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Meßkneter zum Bestimmen des Fließ-Härtungsverhaltens von duroplastischen
Massen Die Erfindung betrifft einen Meßkneter zum kontinuierlichen Bestimmen des
Fließ-Härtungsverhaltens von duroplastischen Massen mit einem SchneckengehUuse und
einer in diesem rotierenden Förderschnecke, mit einem Austrittsmundstück am Gehäuse
und mit einer Einfüllöffnung mit einem Zuführungstrichter am Gehäuse.
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Zum diskontinuierlichen Untersuchen von duroplastischen Nassen und
zum Ermitteln von deren Eigenschaften sind Meßkneter bekannt.
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Ihr Gehäuse weist Bohrungen zum Durchleiten eines TemperGiermediums
auf. Damit können Massen, die genau abgemessen in den Meßkneter gegeben werden,
bei bestimmten konstanten Temperaturen bearbeitet und untersucht werden. Bei bekannten
Meßknetern wird unter anderem das Drehmoment gemessen und aufgezeichnet, das in
Abhängigkeit von einer vorgegebenen Drehzahl und Temperatur zum Antrieb der Knetelemente
benötigt wird.
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Bei seinem Weg durch einen kontinuierlich arbeitenden Meßkneter verändert
das Material seinen Zustand und seine Eigenschaften, Das an der EinfUllöffnung noch
feste und zum Beispiel gekörnte Gut wird bei seinem Eintritt in das Schneckengehäuse
zuerst vorgewärmt und nimmt auf seinem weiteren Weg bis zum AustrittsmundstUck einen
zum Beispiel hochviskosen plastischen Zustand an.
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Diese Zustandsänderungen machen sich unter anderem als Druckänderungen
im Inneren des Schneckengehäuses bemerkbar und uebertragen sich auf die Schnecke,
auf die in Axialrichtung wirkende Kräfte ausgeübt werden. Diese Kräfte entsprechen
dem Produkt aus dem jeweiligen Druck und der Querschnittsfläche der Schnecke. Sie
stehen in einem erfaßbaren Zusammenhang zum Zustand des Materials, e so daß von
den Kräften auf den Materialzustand geschlossen werden kann. Hiervon ausgehend liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Meßkneter so auszubilden, daß diese axial
auf die Förderschnecke einwirkenden Kräfte gemessen werden und damit Rückschlüsse
auf
den Materialzustand gezogen werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem
Meßkneter der eingangs genannten Gattung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das
die Förderschnecke am Einlaufende haltende Lager eine Axialkraftmeßvorrichtung aufweist,
die einen dem Druck auf die Schnecke proportionalen Meßwert erfaßt, und daß eine
Druckmeßvorrichtung an den Gehäuseinnenraum an dessen Austrittsende angeschlossen
ist0 Damit erhält man zwei Angaben über DrUcke im Gehäuseinnenraum. Aus diesen Werten
läßt sich auf den Zustand des Materials bei seinem Weg durch das Schneckengehäuse
schließen, wobei es sowohl auf absolute Werte als auf Änderungen ankommt, Dabei
liegt eine zweckmäßige Maßnahme darin, daß die Meßwertausgänge der Axialkraftmeßvorrichtung
unter Beachtung des Proportionalitätsfaktors zum Druck und der weiteren Druckmeßvorrichtung
miteinander verbunden und an ein schreibendes Differenzdruckmeßgerät angeschlossen
sind4 Die an den verschiedenen Stellen auf die Förderschnecke einwirkenden Drücke
wirken in beiden Axialrichtungen. Durch die Gummierung der an den beiden Schneokenenden
auf diese einwirkenden Drücke in dem Differenzdruckmeßgerält wird die Summe oder
Differenz sämtlicher auf die Schnecke einwirkender DrUcke gebildet und damit eine
einzige Meßgröße geschaffen.
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Das Abnehmen des Druckes am Austrittsende des Gehäuseinnenraumes bereitet
Schwierigkeiten. Das Material enthält stark reibende Bestandteile, so daß eine Membrane
oder ein anderes DruckUbertragungsglied rasch verschleißt. Da ein solcher rascher
Verschleiß den gesamten Meßkneter unbrauchbar machen wUrde, ist in einer weiteren
Ausgestaltung vorgesehen, daß die am Austrittsende angeordnete Druckmeßvorrichtung
Uber eine Fettvorlage an den Gehäuseinnenraum angeschlossen ist. Diese Fettvorlage
überträgt den Druck und hält gleichzeitig die reibenden Bestandteile des Materials
von der Meßvorrichtung g fern. Im einzelnen ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß ein Meßrohr an den Gehäuseinnenraum angeschlossen ist, daß das vom Gehäuseinnenraum
abgelegene Rohrende in eine Meßkammer einmündet, daß eine Membrane in der Meßkammer
eingespannt ist und daß die dem Gehäuseinnenraum zugekehrte Seite der Meßkammer
und das Meßrohr mit Fett gefüllt sind und die Druckmeßvorrichtung
an
die andere Seite angeschlossen ist.
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Zweckmäßig ist dabei auf der dem Gehäuseinnenraum zugekehrten Seite
der Meßkammer eine Fettllachrüllöffnung vorgesehen, über die abgegangenes Fett ersetzt
werden kann.
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Eine einwandfreie Bestimmung des Materialzustandes setzt voraus, daß
sich das Material von der Förderschnecke durch das Schneckengehäuse durchtreiben
läßt und den gewünschten Weg nimmt. Es kit nun vor, daß sich das Material im noch
nicht plastifizierten Zustand in die Gänge der Förderschnecke drucks und dann mit
dieser rotiert, ohne sich in Axialrichtung vorzubewegen. Um einen solchen unerwünschten
und das Meßergebnis verfälschenden Zustand auszuschließen, ist in einer weiteren
Ausgestaltung vorgesehen, daß das die Förderschnecke aufnehmende Schneckengehäuse
in mehrere Abschnitte unterteilt ist und der im Bereich der Einfüllöffnung liegende
und diese enthaltende Abschnitt über seinen Innenumfang verteilt axial verlaufende
Nuten aufweist. Diese Nuten, in die sich das Material hineindrückt, verhindern dessen
Rotation mit den Gängen der Förderschnecke.
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Zweckmäßig hat der die Nuten aufweisende Abschnitt des 3hnecken-;
gehäuses eine Länge vom Dreifachen seines Innendurchmessers, während die Nuten zweckmäßig
eine radiale Tiefe von etwa 10 % des Innendurchmessers des Schneckengehäuses aufweisen.
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Der Druck im Schneckengehäuse hängt unter anderem auch vom Offnungsquerschnitt
des Austrttsmundstückes ab. Um diesen Querschnitt als Einflußgröße auf den Druck
im Gehäuse wirken zu lassen, ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß
ein Einsatzstück im Austrittsmundstuck angeordnet ist. Dieses Einsatzstück kann
unterschiedlichen Innendurchmesser erhalten und damit zu einem unterschiedlichen
Rückstau und damit unterschiedlichen Druck führen0 Dieser Druck wirkt seinerseits
auf das Material zuritck und beeinflußt dessen Zustand. Ein weiterer Vorteil liegt
darin, daß am Austrittsmundstück ein hoher Verschleiß auftritt und es damit zweckmäßig
ist, das Einsatzstück als leicht auswechselbares Verschleißteil auszubilden.
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Eine einwandfreie Ermittlung des Materialzustandes setzt auch dessen
kontinuierlichen Nachschub in das Schneckengehäuse voraus. Es kommt nun vor, daß
sich das Material im Einfülltrichter staut.
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Ebenso bilden sich auch häufig BrUcken, die ein Nachrutschen des Materials
verhindern. Um solche Stockungen zu vermeiden und eine gleichmäßige Zufuhr des Materials
zu gewährleisten, ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß im Zuführungstrichter
eine um eine vertikale Achse rotierende Fütterschnecke angeordnet ist.
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Diese Fütterschnecke drückt das Material in gleichbleibender und in
Abhängigkeit von ihrer Drehzahl einstellbarer Menge in das Schneckengehäuse, Um
nun wiederum diese Fütterschnecke gleichmäßig zu befüllen, ist in einer weiteren
Ausgestaltung vorgesehen, daß an der FUtterschnecke im unteren Bereich des Zuführungstrichters
und oberhalb der Fütterschnecke Rührflügel angeordnet sind. Diese RUhrflUgel lockern
das Material ständig auf und stellen sicher, daß es kontinuierlich der Fütterschnecke
zufließt.
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B Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird
die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, des erfindungsgemäßen Meßkneters, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 be
ein Schnitt entlang der Schnittlinie A - A in Fig. 1 mit verschiedenen AusfUhrungsformen
der Längsnuten und Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Meßkammer mit der Fettvorlage.
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Der vereinfacht dar-gestellte Meßkneter weist das Schneckengehäuse
12 mit den drei Abschnitten 14, 16 und 18 auf. In diesem Schnekkengehäuse rotiert
die aus den beiden Abschnitten 20 und 22 bestehende Förderschnecke, Diese beiden
Abschnitte haben unterschiedliche Steigung. Am Abschnitt 14 befindet sich das Austrittsmundstück
24 mit dem Einsatzstück 26. Am anderen Ende des Gehäuses
befindet
sich im Abschnitt 18 das die Förderschnecke haltende Lager 28. An dieses ist die
Axialkraftmeßvorrichtung 30 angeschlossen. Am anderen Ende des oichneckengehäuses
ist das Meßrohr 32 an den Abschnitt 14 angeschlossen. Das Meßrohr 32 führt zu der
Meßkammer 34. An diese Meßkammer 34 ist wiederum die Druckmeßvorrichtung 36 angeschlossen.
Die Meßkammer 34 wird durch die Membrane 38 in zwei Hälften unterteilt. Die dem
Schneckengehäuse zugekehrte Hälfte und das Meßrohr 32 sind mit Fett 40 gefüllt.
An der Meßkammer 34 ist noch eine Nachfüllöffnung 42 vorgesehen.
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Schematisch ist auch eine Fettpresse 44 zum Nachdrücken von Fett dargestellt.
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Die Schnitte der Figuren 2 bis 4 zeigen die Langsnuten 46 verschiedener
Form, die im Abschnitt 18 des Schneckengehäuses 12 verlaufen. Dieser Abschnitt 18
enthält auch die Einfüllöffnung 48, an die sich der Zuführungstrichter 50 anschließt.
Ein Motor 52 ist an den Trichter 50 angeflanscht. Huber eine Welle 54 treibt er
die Ptitterschnecke 56 und die beiden Rührflügel 58 an.
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Der erfindungsgemäße Meßkneter arbeitet wie folgt: Das Material wird
in den Zuführungstrichter 50 eingegeben und dort durch die Rührflügel 58 aufgelockert
und aufgelockert gehalten. Die Fütterschnecke 56 drückt es dann durch die Einfüllöffnung
48 in das Schneckengehäuse. Dort wird es von der Förderschnecke 22 eingezogen und
nach vorn gedrückt. Die Nuten 46 verhindern dabei, daß das Material mit der Schnecke
rotiert und sich einer Vorbewegung widersetzt. Beim weiteren Durchlauf durch das
Schneckengehäuse wird das Material auf bekannte Weise plastifiziert, Hierbei treten
hohe Drücke auf. Diese Drücke werden einmal mit der Axialkraftmeßvorrichtung 30
am Lager 28 und zum anderen mit der Druckmeßvorrichtung 36 am Austrittsende des
Schneckengehäuses gemessen. Die Meßwertausgänge dieser beiden Geräte sind, was im
einzelnen nicht gezeigt ist, zusammengeschaltet und auf ein Differenzmeßgerät geführt.
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Fig, 5 zeigt, daß das die reibenden Bestandteile enthaltende Material
nicht auf die Membrane 38 gelangt. Es drückt lediglich auf
die Rettvorlage
40, die den Druck auf die Membrane 38 überträgt.
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Das im Austrittsmundstück 24 angeordnette Einsatz stück 26 kann zum
Erzielen verschiedener Austrittsquerschnitte # gegen Einsatzstücke anderer Abmessungen
ausgetauscht und auch als Verschleißstück durch ein neues Einsatzstück ersetzt werden.
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Ansprüche: