DE2526894C2 - Maschine zum Kneten oder Mischen plastischer Materialien - Google Patents

Maschine zum Kneten oder Mischen plastischer Materialien

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Description

a) der äußere Profilbereich (2Oa^ besitzt im Querschnitt eine kreisbogenförmige Umfangszone, deren Krümmungszentrum (a) mit der Drehachse der Schnecke zusammenfällt (Fig. 3);
b) der Umfang des inneren Profilbereiches (21/»} enthält im Querschnitt des Profils eine kreisbogenförmige Umfangszone (s) minimaler radialer Erstreckung, deren Krümmungszentrum (a) mit der Drehachse der Schnecke zusammenfällt, ferner zwei hieran anschließende kreisbogenförmige Umfangtzonen ;.jt deren Krümmungszentrum (d) an der. diagonal gegenüberliegenden Enden des äußeren . rofilbereiches (202,7 liegt (F ig. 3);
c) der Umfang des abfallenden Profilbereiches (22) besteht im Querschnitt aus einer kre:-bogenförmigen Umfangszone (20b), deren Krümmungszentrum (b bzw. c) auf dem abgewandten <to Teil der x-Achse liegt (F i g. 3);
d) die Umfangszone (u) zwischen dem abfallenden Profilbereich (Umfangszone 20b) und den Umfangszonen (tjdes inneren Profilbereiches (2t b) wird im Querschnitt durch einen Kreisbogen « gebildet, dessen Krümmungszentrum (c bzw. b) auf dem dieser Umfangszone (u) zugewandten Teil der *-Achse liegt (F i g. 3), so daß ein radial vorspringender und kontinuierlich schraubenlinienförmig umlaufender Hocker (23) entsteht (Fig. 1);
e) der Mittelpunktswinkel (α) des äußeren Profilbereiches (2Oa^ ist entsprechend dem zu verarbeitenden Material unter Berücksichtigung der im Betrieb durch den äußeren Profilbereich erzeugten Reibungswärme — unter Konstanthaltung von Gewindesteigung, Schneckendurchmesser und Achsabstand der Schnecken sowie unter Beibehaltung der obigen Profilzusammensetzung— frei wählbar.
Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Kneten oder Mischen plastischer Materialien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Aus der CA-PS 8 36 390 ist bereits eine Mischmaschi
ne mit zwei zusammenwirkenden Zweifachgewinde-Schnecken bekannt, bei der eine Anzahl von zunehmend winkelmäßig versetzten, linsenförmigen Flügeln vorgesehen ist, die mit den Wänden des Mischergehäuses kontinuierlich zusammenwirken. Hierbei erfolgt auch eine Wischbewegung über die eigenen radialen Rächen dieser Flügel, so daß alle mit dem Produkt in Berührung kommenden Flächen der Maschine während des Mischvorganges kontinuierlich reingewis^ht werden. Obergangsflächen sind dabei vorgesehen, um die um 180° gegeneinanderversetzten Flügel zu verbinden. Die zu mischenden Materialien werden hierbei einer intensiven Scher- und Knetwirkung unterworfen. Bei diesen Mischmaschinen ist bei gegebener Gewindesteigung, gegebenem Durchmesser und gegebenem Mittenabstand der Wellen die Breite der nach außen vorspringenden Flügelzonen fest vorgegeben. Dies ist ferner auch der Fall bei bekannten Schnecken mit Einfachgewinde. Nachteilig bei diesen bekannten Maschinen ist, daß unterschiedliche Materialien nicht einwandfrei verarbeitet werden können, sondern daß jeweils sine spezielle Anpassung der gesamten Maschine (mit allen Konstruktionseinzelheiten) an das jeweils zu verarbeitende Material erfolgen muß.
Es ist ferner eine Maschine zum Kneten und Mischen plastischer Materialien bekannt (CH-PS 4 07 677), bei der die Schneckengewinde einen konvexen Gewindekamm und konvexe Gewindeflanken besitzen. Im achsebenen Schnitt soll der Gewindekamm als wenigstens eine konvex gekrümmte Kammkurve erscheinen und die Gewindeflanken als konkav gekrümmte, beim Obergang in die Kammkurve tangential in diese einlaufende Flankenkurven. Betrachtet man eine solche Maschine im Querschnitt, dann ergeben die äußeren Profilbereiche jeder Schnecke Gewindekurven, die weitgehend nur eine punktartige Berührung mit der Innenwand des Maschinengehäuses, in dem die Schnecken arbeiten, aufweisen. Die äußeren Profilbereiche dieser Schnecken besitzen somit keine ausreichende, r «gende Fläche (Lagerfläche) gegenüber der Gehäuseinnenwand. Außerdem ergibt sich durch die Kontur der äußeren Profilbereiche der Schnecken praktisch kein wirksamer Wischkontakt gegenüber der Innenwand des Maschinengehäuses, was jedoch unbedingt notwendig ist, wenn verschiedenartige oder verschiedenfarbige Materialien hintereinander verarbeitet werden sollen, da andererseits eine unerwünschte Verunreinigung der nacheinander zu verarbeitenden Materialien auftreten würde. Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführungsform ist auch in der weitgehend unsymmetrischen Querschnittsform der Schnecke zu sehen, wodurch es schwierig ist, solche Schnecken herzustellen und zu bearbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schneckengeometrie zu finden, die sich auf einfache Weise unterschiedlichen Materialien anpassen läßt
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung erhalten die Gewindeschnecken ein besonderes Gewindeprofil. Bei diesem — beispielsweise in F i g. 3 im Querschnitt dargestellten — Profil kann der Mittelpunktswinkel des äußeren Profilbereiches je nach dem zu verarbeitendem Material frei gewählt werden, ohne daß hierbei die Gewindesteigung, der Schneckendurchmesser, der Achsabstand der Schnecken und die allgemeine Zusammensetzung des Profiles (aus einzelnen Kreisbögen) geändert werden müssen. Dieses Schneckenprofil führt zu
dem praktisch bedeutsamen Vorteil, daß die Herstellung einer geänderten Schnecke mit Hilfe eines einfachen Computerprogrammes unter Verwendung einer automatischen Zeichenmaschine erfolgen kann. Unter Beibehaltung der Schneckengeometrie braucht das betreffende Programm je nach dem gewählten Mittelpunktswinkel lediglich die Koordinaten der Krümmungszentren und die Radien einiger kreisförmiger Umfangszonen zu verändern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht Es zeigen
F i g. 1 einen schematisch gehaltenen Längsschnitt durch die Maschine;
F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 (wobei hier ebenso wie in F i g. 1 der Spalt zwischen den beiden Schnaken vergrößert dargestellt ist);
F i g. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Schnecke, wobei die eingetragenen Radien die Profilform der Schnecke erläutern sollen;
F i g. 4 eine schematische Darstellung des Schneckenprofils der Abwicklung.
Das Gehäuse 10 dieser zum Kneten oder Mischen plastischer Materialien bestimmten Maschine besitzt — wie aus F i g. 2 hervorgeht — etwa die Form einer S uno enthält eine obere Mischkammer 11 und eine hiermit in Verbindung stehende untere Mischkammer 12. Dieses Gehäuse 10 ist ferner mit einem Trichter 13 versehen, dessen verengter Teil eine Materialeinlaßöffnung 14 bildet, während das andere Ende 15 des Gehäuses 10 eine Materialauslaßöffnung bildet Handelsübliche Maschinen dieser Art die auch Seiten- und Boden-Austrittsöffnungen enthalten, sind bereits in verschiedenen Druckschriften beschrieben, beispielsweise in der CA-PS 7 64 290 der Anmelderin. Dort ist auch das Gehäuse 10 im einzelnen beschrieben, so daß es in der vorliegenden Zeichnung nur schematisch dargestellt ist Am Materialausirittsende 15 des Gehäuses 10 ist ein Flansch 10s vorgesehen, der die Befestigung eines Entleerungsgehäuses gestattet das Förderschnecken enthalten kann, die axiale Verlängerungen von Wellen 16,17 bilden, auf denen Gewindeschnecken 18, 19 sitzen. In der dargestellten Ausführung werden die Wellen 16 und 17 mit derselben Drehzahl und in derselben Drehlichtung durch Zahnräder 16a, 17a und Ritzel G angetrieben, das seinerseits in üblicher Weise von einem — nicht dargestellten — Elektromotor angetrieben wird.
Die beiden Wellen 16,17 sind parallel zueinander angeordnet
Die identisch ausgebildeten, zusammenwirkenden und ineinandergreifenden Gewindeschnecken 18, 19 können entweder einstückig mit den Wellen 16,17 ausgebildet sein oder sie können — wie im dargestellten Ausführungsbeispiel — hülsenartige Gebilde sein, die durch Keile 18a, 19a mit den Wellen 16, 17 verbunden sind.
Wie der Querschnitt gemäß F i g. 3 durch eine Schnecke zeigt, läßt sich das Profil der Gewindeschnekken 18 und 19 auf ein Koordinatensystem mit einer x-Achse und einer y-Achse beziehen, wobei der Schnittpunkt dieser Koordinatenachsen χ und y im Drehzentrum a der Wellen 16,17 liegt. Wie aus F i g. 2 besonders hervorgeht, sind die Gewindeschnecken 18, 19 winkelmäßig in Phase verschoben (nicht um 90° wie die Flügelabschnitte gemäß CA-PS 8 36 390).
Die Gewindeschnecken 18 und 19 sind gleich ausgebildet. Ein an beliebige·· Stelle durch diese Schnecken gelegter Querschnitt zeigt ein flügel- oder lappenartiges Profil der aus den F i g. 2 urid 3 ersichtlichen allgemeinen Form. Im folgenden sei daher nur die untere Schnecke 19 näher betrachtet Ihr Querschnittsprofil besteht auf d°r einen Seite der x-Achse aus einem größeren Teil 20 und auf der anderen (oberen) Seite der x-Achse aus einem kleineren Teil 21. Der Teii 20 enthält einen vorstehenden äußeren Profilbereich 20a und flankenartige Umfangszonen 206. Der Teil 21 setzt sich aus zwei Profilbereichen 21a zusammen. Betrachtet man das Profil in einem Längsschnitt über 180°Gewindesteigung (d. h. über einen halben Gewindegang), dann stellt man fest, daß die Profillinie 22 — ausgehend »stromabwärts« vom abgeflachten äußeren Profilbereich 20a zu einem inneren Profilbereich 21 b mit minimaler radialer Ausdehnung abfällt, wobei jedoch diese abfallende Profillinie 22 durch einen in radialer Richtung nach außen vorspringenden Hocker 23 unterbrochen ist Die F i g. 1 und 4 zeigen ferner, daß die folgenden 180° der Gewindesteigung ein Spiegelbild der soeben erläuterten Profilform ist (gleiche Bereiche haben daher dasselbe Bezugszeichen). Die folgenden 360° des Schneckenumfangs stellen dann erneut eine Wiederhf/ung des soeben beschriebenen Profils dar.
Wie besonders aus F i g. 3 hervorgeht erhält der kontinuierlich schraubenlinienförmig verlaufende äußere Profilbereich 20a die gewünschte Umfangslänge bzw. Breite, ind»-:m ein entsprechender Bogen mit dem Radius Ry um die Schnecken-Drehachse a gezogen wird, die zugleich das Krümmungszentrum bildet, so daß dieser äußere Profilbereich 20a im Querschnitt eine kreisbogenförmige Umfangszone darstellt Der Umfang der abfallenden Profilbereiche 22 (vgl. F i g. 4) bestehen im Querschnitt aus flankenartigen, kreisbogenförmigen Umfangszonen 20ό, deren Krümmungszentrum b bzw. c auf dem jeweils abgewandten Teil der x-Achse liegt, wobei diese Krümmungszentren b, ein gleichen Abständen auf dieser x-Achse liegen und die Kreisbögen mit Radien Ri gezogen werden (vgl. F i g. 3).
Der Umfang des inneren Profilbereiches 216(Fi g. 4) enthält im Querschnitt des Profils eine kreisbogenförmige Umfangszone s minimaler radialer Erstreckung, deren Krümmungszentrum ebenfalls mit der Drehachse der Schnecken zusammenfällt. In F i g. 3 ist zu erkennen, daß die Profübereiehe 21a sich dadurch ergeben, daß um die Drehachse a ein Kreisbogen mit dem Radius Rj gezogen wird, um die Umfangszone 5 zu bilden. Hieran schließen sich zwei kreisbogenförmige Umfangszoneii r mit dem Radius A4 an, deren Krümmungszentren d an den diagonal gegenüberliegenden Enden des äußeren Profilbereiches 20a liegen. Zwischen den abfallenden Profilbereichen der Umfangszone 206 und den Umfangszonen t der inneren Profilbereiche 216 sind Umfangszonen u vorhanden, die im Querschnitt durch einen Kreisbogen gebildet werden, dessen Krümmungsradius R5 is» un.J. dessen Krümmungszentrum dbzw. c auf dem dieser Umfangszone u zugewandten Teil der x-Achse liegt (F i g. 3), so daß ütr erwähnte Hocker 23 entsteht, der radial vorsteht und kontinuierlich schraubenlinienförmig umläuft (F i g. 2).
Der Mittelpunktswinkel «(Fig. 3) des äußeren Profilbereiches 20a kann entsprechend dem zu verarbeitenden Material unter Berücksichtigung der im Betrieb durch den äußeren Profilbereich erzeugten Reibungswärme frei gewählt werden, wobei die Gewindesteigung, der Schneckendurchmesser und der Achsabstand der Schnecken konstant und die obigen Profilzusammensetzungen beibehalten werden.
Die Herstellung der Gewindeschnecken 18 und 19 kann mit Hilfe eines Einfach-Fräswerkzeuges erfolgen.
ohne den sich kontinuierlich schraubenlinienförmig erstreckenden Höcker 23 zu hinterschneiden; es ist jedoch eine Herstellung mit anderen geeigneten Werkzeugen möglich. Ein Computer-Programm kann Verwendung finden, um die erforderliche Zahl von Koordinaten-Punkten und die zugehörigen Daten bei Herstellung des Schneckenprofiles auf einer automatischen Zeichenmaschine zu erzeugen und um ein Band für eine bandgesteuerte Fräsmaschine herzustellen, die das Werkzeug zur Herstellung der gewünschten Schnecke bearbeitet.
Für Gewindeschnecken mit gegebener Steigung, gegebenem Durchmesser und einem gegebenen Abstand ν der Schneckenzentren (F i g. 2) kann man einen äußeren Profilbereich 20a gewünschter Breite je nach dem zu verarbeitendem Material wählen. Diese Profilbereiehe können beispielsweise so schmal sein, daß bei den während der Verarbeitung des Materiales auftretenden Temperaturer die durch diese äußeren Profilbereiche erzeugte Reibungs'A'ä™" unter einem Wer; gehalten wird, der die Verarbeitung ungünstig beeinflussen würde. wobei jedoch gleichzeitig eine ausreichende tragende Fläche zwischen diesen äußeren Profilbereichen und der Innenfläche des Gehäuses vorhanden ist, um die Wellen 16, 17 sowie die Gewindeschnecken 18, 19 einwandfrei im Mischergehäuse 10 abzustützen.
Bei dem beschriebenen Schneckenprofil kann die Breite des äußeren Bereiches 20a beliebig zwischen 0 und einem maximalen Mittelpunktswinkel λ (Fig.3) von 90° gewählt werden. Hierbei wird im übrigen die Ausbildung der Gewindeschnecken 18 und 19 nicht geändert. Standardmischer, bei denen die Gewindesteigung und der Durchmesser der Schnecken gleichbleibt und auch der Abstand ν zwischen den Achsen a der beiden Wellen 16,17 gleichbleibt, können auf diese Weise eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien verarbeiten. Wird z. B. Polyester verarbeitet, das sich leicht verkleinern läßt, muß die Breite des äußeren Profilbereiches 20a kleiner gehalten werden, als wenn andere, weniger kritische Materialien verarbeitet werden sollen. Abgesehen von dieser unterschiedlichen Breite des außeren Profilbereiches kann jedoch dieselbe Maschine benutzt werden; es müssen also für unterschiedliche Materialien keine verschiedenen Maschinen konzipiert werden.
Es versteht sich, daß der Spalt zwischen den Schnekkenoberflächen, der im allgemeinen wenige tausendstel Zoll beträgt, über die ganze axiale Länge der Schnecken gleichmäßig ist. Je nach Art der durchzuführenden Verarbeitung kann zwischen den äußeren Profilbereichen der Schnecken und der Gehäuseinnenwand ein größerer oder kleinerer Spalt als zwischen den Schnecken selbst erforderlich sein. In den F i g. 1 und 2 ist der Spalt zwischen den Schnecken übertrieben veranschaulicht, d. h. er ist größer gezeichnet als der Spalt zwischen den Schnecken und der Gehäuseinnenwand.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Maschine zum Kneten oder Mischen plastischer Materialien, mit einem Gehäuse, das eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist und in dem wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Wellen vorgesehen sind, die mit gleicher Drehzahl in gleichem Drehsinn antreibbar sind und zusammenwirkende, ineinandergreifende Gewindeschnecken tragen, deren Profil — betrachtet in einem Längsschnitt über 180° Gewindesteigung — einen äußeren Profilbereich maximaler radialer Erstreckung aufweist, der kontinuierlich schraubenlinienförmig verläuft, mit der Innenwand des Gehäuses zusammenwirkt und über einen abfallenden Profilbereich in einen inneren Profilbereich minimaler radialer Erstreckung übergeht, wobei jeweils der äußere Profilbereich der einen Schnecke dem inneren Prcfilbereich der haderen Schnecke gegenübersteht, g e - kennzeichnet durch folgende Merkmale:
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