DE3003615A1

DE3003615A1 - Schneckenpresse mit stiftzylinder

Info

Publication number: DE3003615A1
Application number: DE19803003615
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Dietmar 3000 Hannover Anders
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Berstorff GmbH
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1981-08-20
Also published as: JPS56126143A; IT1134809B; NL8006782A; FR2474946B1; FR2474946A1; SE435824B; SE8100750L; DE3003615C2; IT8026787A0; GB2068249B; GB2068249A

Description

Schneckenpresse mit Stiftzylinder ssssssss: = =::

Die Erfindung "betrifft eine Schneckenpresse mit Stiftzylinder für die Verarbeitung von Thermoplasten und Elastomeren mit in einem Zylinder drehbarer Schnecke, wobei von der Innenwandung des Zylinders etwa in gleichmäßigen Abständen um den Umfang verteilt sich radial erstreckende, auf die Sehneckenach.se zeigende Stifte angeordnet sind und wobei die Schneckenstege an den Stellen, an denen die Stifte in den Zylinder hineinragen, unterbrochen sindo

Extruder mit Stiftzylinder sind bekannt aus der DE-OS 22 35 784. Bei den in dieser Schrift gezeigten Extrudern sind die Schneckenstege, an den Stellen unterbrochen, an denen die Stifte durch den Zylinder in den Extruderraum hineinragen. Bei einer derartigen Konstruktion soll ein einwandfreier Misch- und Homogenisiereffekt für das zu verarbeitende Material erzielt werden.,

nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß praktisch keine Materialscherung erfolgt und somit die Homogenität der zu verarbeitenden Masse sehr zu wünschen übrig läßt» Es erfolgt zwar, wenn das Material auf die Stifte auftrifft eine Stromteilung und Umlegung, eine nennenswerte Scherung des Materials wird nicht erzielt, weil das Material, wenn es von einem Stift erfaßt wird, in den Nachbargang ausweichen kann ohne merkliche Scherung zwischen Schneckensteg und Stiften zu erfahren» Die bekannte Konstruktion erreicht also durch Stromteilung und Stromumlegung viele Teilströme und Umschichtungen, es wird jedoch kein Scherfließen erreicht.» Die Stifte werden von vielen Masseteilchen ohne jegliche Intensiv-Scherung umströmt.

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Extruder mit einem Stiftzylinder der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei der Umströmung der Stifte ein hohes Schergefälle entsteht und somit eine ausgezeichnete Homogenität der zu verarbeitenden Masse erreicht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Ansprüchen 1-3 niedergelegten Lehre.

Durch die Anordnung der Enden und Anfänge der unterbrochenen Stege derart, daß die radialen ühterbrechungsflachen der Stegenden und -anfange sich in Schneckenachsrichtung gegenüberliegen, wird erreicht, daß immer dann das Material einer hohen Scherung unterworfen wird, wenn es sich z\io.schen einem stationären Stift und den radialen ühterbrechungsflächen befindet.

Durch diese Anordnung wird eine sehr hohe Wirkfläche für die Einleitung einer großen Menge Scherenergie in das Material erreicht. Ferner wird das an dieser Stelle sich befindende Material mit erhöhter Geschwindigkeit durch die enge Spalte gezogen ohne daß es ausweichen kann.

Gemäß dem Stand der Technik wird dem zu verarbeitenden Material, wenn es mit den stationären Stiften in Berührung kommt, stets erlaubt, ohne eine gr'oße Beaufschlagung auszuweichen. Mit einer großen Anzahl von Stiftreihen wird zwar eine gute Durchmischung erzielt, die Scherung des Materials, die maßgeblich für eine gute Materialhomogenität verantwortlich ist, wird jedoch stark vernachlässigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden jeweils radial angeordnete Stiftebenen in Kranzform vorgesehen mit in Materialfließrichtung davor und dahinter angeordneten kurzen und vielgängigen Schneckenteilen.

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Durch die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Idee, nämlich die gegenüberliegende Anordnung der radialen Unterbrechungsflächen der Stegenden und -anfange auf ein vielgängig gestaltetes Homogenisierteil, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung vervielfacht.

Werden mehrere derartig gestaltete Homogenisiereinheiten hintereinander geschaltet, so kann mit einem sehr kurzen Extruder eine ausgezeichnete Misch- und Homogenisierwirkung erzielt werden. Der Anschaffungspreis einer Extrudereinheit wird somit erheblich reduziert«

TJm einen geringeren Strömungswiderstand in ein Homogenisierteil, wie oben beschrieben, zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn in Materialfließrichtung gesehen die Anfänge der Stege der vielgängigen Schneckenteile und die Enden der den stegfreien Abschnitten nachgeordneten vielgängigen Schneckenteile zugespitzt ausgebildet sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert:

Figur 1 zeigt einen Einschneckenextruder gemäß der Erfindung im Längsschnitt schematisch dargestellt.

Figur 2 ist ein Längsschnitt durch ein Extruderteil mit zwei Homogenisiereinheiten,

Figur 3 zeigt zugespitzte Steganfänge und Stegenden

Figur 4- verdeutlicht in schematisierter Form die Grundidee der vorliegenden Erfindung.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform gemäß des Standes der Technik in schematisierter Form

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In einem Extruderzylinder (1) ist eine Schnecke (2) angeordnet mit darauf wendelförmig verlaufenden Schneckenstegen (3). Durch den Extruder zylinder (1) ragen Stifte (4-) hindurch, die mittels einer Verschraubung (5) arritiert werden. Stifte (4·) werden vielfach im Extruderzylinder (5) derart angeordnet, daß sie mit ihren Achsen auf die Achse der Schnecke (2) zeigen. Je nach Zylinder- und Schneckendurchmesser können mehr bzw., weniger Stifte radial durch den Zylinder hinduch in den Extruderraum (6) hineinragen. Die Stifte (4-) werden senkrecht zur Achse der Schnecke (2) angeordnet und als eine Stiftebene angesprochen. Es können mehrere Stiftebenen in einem bestimmten Abstand nebeneinander angeordnet werden, wobei zwischen den einzelnen Stiftebenen ein- oder mehrgängige Schneckenabschnitte angeordnet sein können.

In Figur 2 wird ein Extruderteil gezeigt mit zwei Homogenisierabschnitten (7). Homogenisierabschnitte (7) bestehen aus unmittelbar vor und nach einer Stiftebene angeordneten vielgängigen Schneckenteilen (8) und (9).

Durch die vielgängige Ausbildung der Homogenisierabschnitte (7) wird die hohe Scherwirkung des zu verarbeitenden Materials zwischen den sich gegenüberliegenden radialen Unterbrechungsflächen der Stege erheblich gesteigert.

Immer dann, wenn die sich drehende Schnecke (2) mit den sich radial gegenüberliegenden Stegunterbrechungsflächen (10) und (11) einen stationären Stift passieren, wird das Material zwischen den Unterbrechungsflächen und dem Stift einer erheblichen Scherung unterworfen, die durch die Yielgängigkeit der Homogenisierabschnitte entsprechend multipliziert wird.

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Figur 5 zeigt in stilisierter Form und abgewickelt eine Anordnung gemäß des Standes der Technik,"bei der ein durchlaufender wendeiförmiger Steg gleicher Steigung wie der in Fig. 4 gezeigte Steg unterbrochen wurde, um freien Raum für die stationären Stifte (14) vorzusehen» Wenn die radiale Stegunterbrechungsfläche (13) den Stift (14) passiert, kann das Material ungehindert zur anderen Seite ausweichen ohne eine Scherung zu erfahren= Wenn dann im Laufe der weiteren Schneckendrehung die radiale Stegunterbrechungsfläche (12) des neuen Steganfanges den Stift (14) passiert, wird dem Material wiederum erlaubt, in die andere Richtung auszuweichen ohne eine Scherbeaufschlagung zu erfahren.

Aufgrund eines Vergleiches der Wirkungsweisen der beiden schematisch dargestellten Figuren 4 und 5 wird die überragende Scherwirkung der erfindungsgemäßen Anordnung überdeutlicJtu

Hinsichtlich der Herstellung der erfindungsgemäßen Homogenisierabschnitte (7) sei erwähnt, daß diese beispielsweise durch einfaches Aufstecken der als einzelne Teile ausgebildeten vielgängigen Teile (8) und (9) auf einen Zuganker mit entsprechender Sicherung durch Passfedern hergestellt werden können«. Die Ausbildung der Schneckenteile (8) und (9) sowie des dazwischen angeordneten stegfreien Abschnitts als Einzelteile ist deswegen von großem Vorteil, weil verschieden starke Verschleißerscheinungen auftreten können«, So werden beispielsweise die ersten Homogenisierabschnitte (7) wesentlich stärker beansprucht als die nachfolgenden, weil das Material eingangs kalter und somit wesentlich abrasiver isto Ein weiterer Vorteil bei der Ausbildung der Schnecke in einzelne austauschbare Abschnitte liegt in der Herstellung begründet=. Die Teile können, da im Volumen relativ klein als preiswerte Präzisionsgußteile, hergestellt werden*

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Entsprechend des zu verarbeitenden Materials kann es erforderlich sein, mehr oder weniger Scherenergie in das Material einzuleiten und somit mehr oder weniger Homogenisierabschnitte (7) vorzusehen.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß beispielsweise die vielgängigen Schneckenabschnitte (8) und (9) folgende Gangzahlen bei bestimmten Extrudergrößen haben sollten.

9Oiger Extruder - 2gängig

15Oiger Extruder - 3gängig

200ter Extruder - 4-gängig

250iger Extruder - 5gängig

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Länge der Schneckenabschnitte (8) und (9) in einer bestimmten Relation zum Durchmesser der Stifte (4-) auszubilden. Als besonders wirkungsvoll hat sich ein Verhältnis der Schneckenabschnittslänge (8) zum Stiftdurchmesser (4-) von 1:1 bis 1:2 erwiesen, d.h. wenn die Schneckenabschnitte (8) eine Länge von 0,2 D aufweisen, sollten die Stifte bzw. die Länge des stegfreien Schneckenabschnitts zwischen den Schneckenabschnitten (8) und (9) eine Länge von 0,1 bis 0,2 D (D = Schneckendurchmesser) aufweisen.

Bei der Verarbeitungen kalten Gummimischungen durch eine erfindungsgemäße Steg- bzw. Stiftgeometrie, hat sich gezeigt, daß die Gummimischung mit möglichst geringem Widerstand aufgeteilt und zwischen den Stiften und Stegen in lange Teilströme ausgezogen wird. Eine ausgezeichnete Homogenität der Gummimischung war· die Folge.

Gleichzeitig können durch die Verwendung der Homogenisierabschnitte die dazwischen liegenden Vorderteile ein- oder zweigängig sehr tief geschnitten mit hoher Ausstoßleistung pro Umdrehung ausgebildet werden, ohne Inhomogenitäten, wie

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ungleichmäßige Temperaturverteilungen befürchten zu müssen»

Bei einem Vergleichsversuch auf einem Extruder mit einem Stift zylinder, wie gezeigt in der DE-OS 22 35 784-, zeigten sich, folgende Ergebnisse:

Der Extruder war mit 10 hintereinander angeordneten Stiftebenen ausgerüstet. Die zu verarbeitende Gummimischung, die etwa Raumtemperatur aufwies, wurde in den Extruder eingegeben und nach passieren der 10 Stiftebenen wurde die Homogenität bestimmt.

Danach wurde ein erfindungsgemäßer Extruder mit Material, welches eine gleiche Viskosität und Temperatur aufwies, beschickt. Nachdem die Gummimischung 5 Homogenisier-• abschnitte (7) passiert hatte, lag bereits eine Homogenität j vor, die vergleichbar war mit der Homogenität des Materials ■ gemäß eines Extruders obiger Offenlegungsschrift mit 10 j hintereinander angeordneten Stiftebenen und einer doppelten j Länge.

j Aufgrund dieses Vergleichsversuches wird deutlich, daß ; ein erfindungsgemäßer Extruder um 50 % kurzer ausgeführt werden kann als ein Extruder gemäß des Standes der Technik bzw. daß bei gleicher Länge wesentlich höhere Ausstoßleistungen gefahren werden können ohne daß Inhomogenität des Materials befürchtet werden müssen.

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Bezugszeiclienliste

1 = Extruder zylinder

2 = Extruderschnecke

3 = Schneckenstege

4 '= Stifte

5 = Arretierungen

6 = Extruderraum

7 = Homogenisierabschnitte

8 = vielgängige Schneckenabschnitte

9 = vielgängige Schneckenabschnitte

= radiale Unterbrechungsflächen der Stegenden

= radiale Unterbrechungsflächen der Steganfänge

= Unterbrechungsfläche Stegende

= Unterbrechungsfläche Steganfang

= Stifte

- zugespitzte Stege ·.

= zugespitzte Stege

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Claims

300361b Unser Zeichen: 80/2 Hannover, den 28» Jan» 1980 by/bl 338 HERMANN BERSTORFP Maschinenbau GmbH An der Breiten Wiese 3/5 3000 Hannover 61 PATENTANSPRÜCHE

1.J Schneckenpresse mit Stiftzylinder für die Verarbeitung von Thermoplasten und Elastomeren, mit in einem Zylinder drehbarer Schnecke, wobei von der Innenwandung des Zylinders in etwa gleichmäßigen Abständen um den Umfang verteilt radial sich erstreckende auf die Schneckenachse zeigende Stifte angeordnet sind und wobei die Schneckenstege an den Stellen, an denen die Stifte in den Zylinder hineinragen unterbrochen sind

dadurch gekennzeichnet, ;

daß die Enden und Anfänge der unterbrochenen Schneckenstege O) zwischen denen die am Zylinder befestigten Stifte (4-) angeordnet sind in Schneckenachsrichtung auf gleicher Höhe angeordnet sind, so daß die radialen Unterbrechungsflächen der Stegenden (10) und Steganfänge (11) sich in Schneckenachsrichtung gegenüberliegen.

2. Schneckenpresse nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet,

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! daß die sich, radial gegenüberliegenden Unterbrechungs-

flachen der Stegenden (10) und -anfange (11) zu zwei ι - "vielgängigen, mit einem Abstand zueinander angeordne-'' ten Schneckenteilen (8, 9) einer axial gemessenen jeweiligen Steglänge von etwa 1/5 D gehören, zwischen denen ein stegfreier Schneckenabschnitt einer Länge von etwa 1/5 D angeordnet ist (D = Schneckendurchmesser),

3. Schneckenpresse nach. Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,

daß in Materialfließrichtung gesehen die Anfänge (15) der Stege der vielgängigen Schneckenteile (8) und in Materialfließrichtung gesehen die Enden (16) der Stege der hinter den stegfreiem Abschnitt nachgeordneten vielgängigen Schneckenteile (9) zugespitzt ausgebildet sind.

4. Schneckenpresse nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,

daß die Schneckenteile (8) und (9) und die zwischen den Homogenisierabschnitten (7) angeordneten ein- oder mehrgängigen Schneckenteile als Einzelteile und auswechselbar ausgebildet sind.

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