS 1 800 226 und ähnlich aus der US-PS 2 576 444 ist bekannt, das Plastifizieren der Grundmasse in einer gesonderten Schneekenmaschine dimc&uführen, aus dieser einen Schlauch zu extrudieren, in den .von einer gesonderten angetriebenen Zuführeinrichtung die Zuschlagstoffe eingegeben werden und dann in einer weiteren Schneckenmaschine eine erneute Plastifizierung und Durchmischung von_Grundmasse und Zuschlagstoffen vor-zunehmen. Hierbei ist der maschinelle Aufwand außerordentlich groß. Außerdem laßt:sich nur mit einem verhältnismäßig großen Aufwand an Meß- und Regeleinrichtungen das erforderliche Gewichtsverhältnis von Grundmaterial, z.B. Gummi, zu dem oder den Zuschlagstoffen erreichen. Die Einstellung und Bedienung- solcher Maschinen erfordert vom Bedienungspersonal hohe fachliche Qualifikation. Außerdem ist der Energieaufwand hierbei verhältnismäßig groß.

Der vorliegenden Erfindung liegt, die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine' der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, daß ein oder mehrere Zuschlagstoffe der Schneckenmaschine drucklos,'d.h. ohne Zwischenschaltung einer gesonderten Zuführeinrichtung, zugeführt werden..

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Förderrichtung vor der Zuführöffnung eine Rückstaueinrichtung und mindestens ein von vor der Rückstaueinrichtung bis hinter die Zuführöffnung-reichender Umleitungskanal für die Grundmasse vorgesehen sind.

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Die Erfindung geht also von dem Grundgedanken aus, die bereits plastifizierte Grundmasse vor der Zuführöffnung für die Zuschlagstoffe von der Schneckenwelle abzuziehen und dieser erst hinter der Zuführöffnung wieder zuzuführen, während kurz zuvor der oder die Zuschlagstoffe der Schneckenwelle bereits zugeführt sind, so daß bereits bei der Zusammenführung von Grundmasse und Zuschlagstoffen eine gute Durchmischung eintritt. Gesonderte, zur Erzeugung des notwendigen Zuführdruckes erforderliche Zuführeinrichtungen sind nicht mehr erforderlich. Dies ermöglicht es gleichzeitig, hochempfindliche Dosiereinrichtungen, wie z.B. Bandwaagen für feste, aber rieselfähige Stoffe, der Zuführöffnung vorzuschalten, so daß eine hohe Konstanz des Gewichtsverhältnisses von Grundmasse zu Zuschlagstoffen erreicht wird. Den erforderlichen ZufUhrdruck erhalten die Zuschlagstoffe durch die Schneckenwelle der Schneckenmaschine selbst. Dieser werden sie drucklos, beispielsweise im freien Fall, zugeführt. Einer Zuführöffnung können beispielsweise auch mehrere verschiedene Dosiereinrichtungen für verschiedene Zuschlagstoffe vorgeschaltet sein.

Zweckmäßigerweise wird die Rückstaueinrichtung durch ein gegenläufiges Schneckenwindungsstück mit geringer Gangtiefe und/oder durch einen zylindrischen Wellenabschnitt mit Umfangsdichtung gebildet.

Um eine möglichst intensive Zusammeηführung von Zuschlagstoffen und Grundmasse zu erreichen, ist es von besonderem Vorteil, wenn der oder die Umleitungskanäle zumindest an ihrem Ende sich über einen großen Teil des Schneckenwellenumfangs erstrecken.

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Eine konstruktiv besonders einfache Lösung liegt dann vor, wenn gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung der-oder die Umleitungskanäle zwischen einem die Schneckenwelle über die Länge der Umleitungskanäle umgebenden Verdrängerkörper und der Innenwand des Gehäuses angeordnet sind.

Dieser Verdrängerkörper ist axial, tangential und radial im Gehäuse festgelegt. Vorteilhafterweise dienen zur radialen Festlegung des Verdrängerkörpers im Gehäuse mindestens zwei auf dem Umfang des Verdrängerkörpers im Winkelabstand voneinander angebrachte und gegen die Innenwand des Gehäuses anliegende Abstandhalter,, wobei gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung als Abstandhalter je ein oberer und ein unterer,sich in Längsrichtung erstreckender Steg dienen. Hierbei ist im oberen Steg des Verdrängerkörpers eine mit der Zuführöffnung fluchtende Durchlaßöffnung vorgesehen, wodurch gleichzeitig erreicht wird, daß die Zuführöffnung keinerlei Verbindung mit den Umleitungskanälen hat. Die tangentiale Festlegung des ,Verdrängerkörpers wird hierbei dann besonders einfach, wenn zwischen dem unteren Steg und der Innenwand des Gehäuses ein Führungskeil vorgesehen ist.

Die Stege sind möglichst schmal, wobei es zusätzlich noch von Vorteil ist, wenn sie sich an ihren Enden verjüngen, da hierdurch dem in die Umleitungskanäle und aus diesen heraus fließenden Strom der Grundmasse der geringste Strömungswiderstand entgegengestellt wird.

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Die Schneckenwelle kann im Bereich der Zuführöffnung in an sich bekannter Weise temperiert werden. Darüberhinaus kann im Bereich vor der Zuführöffnung für den oder die Zuschlagstoffe eine Staubschutzabdeckung vorgesehen sein.·

Schließlich ist es noch von Vorteil, wenn der dem Verd'rängerkörper zugeordnete Sohneckenwellenabschnitt mehrgängig ausgebildet ist, um auf einer möglichst kurzen Strecke den erforderlichen Zuführdruck für die Zuschlagstoffe zu erzeugen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Schneckenmaschine mit zugeordneter Dosiereinrichtung für Zuschlagstoffe in Seitenansicht,

Fig. 2 die Schneckenmaschine gemäß Fig. 1 in Draufsicht, teilweise aufgebrochen,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Schneckenmaschine gemäß den Figuren 1 und 2 in der Zuführebene für Zuschlagstoffe gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. l,in vergrößertem Maßstab und

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch die Sehneckerimaschine gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3.

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Die in der Zeichnung dargestellte Schneckenmaschine (Extruder) besteht im wesentlichen aus einem etwa zylindrischen Gehäuse 1 und einer koaxial in diesem angeordneten, von einem Antriebsmotor 2 aii treibbar en Schneckenwelle j5. Es handelt sich um eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte Einwellenmaschine. Das Gehäuse 1 besteht aus mehreren, koaxial hintereinander angeordneten Gehäuseabschnitten k_s 5> 6> 7j die über Umfangsflansche 8 miteinander verbunden sind.

In dem in Eörderrichtung 9 ersten Gehäuseabschnitt 4 ist eine. Einlaßöffnung Io mit einem aufgesetzten Einlaßtriehter 11 für die Zuführung der zu behandelnden Grundmasse, wie z.B. Kautschuk, Gummi, spritzfähige Kunststoffe o. dgl.

Die Schneckenwelle 5 1st an ihrem Außenumfang mit: ein oder mehreren Schneckenwindungen 12, I^ versehen, zwischen denen eine entsprechende Zahl von Schneckengängen gebildet wird. Der Innendurchmesser des ersten Gehäuseabschnittes 4 ist deutlich größer, als der größte Durchmesser der entsprechenden Schneckenwindungen. 12, iy, so daß in diesem Bereich des: Gehäuses 1 die durch die Einlaßöffnung Io eingegebene. Grundmasse lediglich eingezogen wird.

Der Innendurchmesser des nachgeordneten Gehäuseabschnittes 5 ist nur geringfügig größer, als der Äußendurchmesser der Schneckenwindüngen 12, 13, so daß im Bereich der Sehneckenmaschine in an sich bekannter Weise eine.intensive Behandlung der Grundmasse erfolgt.

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Im nächsten Gehäuseabschnitt 6 ist eine Zuführöffnung 16 mit aufgesetztem Zuführtrichter 17 vorgesehen, durch die von einer an sich bekannten Dosiereinrichtung 18, beispielsweise einer Bandwaage, kommende Zuschlagstoffe, wie z. B. Vulkanisationsstoffe, zugeführt werden. Der Aufbau dieses Abschnitts wird weiter unten noch genauer erläutert. Im nachfolgenden letzten Gehäuseabschnitt 7 wird die Grundmasse zusammen mit dem oder den Zuschlagstoffen einem intensiven Mischprozeß unterzogen und dann durch einen Extrudierkopf extrudiert. Insbesondere in der im Gehäuseabschnifct 7 befindlichen Mischzone können zwischen zwei benachbarten Schneckenwindungen 12 und 13 sogenannte Querstege 2o angeordnet sein, über die die Grundmasse und die Zuschlagstoffe unter starker Scherbeanspruchung gepreßt werden. Eine in dieser Hinsicht optimale Ausbildung einer Schneckenwelle ist in der DT-PS 1 8l6 44o im einzelnen beschrieben.

In dem die Zugabezone bildenden Gehäuseabschnitt 6 ist ein Verdrängerkörper 21 angeordnet, der innen in axialer Richtung zylindrisch ausgebildet ist und den zugehörigen Schneckenwellenabschnitt 22 mit geringem Spiel umschließt.

Am - in Förderrichtung 9 gesehen - Beginn des Verdrängerkörpers ist der zugehörige Schneckenwellenabschnitt 22 mit einer Rückstaueinrichtung versehen. Diese Rückstaueinrichtung kann wie in der unteren Hälfte der in Fig. 4 dargestellten Schneckenwelle - aus einem zylindrischen Abschnitt 25 mit nur geringfügig kleinerem Durchmesser als dem Innendurchmesser des Verdrängerkörpers 21 bestehen, wobei in diesem zylindrischen Abschnitt 2;5 eine umlaufende Nut mit einem eingelegten, an der Innenwand des Verdrängerkörpers 25 fest anliegenden Dichtungsring vorgesehen ist. Alternativ kann auch diese Rückstaueinrichtung

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durch mehrere den in Förderrichtung 9 fördernden Schneckenwindungen 12 und 13 gegenläufige, also zurückfordernde Schneckenwindungsstücke 25 gebildet sein. Diese Schneckenwindungsstücke 25 stehen verhältnismäßig dicht, d.h. es liegt hier eine mehrgängige Ausbildung vor. Diese Ausbildung ist in der oberen Hälfte der Fig. 4 dargestellt.

Derartige gegenläufige Sehneckenwindungsstücke können selbstverständlich auch einem zylindrischen Absthnitt mit Dichtungsring aus Sicherheitsgründen vorgeschaltet sein.

Der Verdrängerkörper 21 ist oben und unten über entsprechende Stege 26 bzw. 27 radial.in dem Gehäuseabschnitt 6 festgelegt* Tangential ist der Verdrängerkörper 21 durch einen in den Gehäuseabschnitt 6 einerseits und den unteren Steg 27 andererseits eingreifenden Führungskeil 28 festgelegt. In axialer Richtung ist.der Verdrängerkörper 21 schließlich durch Distanzringe 29 festgelegt, die wiederum mit ihren freien Stirnseiten gegen die Umfangsflansche 8 der benachbarten Gehäuseabschnitte 5 bzw. 7 anliegen«

Im oberen Steg 26 des Verdrängerkörpers ist eine mit der Zuführöffnung l6 fluchtende Durchlaßöffnung Jo vorgesehen.

In seinen seitlichen äußeren Langsbereichen, also außen zwischen den Stegen 26 und 27 ist der Außendurchmesser des Verdrängerkörpers 21 deutlich geringer, als der Innendurchmesser des Gehäuseabschnittes 6, so daß in diesem Bereich zwischen dem Verdrängerkörper 21 und der Innenwand des Gehäuseabschnittes 6 zwei Umleitungskanäle 3I gebildet werden. Die Außenwandung des Verdrängerkörpers 2.1 ist an seinen Enden im Bereich dieser Umleitungskanäle j51 verjüngt, währand gleichzeitig die Distanzringe 29 abgeschrägt sind* so daß

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ein möglichst knickfreier Verlauf der Umleitungskanäle außen am Verdrängerkörper vorbei gewährleistet ist, wiesich aus Fig. ²J- unten anschaulich ergibt. Der Schneckenwellenabschnitt 22 innerhalb des Verdrängerkörpers 21-ist mehrgängig - gemäß Fig. 3 beispielsweise viergängig ausgebildet, so daß die durch die Zuführöffnung 16 und die Durchlaßöffnung J>o zugegebenen Zuschlagstoffe der aus-dem Gehäuseabschnitt 5 kommenden, durch die Umleitungskanäle Jl seitlich und außen am Verdrängerkörper vorbeigeleiteten und am Ende des Verdrangerkorpers wieder der Schneckenwelle zugeleiteten Grundmasse bereits mit dem notwendigen Druck beigegeben werden.

Durch die Rückstaueinrichtung am Beginn des Verdrangerkorpers wird erzwungen, daß die gesamte ankommende Grundmasse durch die Umleitungskanäle J>1 gedrückt wird. Die Stege 26 und 27 werden möglichst schmal gehalten, um bereits eine gute Verteilung der Zuschlagstoffe und der Grundmasse bei' deren Zusammenbringen an der Einmündung der Umleitungskanäle zu erreichen. Außerdem werden die Stege zweckmäßigerweise an ihren Enden aus strömungstechnischen Gründen verjüngt.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

1.) Kontinuierlich arbeitende, vorzugsweise einwellige Schneckenmaschine zur Behandlung - insbesondere zum Kneten, Mischen und Homogenisieren - plastischer Massen, mit einem die längs ihres Umfangs mit ein oder mehreren Schneckengängen versehene. Schneckenwelle umschließenden., eine Einlaßöffnung für die Grundmasse und eine in Förderrichtungnachgeordnete Zufuhröffnung für Zuschlagstoffe aufweisenden Gehäuse,. dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung (9) vor der "... Zuführöffnung (l6) eine Rückstaueinrichtung (23, 24; 25) und mindestens ein von vor der Rückstaueinrichtung bis hinter die Zu führ öffnung reichender Umleitungskanal (j31) für die Grundmasse vorgesehen sind. ■

2.) Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstaueinrichtung durch ein gegenläufiges Schneckenwindungsstück (25) mit geringer Gangtiefe und/oder durch einen zylindrischen Wellenabschnitt (25) mit Umfangsdichtung (24) gebildet wird. " -■■"-.-.■-.-.

3.) Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzelehne t, daß der oder die Umleitungskanäle (31) zumindest an. ihrem Ende sich über einen großen Teil des Schneckenwellenumfangs erstrecken. ,

F -

4.) Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Umleitungskanäle (3¹X) zwischen einem die Schneckenwelle (3) über die Länge der Umleitungskanäle umgebenden Verdrängerkörper (21) und der Innenwand des Gehäuses (1) angeordnet sind. -

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5.) Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (21) axial, tangential und radial im Gehäuse (1) festgelegt ist.

6.) Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur radialen Festlegung des Verdrängerkörpers (21) im Gehäuse (1) mindestens zwei auf dem Außenumfang des Verdränger'körpers im Winkelabstand voneinander angebrachte und gegen die Innenwand des Gehäuses anliegende Abstandhalter dienen.

7.) Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandhalter je ein oberer und ein unterer, sich in Längsrichtung erstreckender Steg (26, 27) vorgesehen sind.

8.) Maschine nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Steg (26) des Verdrängerkörpers (21) eine mit der Zuführöffnung (16) fluchtende Durchlaßöffnung (^o) vorgesehen ist.

9.) Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (26, 27) sich an ihren Enden verjüngen.

lo.) Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Steg (27) und der Innenwand des Gehäuses (1) ein Führungskeil (28) vorgesehen ist.

11.) Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß der dem oder den Umleitungskanälen-(51) zugeordnete Schneckenwellenabschnitt (22) mehrgängig ausgebildet ist.

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