DE29510725U1 - Schneckenextruder für keramische Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schneckenextruder mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Für das Extrudieren keramischer Massen sind Einwellenextruder und Doppelwellenextruder bekannt. Einwellenextruder haben eine einzige Schneckenwelle in einem zylindrischen Gehäuse, an welche sich in Vortriebsrichtung der Schnecke ein Mundstück anschließt und an welche sich am entgegengesetzten Ende ein Schacht für das Zuführen der keramischen Masse befindet. Ein solcher Schacht ist häufig mit einer Haspel ausgerüstet, welche die keramische Masse dem Einzugsbereich der Schnecke zwangsweise zuführt.

Bekannte Doppelwellenextruder haben zwei zueinander parallele, miteinander kämmende Schnecken in einem Gehäuse, dessen lichter Querschnitt durch zwei sich schneidende Kreise entsprechend dem Schneckendurchmesser gebildet ist. Auch

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bei einem DoppeiweHenextruder setzt sich das Gehäuse in Vortriebsrichtung der Schnecken in ein Mundstück fort und im hinteren Bereich der Schnecken befindet sich wiederum ein Schacht, über welchen die keramische Masse zugeführt wird.

Doppeiwellenextruder eignen sich vor allem für das Bilden von Strängen, die im Verhältnis zur Breite eine geringe Höhe aufweisen. Solche breiten Flachstränge benötigt man z.B. beim mehrsträngigen Pressen von Mauerziegeln und Batzen für die Dachziegelherstellung und bei der Herstellung von großformatigen Baukeramikplatten. Zur Extrusion eines Flachstrangs mit einem Querschnitt von 500 mm &khgr; 10 mm wäre bei Verwendung eines Einschneckenextruders ein Schneckendurchmesser von ca. 450 mm erforderlich. Um das keramische Material gleichmäßig von oben nach unten und seitlich auf den vorgegebenen Querschnitt zu verdrängen, erzeugt ein Einschneckenextruder zwangsläufig - vor allem in vertikaler Richtung einen sehr hohen Umformgrad und damit hohe Preßdrücke, die hohe Antriebsleistungen erfordern. Verwendet man für das Extrudieren eines solchen Flachstrangs einen Doppeiwellenextruder, dann benötigt man in diesem zwei Schnecken mit einem Durchmesser von lediglich 250 mm; auf einem solchen Doppeiwellenextruder kann der Flachstrang deshalb bei wesentlich geringerem Umformgrad hergestellt werden, da die Umformarbeit in vertikaler Richtung deutlich reduziert ist. Arbeitet der Doppelwellenextruder mit gegenläufigen Schnecken, dann ist der Strang, den er erzeugt, auch drallfrei, so dass im Strang keine tief- oder hochstehenden Kanten auftreten. Die Drallfreiheit des Strangs bewirkt ferner, daß anders als bei Einwellenextrudern auf Gegenmesser grundsätzlich verzichtet werden kann. Schnittexturen, die von Gegenmessern herrühren, treten deshalb nicht auf. Ein gegenläufig arbeitender Doppeiwellenextruder hat auch ein gutes Einzugsverhalten, so daß auf eine Haspel im Aufgabeschacht verzichtet werden kann.

Will man aus einem Flachstrang qualitativ hochwertige keramische Produkte erzeugen, dann ist es wichtig, daß der extrudierte Flachstrang in sich spannungsfrei ist. Gegenüber einem Einweiienextruder haben bekannte Doppeiwellenextruder in dieser Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt gebracht. Auch bei bekannten Doppelwellenextrudem treten jedoch noch Spannungen im extrudierten Strang auf, die daher rühren, daß die beiden Schnecken die keramische Masse nicht exakt

gleichmäßig in das Mundstück hinein vortreiben. So kann es zu einem Verziehen des Strangs {Rechtslauf oder Linkslauf) kommen, zu systematischen Dickenschwankungen, zu ungleichmäßiger Porenverteilung und ungleichmäßiger Schwindung beim anschließenden Brennprozeß mit der Folge, daß auch die gebrannten keramischen Erzeugnisse nicht in der gewünschten Gleichförmigkeit und Maßhaltigkeit entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Qualität von keramischen Erzeugnissen, die aus extrudieren Flachsträngen hergestellt werden, verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schneckenextruder mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Dadurch, daß die Schnecken jedenfalls im Bereich zwischen der Einfüllöffnung und dem Mundstück nicht mehr miteinander kämmen, wohl aber noch dicht nebeneinander liegen, wird eine Zone eines pulsierenden, hohen Druckes, welche bei einem herkömmlichen Doppelwellenextruder im und vor dem Überlappungsgereich der beiden Schnecken unvermeidlich auftritt, vermieden. Der über den lichten Querschnitt des Mundstücks gemessene Druckveriauf in der keramischen Masse wird dadurch flacher. Zugleich werden Spannungen, die sonst im austretenden Strang aus der keramischen Masse auftreten und sich wegen der charakteristischen Bindigkeit der keramischen Masse nicht ohne weiteres ausgleichen, deutlich vermindert. Eine gleichförmigere Strangquaiität wird weiterhin dadurch begünstigt, daß die plastische Umformung des keramischen Materials im mittleren Bereich des Extruderquerschnitts verringert wird, weil die Schnecken dort nicht mehr miteinander kämmen. Das zieht als weitere Vorteile nach sich, daß der Kraftbedarf des Extruders sinkt und die keramische Masse im Extruder weniger stark erwärmt wird und
die Temperaturverteilung über den Strangquerschnitt gemessen gleichmäßiger wird, was wiederum eine gleichmäßigere Qualität des gebrannten keramischen Produktes nach sich zieht.

Der Abstand der Schnecken darf natürlich nicht so groß sein, daß im Bereich zwischen den beiden Wellen das bindige keramische Material zurückbleibt oder gar stehenbleibt. Vorzugsweise wird der Abstand der Schnecken - zwischen den sie einhüllenden gedachten Zylinderflächen gemessen - auf nicht mehr als 15 mm begrenzt. Am besten sieht man einen Abstand der Schnecken von nur 3 bis 5 mm vor; das genügt, um unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen unerwünschte Berührungen der beiden nebeneinanderliegenden Schnecken sowie Blockaden zu verhindern, gleichzeitig aber eine Verzögerung des Vortriebs des Materials in diesem Bereich zu vermeiden.

Die Schnecken, die nicht miteinander kämmen, haben weitere gewichtige Vorteile:

(A) Die Schnecken können in beliebigen Drehrwinketn relativ zueinander angeordnet werden. Bei Schnecken, die miteinander kämmen, ist das nicht möglich, weil deren Flügel dabei aufeinandertreffen würden. Praktisch gibt es bei Dopelwellenextrudern, die miteinander kämmende Schnecken haben, einen Winkelverstellbereich der beiden 2-gängigen Spitzkopfschnecken gegeneinander von allerhöchstens 30°. Kämmen die Wellen jedoch nicht miteinander, können sie beliebige Winkelstellungen zueinander einnehmen. Der Betreiber des Schneckenextruders hat deshalb wesentlich mehr Freiheiten, um durch Ändern der relativen Winkelstellung die Gleichmäßigkeit des extrudierten Strangs z.B. nach Augenschein zu optimieren, insbesondere in Kombination mit einer in kleinen Winkelschritten feinfühlig erfolgenden Versteilung des Spitzkopfes der Schnecken, welcher vorzugsweise mittels einer Hirth-Verzahnunng mit dem Hauptteil einer Schnecke verbunden ist. Es wird in diesem Zusammenhang auf die DE-OS 41 42 653 verwiesen.

(B) Die Schnecken können nicht nur gegensinnig, sondern auch gleichsinnig laufen. Gleichsinnig laufende Schnecken haben den Vorteil, die Fertigung und die Lagerhaltung zu verbilligen, weil man nur noch Wellen eines Typs (Linkslauf oder Rechtslauf) benötigt, nicht aber Schnecken beider Typen (Linkslauf und Rechtslauf). Wenn man sich gleichsinnig drehende Schnecken verwendet, wird man im Einzugsbereich des Extruders im allgemeinen allerdings eine Haspel oder eine Stopfschnecke vorsehen müssen, um die keramische Masse zwangsweise

zuzuführen, da gleichlaufende Schnecken ein schlechteres Einzugsverhalten zeigen als gegenläufig angetriebene Schnecken. Bei gegenläufig angetriebenen Schnecken kann man auf eine Haspel oder eine Stopfschnecke verzichten.

(C) Die Schnecken, die nicht miteinander kämmen, können nicht nur mit untereinander gleichen Drehzahlen angetrieben werden, sondern auch mit unterschiedlichen Drehzahlen. Das könnte mit Hilfe eines einzigen Elektromotors und mit einem Getriebe mit festen Getriebeabstufungen verwirklicht werden. Es ist darüber hinaus sogar möglich, die Drehzahl einer oder beider Schnecken unabhängig voneinander zu regeln. Ein evtl. Schieflaufen eines Stranges kann auf diese Weise zuverlässig verhindert werden. Darüberhinaus ist es auf diese Weise möglich, in Anpassung an unterschiedliche Produkte ein ausgeprägt unsymmetrisches Pressen eines Stranges zu verwirklichen, ohne daß der Strang schiefläuft. Soweit zwei Schnecken im Bereich der Einfüllöffnung des Schneckenextruders miteinander kämmen, ist ein Antreiben mit unterschiedlichen Drehzahlen dann möglich, wenn die Flügel der Schnecken dort, wo sie miteinander kollidieren könnten, unterbrochen sind, so daß sie tatsächlich nicht miteinander kollidieren.

(D) Über die Breite des Strangs erhält man einen gleichmäßigen Strangvortrieb mit nur geringen Fließdifferenzen. Dadurch gibt es im Strang und später im gebrannten keramsichen Produkt weniger Texturen und höhere Festigkeiten.

(E) Bei Anwendungen, bei denen es auf den variablen Antrieb der Schnecken nicht ankommt, kann man die Schnecken im Bereich der Einfüllöffnung nach wie vor miteinander kämmen lassen, z.B. mit einem Überlappungsgrad von 20 bis 30 %, um das Einzugsverhalten zu optimieren.

(F) Besonders vorteilhaft erweist sich der neue Extruder bei sehr flachen Strängen, wie sie bei der Herstellung von Fliesen und dgl. großformatigen Baukeramikplatten benötigt werden. Stellt man solche Platten mit Hilfe eines konventionallen Doppelwellenextruders her, dessen Schnecken miteinander kämmen, dann beobachtet man insbesondere bei glasierten Fliesen im mittleren Bereich der Platte Dickenschwankungen, die eine Folge der Druckspitzen im Überlappungsbereich der

Schnecken sind. Solche Dickenschwankungen sind, wenn man mit einem erfindungsgemäßen Extruder arbeitet, nicht mehr zu beobachten.

(G) Die Erfindung eignet sich nicht nur für das Extrudieren von einzelnen flachen Strängen, sondern auch für das Extrudieren mehrerer Stränge nebeneinander, in diesem Fall auch für das Extrudieren von Hintermauerware und von Hohlware, z.B. von Hubein für Isolatoren oder für Blumentöpfe.

In den meisten Fällen wird man den erfindungsgemäßen Extruder als Doppelwellenextruder verwirklichen. Es ist aber auch möglich, mehr als zwei Schnecken nebeneinander in gleicher Weise anzuordnen.

Die Innenkontur des Gehäuses wird bei einem Schneckenextruder der Schnecke üblicherweise angepaßt. Entsprechendes gilt auch für erfindungsgemäße Schneckenextruder. Der lichte Querschnitt des Gehäuseabschnittes, welcher die Schnecken umgibt, hat deshalb eine Taille. Geht man im Anschluß an den Kopf der Schnecken in ein ovales Mundstück über, dann erhält man in der Nachbarschaft der Taille eine sprunghafte Erweiterung des Gehäuses. Da die bindigen keramischen Massen (Tone) aber einen Zusammenhalt zeigen, werden sie einer abrupten Gehäuseerweiterung nicht ohne weiteres folgen, vielmehr wird der vorgetriebene Strang dazu neigen, unkontrolliert zu fließen, einzureißen oder aufzubrechen. Um das zu vermeiden, sind in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung im Anschluß an den Kopf der Schnecke im Gehäuse Leitkörper vorgesehen, welche ausgehend von den Gehäuseeinschnürungen im Übergangsbereich der Schnecken den lichten Querschnitt in Vortriebsrichtung allmählich auf den lichten Querschnitt im Eingangsbereich des Mundstücks erweitern. Diese Leitkörper sorgen für eine sanfte Querschnittserweiterung anstelle einer sonst möglichen abrupten Querschnittserweiterung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Figur 1 zeigt einen Doppelwellenextruder für keramische Massen in einem Schnitt durch die vertikale Längsmittelebene des Extruders,

Figur 2 zeigt als Detail die beiden Schnecken des Doppelwellenextruders in der Draufsischt,

Figur 3 zeigt den Querschnitt A-A durch das Extrudergehäuse,

Figur 4 zeigt einen Schnitt entsprechend Figur 3, jedoch mit zwei eingesetz ten Leitkörpern,

Figur 5 zeigt als Detail einen Halbschnitt B-B gemäß Figur 4 durch den Ge häuseabschnitt mit einem solchen Leitkörper,

Figur 6 zeigt eine Vorderansicht des Doppefwellenextruders mit abgenomme nem Mundstück, und

Fig. 7 bis 9 zeigen als Detail vergrößert einen solchen Leitkörper, mit Höhenlinien versehen, in drei zueinander senkrechten Ansichten.

Der Doppelwellenextruder hat in einem Gehäuse 1 zwei gleichlange, gegenläufige Schnecken 2 und 3 parallel nebeneinander angeordnet. Im hinteren Bereich des Gehäuses befindet sich ein Schacht 4 mit einer Einfüllöffnung 5 in ihrem hinteren Abschnitt 2a und 3a, welcher unter der Einfüllöffnung 5 liegt, haben die Schnecken 2 und 3 höhere Flügel als im vorderen Abschnitt 2b und 3b. Während die Schnecken unter der Einfüllöffnung 5 miteinander kämmen (siehe Figur 2), tun sie

das im vorderen Abschnitt 2b, 3b nicht (siehe Figur 2 und Figur 6), sondern weisen dort einen wenige Millimeter betragenden gegenseitigen Abstand auf. In Figur 1 ist angedeutet, daß die Schneckenwellen 6 über den Schacht 4 hinaus nach rückwärts verlängert sind. In diesem Bereich befinden sich die Antriebsmittel für die Schnecken 2 und 3, nämlich wenigstens ein Elektromotor und ein Getriebe; diese können wie in der Antriebstechnik üblich ausgebildet sein und sind deshalb nicht dargestellt.

An der Spitze der Schnecken 2 und 3 ist jeweils eine abnehmbare Spitzkopfschnecke 2c bzw. 3c vorgesehen, nachfolgend einfach als Spitzkopf bezeichnet. Zur Optimierung des Fließverhaltens ist die Winkelstellung des Spitzkopfs 2c und 3c gegenüber dem Abschnitt 2b bzw. 3b der Schnecken verstellbar, und zu diesem Zweck ist an der Trennstelie 7 zwischen der Druckschnecke und der Spitzkopfschnecke eine Hirth-Verzahnung vorgesehen.

Die beiden Schnecken 2 und 3 befinden sich in dem Gehäuse 1 in einem einteiligen Innenraum, welcher eine dem Umfang der Schnecken angenäherte Kontur mit einer Taille 8 hat (siehe Figur 6). Die Innenwand des Gehäuses ist in an sich bekannter Weise mit längsgenuteten Zylindereinsätzen 9 ausgekleidet, welche die Schnecken überwiegend, mit Ausnahme eines zentralen Übergangsbereiches, umschließen.

In Vortriebsrichtung der Schnecken schließt an den taillierten Bereich des Gehäuses 1 ein ovaler Gehäuseabschnitt 10 an, an welchen ein Mundstück 11, nachfolgend auch als Preßkopf bezeichnet, angeschraubt ist. Der Preßkopf verjüngt sich fortschreitend bis hin zu seiner Mündung 12 mit flachem Querschnitt.

Im taillierten Abschnitt des Gehäuses 1 ist die Taille 8 dadurch gebildet, daß die Gehäusewand unter Bildung von zwei Zwickeln 13 und 14 in den Spalt zwischen den beiden Schnecken 2 und 3 hineinragt. Am Ende des taillierten Gehäuseabschnittes, am Übergang zum ovalen Gehäuseabschnitt 10, enden die Zwickel 13 und 14 abrupt. Damit es hier nicht zu einem Reißen der vorgetriebenen keramischen Masse kommt, sind in den ovalen Gehäuseabschnitt 10 an die Zwickel

I··

13 und 14 angegrenzend zwei Leitkörper 15 und 16 vorgesehen, welche strömungsgünstig geformt sind (Figuren 7 bis 9) und anstelle einer abrupten Gehäuseerweiterung für eine allmähliche Gehäuseerweiterung sorgen (siehe Figuren 1 und 5), so daß das Material ohne zu reißen gleichförmig in den Preßkopf 11 eintreten kann.

Die Art und Weise der Anordnung der Leitkörper ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt: Die Leitkörper sind mittels einer Aufspannplatte 17 und Schrauben 18 an der Wand des ovalen Gehäuseabschnitts 10 befestigt.

Claims (8)

Ansprüche:

1. Schneckenextruder für keramische Massen,

mit wenigstens zwei zueinander parallelen Schnecken (2,3), welche in einem gemeinsamen Gehäuse (1,10) mit ungeteiltem Innenraum drehbar gelagert sind,
mit einem in Vortriebsrichtung der Schnecken (2,3) an deren Gehäuse (1,10) anschließenden Mundstück (11) mit einer flachen Mündung (12) oder mit mehreren nebeneinander angeordneten Mündungen,

mit einer Einfüliöffnung (5) im hinteren Bereich des Gehäuses der Schnecken (2,3)

und mit Antriebsmitteln, welche an den nach rückwärts über den Bereich der Einfüllöffnung (5) hinaus verlängerten Schneckenwellen (6) angreifen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2,3) jedenfalls im Bereich
zwischen der Einfüllöffnung (5) und dem Mundstück (11) dicht nebeneinander gelagert sind, ohne miteinander zu kämmen.

2. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2, 3) einen zwischen ihren Einhüllenden gemessenen Abstand von nicht mehr als 15 mm haben.

3. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2,3) einen zwischen ihren Einhüllenden gemessenen Abstand von 3 mm bis 5 mm haben.

4. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2,3) gleichsinnig und/oder gegensinnig antreibbar sind

5. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2,3) mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind, soweit sie auch im Einzugsbereich unter der Einfüllöffnung nicht miteinander kämmen oder zur Vermeidung von Koliisionen unterbrochen sind.

6. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2,3) nach Wahl mit gleicher oder mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind, soweit sie auch im Einzugsbereich unter der Einfüllöffnung nicht miteinander kämmen oder zur Vermeidung von Kollisionen unterbrochen sind.

7. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (2,3) im Bereich der Einfüllöffnung (5) miteinander kämmen.

8. Schneckenextruder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Vortriebsrichtung anschließend an die Spitzkopfschnecken (2c, 3c) Leitkörper (15,16) in den Innenrraum des Gehäuses (10) eingesetzt sind, um den lichten Gehäusequerschnitt in Vortriebsrichtung
allmählich auf den lichten Querschnitt im Eingangsbereich des Mundstücks (11) zu erweitern.