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Bezeichnung: "Einwellige Schneckenpresse"
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Einwellige Schneckenpresse Die Erfindung bezieht sich auf eine einwellige
Schneckenpresse, insbesondere für die kontinuierliche Verarbeitung von Kunststoffen,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei den meisten Schneckenpressen üblicher Bauart wird das Aufgabegut
radial durch eine Öffnung in der Zylinderwand der Schnecke zugeführt (Gummi, Asbest,
Kunststoffe, Jahrgang 23, 11/1970, Seiten 1222 ff, insbesondere Seite 1226).
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Die Förderung des Aufgabegutes im Einfüllabschnitt bei radialer Zufuhr
des Aufgabegutes durch die Zylinderwand ist nicht gleichmäßig, weil nur dort eine
axiale Förderung stattfindet, wo eine Berührung des Aufgabegutes mit der Zylinderwand
erfolgt. Die Ausnehmung in der Gehäusewand im Bereich des Einfülltrichters unterbricht
aber die Förderwirkung und bewirkt daher eine pulsierende Förderung. Eine Vergleichmäßigung
ist nur durch baulich sehr aufwendige Maßnahmen möglich.
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Bei radialer Zufuhr des Aufgabegutes ist es ferner unvermeidlich,
daß Granulat, Schnitzel, Zusätze wie Glasfasern oder bauschiges Aufgabegut, wie
z. B. Folienabfälle von den Scherkanten, die zwischen Schn ecken steg und Zylinder
bzw.
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der Gehäuseöffnung des Einfüllabschnittes ausgebildet sind, zerschnitten
oder im Einlaufspalt eingeklemmt und zerquetscht werden. Diese Erscheinung macht
sich bei der Verarbeitung von Kunststoffabfällen besonders nachteilig bemerkbar.
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Bei autogen arbeitenden Schneckenpressen mit hochtourig laufenden
Schnecken ist bei radialer Zuführung des Aufgabegutes eine vollständige Füllung
des Einfüllabschnittes der Schnecke nicht möglich, weil das Aufgabegut durch den
sich
rasch bewegenden Schneckengang bzw. -steg infolge der Fliehkräfte
herausgeschleudert wird.
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Ferner sind Extruder bekannt, bei denen der Antrieb der Schnecke vom
Ausstoßende der Schneckenpresse her erfolgt und damit eine axiale oder seitliche
Beschickung ohne Öffnung der Zylinderwand möglich ist (DE-OS 15 17 980, US-PS 2,805,627).
Der notwendige Antrieb am Ausstoßende behindert bei diesen Schneckenpressen den
Werkzeuganschluß und bringt Abdichtprobleme mit sich.
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Schließlich sind Schneckenpressen in Vertikalbauweise bekannt (US-PS
2, 499,398, US-PS 2,791,802, DE-AS 19 03 919), bei denen der Einfüllabschnitt konisch
ausgebildet ist und die Schnecke in axialer Richtung mit Aufgabegut beschickt wird,
obgleich der Antrieb der Schnecke von der Schaftseite her erfolgt. Die Probleme
hinsichtlich des Materialeinzuges sind bei diesen Maschinen ähnlich wie bei den
zuvor beschriebenen gelagert. Es entfallen allein die Abdichtprobleme am Ausstoßende,
-da die Schneckenwelle am schaftseitigen Ende angetrieben ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei diesem Stand der Technik eine Schneckenpresse
vorzuschlagen, deren Einfüllabschnitt derart ausgebildet ist, daß die Schneckengänge
in der Einzugszone vollständig gefüllt werden. Insbesondere soll der Einfüllabschnitt
so gestaltet sein, daß ein Scheren und Quetschen des Aufgabegutes vermieden wird
und ein vollkommen gleichmäßiges Einziehen und damit eine pulsationsfreie, stetige
Förderung gewährleistet ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt für eine Schneckenpresse nach dem Oberbegriff
des Anspruchs t erfindungsgemäß mit den im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmalen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2
bis 9 angegeben. Schließlich beziehen sich die Ansprüche 10 bis 12 auf eine bevorzugte
Anwendung der Erfindung für eine Schneckenpresse in Kaskadenanordnung.
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Zur Lösung der Aufgabe wurde von dem Gedanken ausgegangen, das Aufgabegut
aus dem Zentrum des Schneckenschaftes zuzuführen. Zur Verwirklichung dieses Gedankens
ist der Schnekkenschaft hohl ausgebildet. Das Zuführrohr für das Aufgabegut ragt
mit radialem Spiel in den Schneckenschaft hinein.
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Der Einzugsteil der Schnecke wurde ferner konisch ausgebildet, um
hierdurch einen möglichst großen Einlaßquerschnitt einerseits und eine möglichst
günstige mechanische Beanspruchung der Wendelflächen und Stegquerschnitte für die
Ubertragung des Drehmomentes zum Drehen der Schnecke andererseits zu schaffen. In
der Einzugszone - in Förderrichtung gesehen hinter dem Einfüllabschnitt - geht der
hohle Schnekkenkern in den auslaufenden Gang über. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird durch unterschiedliche Wahl der Steigungswinkel der beiden Schneckenflanken
des Schneckensteges erreicht, daß der auslaufende und in den kernlosen Schneckenschaft
übergehende Schneckenwendel und das Einmünden der Förderflanke (Schubflanke) gegenüber
dem Einmünden der Rückflanke (hintere, zulaufseitige Stegflanke) in den Hohlschaft
um etwa 180 Grad am Umfang versetzt erfolgen. Je nachdem wie groß dieser Unterschied
der Steigungswinkel der Schnecken flanken gewählt wird, verändert sich der für die
Ubertragung von Drehmoment und Axialkraft wichtige Quer-Hcllnitt des auslaufenden
Schneckenganges. Für besondere Anwcndungofiillo ist es auch möglich, beide SteigungswinkeL
zu vergrößern, weil hierdurch, beispielsweise für bauschiges Aufgabegut, das mögliche
Füllvolumen vergrößert wird. Bei
allen Lösungen nach der Erfindung
ist es jedoch wesentlich, daß die Einzugszone der Schnecke so ausgebildet ist, daß
jede Behinderung der Zuführöffnung gegenüber der Gehäusewand vermieden ist.
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Im Öffnungsbereich des Zuführrohres geht der Schneckengang in den
Hohlschaft über, so daß das Aufgabegut radial nach außen gegen die Zylinderwand
fallen kann. Es berührt dabei die Zylinderwand und wird von dem aus dem Hohlschaft
sich entwickelnden Schneckenwendel in den Schneckengang gefördert. Der den Einfüllabschnitt
der Förderschnecke umschließende Zylinderabschnitt kann in bekannter Weise beheizt
werden. Hierdurch kann das Aufgabegut bereits nach kurzer Wandberührung angeliert
und die Reibung gegenüber der Zylinderwand stark erhöht werden In Verbindung mit
einem genuteten, insbesondere mit einem mit Wendelnuten versehenen Einfüllabschnitt,
bei dem das Gehäuse der Schneckenpresse im Bereich des Einfüllabsc#hnittes gekühlt
wird, ist ein guter Materialeinzug zu erreichen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Ausbildung
der Schnecke beim Einzug von plastifizierten Polymeren und Heißschmelzen erwiesen,
da durch die Schmelzezuführung ohne Unterbrechung des umgebenden Gehäuses immer
eine gleichmäßige Füllung des Schneckenganges gewahrleixteet ist.
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Gegenüber den bei bekannten Extrudern vorhandenen Ringkammern im Bereich
des Einfüllabschnittes, die eine ungleiche Verweilzeit und das sogenannte Karussell
fahren des Aufgabegutes begünstigen, werden diese Nachteile durch die Materialaufgabe
mit einer Schnecke gemäß der Erfindung beseitigt. Es wird ein gleichmäßiger Einzug
und eine pulsationsfr#eie
Förderung erreicht. Dadurch ist auch
eine Drehzahlsteigerung der Extruderschnecke und damit eine Erhöhung der Ausstoßleistung
möglich; denn die Zentrifugalkräfte wirken sich zusätzlich günstig auf die Füllung
des Schneckenganges und die Förderung aus. Ein Quetschen und Scheren des Rufgabegutes
wird durch die Ausbildung des Einfüllabschnittes vermieden. Hierdurch werden auch
die Beanspruchung und der Verschleiß der Schneckenstege im Einfüllabschnitt verringert
sowie die Lebensdauer der Schnecke, des Getriebes und des Antriebsmotors verlängert.
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Die erfindungsgemäße Schnecke wird vorzugsweise bei Extrudern in Vertikalbauweise
verwandt, jedoch ist ein Einsatz auf diese Bauform nicht begrenzt. Vielmehr kann
die Schnecke auch in horizontal angeordneten Extrudern vorteilhaft benutzt werden,
wenn gemäß Anspruch 9 zwischen dem Einfülltrichter und dem in den hohlen Schneckenschaft
hineinragenden Einfüllrohr ein Einlaufkrümmer angeordnet ist, in welchem das Aufgabegut
umgelenkt wird, und zwar um einen Winkel von etwa 900 oder darunter.
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Eine weitere bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt bei einer Schneckenpresse
in Form einer Kaskadenanordnung vor, und zwar sowohl als Einzugs- als auch als Austragsschnecke.
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Insbesondere bei einem Einsatz als Einzugsextruder ist dieser vertikal
angeordnet und als autogener Extruder ausgebildet, d.h. er ist hochtourig angetrieben
und auf zusätzliche Zylinderbeheizungen kann im wesentlichen verzichtet werden.
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Derartige Kaskaden-Schneckenpressen können insbesondere zum Einziehen
und Plastifizieren von wieder aufzuarbeitenden Polymeren, beispielsweise Regenerat,
Folienrandstreifen, zerkleinerte oder gemahlene Abfälle, wie Angußtrichter und dgl.
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und zum Verarbeiten von durch Recyclingverfahren wiedergewonnenen
Polymeren benutzt werden. Dabei haben solche Kaskaden-ochneckenpressen insbesondere
zwischen den beiden Extrudern bekanntlich eine Behandlungskammer, vorzugsweise Vakuuskammer,
zum Entfernen von Feuchtigkeit und schädlichen Gasen aus den plastifizierten Polymeren.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten, ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert Es zeigen: Fig 1 den
Einfüllabsohnitt eines Extruders mit der erfindungsgemäßen Förderschnecke in perspektivischer
Darstellung; f Fig. 2 eine Schneckenpresse in Kaskadenanordnung mit einem Einzugsextruder
gemäß Fig 1 in schematischer Darstellung Der in Fig. 1 dargestellte Extruder 1 ist
in Vertikalbauweise ausgeführt, wie er beispielsweise als Spinnextruder für die
Chemiefaserherstellung verwendet wird. Er besteht aus dem Extrudergehäuse 2 und
der in diesem mit geringem radialen Spiel drehbar gelagerten Schnecke 3 in der erfindungsgemäßen
Ausbildung ihres Einfüllabschnittes 4.
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Daran anschließend sind noch ein Schneckengang 5 und der ihn axial
begrenzende Schneckensteg 6 der Einzugszonegezeigt. Im Bereich der nicht dargestellten
Umwandlungs- und Ausstoßzone unterscheidet sich die Schneckenpresse 1 von solchen
bekannter Bauart nicht. Diese Zonen sind deshalb nicht gezeigt.
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Das Extrudergehäuse 2 ist im Einfüllabschnitt 4 der Schnecke 3 konisch
ausgebildet und von einem bei Bedarf heiz- oder kühlbaren Wärmeträgermedium durchströmbar.
Hierzu ist der Ringkanal 7 mit Einlaßstutzen 8 und Auslaßstutzen 9 vorgesehen, die
an einen Wärmeträgerkreislauf mit Temperaturregeleinrichtung angeschlossen sind.
In Förderrichtung gesehen schließt sich an das konisch ausgedrehte Extrudergehäuse
2 ein zylindrischer Abschnitt an, der ebenfalls zonenweise beheiz- und kühlbar ist.
In Richtung der Materialaufgabe gesehen, ist auf dem Extrudergehäuse 2 die Lagerung
und der Antrieb der Schnecke 3 abgestützt. Dabei nimmt zunächst das Ringelement
10 das Radiallager 11 auf, dessen Innenring fest auf der den Hohlschaft 12 der Schnecke
3 umfassenden Buchse 13 sitzt, Zwischen dem Radiallager 11 und dem Axial-Pendelrollenlager
14 ist auf der Buchse 13 das Antriebselement 15 für die Schnecke drehfest angeordnet
Dieses ist im Ausführungsbeispiel als geradverzahnter Zahnkranz 15 ausgebildet und
steht im Eingriff mit einem durch die Welle 16 in Pfeilrichtung 17 angetriebenen
Gegenrad 18, beispielsweise einer Ritzelwelle. Die weiteren Antriebselemente sind
nicht näher dargestellt. Sie sind dem Fachmann bekannt und gehören nicht zum Gegenstand
der Erfindung.
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Das Axial-Pendelrollenlager 14 ist durch den Deckel 19 abgedeckt,
welcher gemeinsam mit dem Ringelement 10 eine geschlossene und staubdichte Mantelfläche
bildet.
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Durch die Buchse 13 ist ein Materialaufgabetrichter 20 mit einem zylindrischen
Rohr 21 hindurchgeführt, das bis in den Hohlschaft 12 der Schnecke 3 mit geringem
radialen Spiel hineinragt, da der Materialaufgabetrichter vorzugsweise an einer
nicht dargestellten Bühne oder einem ortsfesten Schnitzelbehälter angeschlossen
ist, während die Schnecke 3 angetrieben wird. Der radiale Spalt zwischen der Buchse
13 und dem Rohr 21 kann durch Packungsringe 22 oder bekannte andere Radialdichtringe
angedichtet werden,
die gegen eine Schulter 23 an der Buchse 13
anliegen und durch einen Stellring 24 vorgespannt sind. Durch diese Maßnahme läßt
sich an den Extruder eine Trichesrentgnsung anschließen oder eine Schutzgaßbeaufschlagung
der Einzug zone mit Stickstoff oder dgl. zur Verhinderung von Oxidationserscheinungen
durchführen.
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Die Schnecke 3 des Extruders besteht gemäß der Erfindung nun im Einfüllabschnitt
4 aus dem hohlzylindrischen Ringabschnitt bzw. dem mit erhöhter Wandstärke ausgebildeten
Hohlschaft 12, der mit der am Umfang angetriebenen Buchse 13 drenfest verbunden
ist. In Förderrichtung gesehen schließen sich an den Hohlschaft 12 zwei Wendelflächen
25 und 26 an, die durch einen zusammenhängenden und eine Einheit bildenden Teil
eines Drehkörpers 27 verbunden und durch eine konische Hüllfläche begrenzt sind,
die der Gehäuseeusdrehung 29 angepaß;L' is: Am Ende des konischen, kernlosen Sinfüllabschnittes
4 sind die Wendelflächen 25 und 26, die zunächst im wesentlichen gleiche Stegbreiten
aufweisen ansatzfrei in den Schneckengang 5 einerseits und in den Schneckensteg
6 andererseits übergeführt, die in der Einzugszone der Schnecke 3 schraubenförmig
um den dort vorliegenden Schneckenkern verlaufen; und zwar entsteht aus der Wendelfläche
25 der Schneckengang 5und aus der Wen- -delfläche 26 die Schubflanke 6' des Schneckensteges
6.
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Zwischen den beiden Wendelflächen 25 und 26 ist der kernlose Schneckenschaft
12 offen und stellt die radiale Verbindung zwischen dem Hohlraum 28 und der glatten
bzw. gegebenenfalls in Längsrichtung oder wendelförmig genuteten Gehäuseinnenwand
29 her. Hierdurch kann das-durch den Materialaufgabetrichter 20 und das Rohr 21
axial in den Hohlschaft 12 eingefüllte Aufgabegut, wie beispielsweise Schnitzel,
Granulat, Pulver, Regenerat oder dgl., mit den vorgemischten Additiven
und
Füllstoffen gegen die Gehäusewand 29 frei herausfallen und von der Wendel fläche
26 axial in den angeschlossenen Schneckengang 5 gefördert werden.
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Bei einer horizontalen Bauweise des Extruders läßt sich die beschriebene
Schnecke 3 mit ihrem erfindungsgemäß ausgebildeten Einfüllabschnitt 4 ebenfalls
anwenden. Zur Erleichterung der Aufgabe des Füllgutes besteht dort jedoch die Modifikation,
daß zwischen dem Materialaufgabetrichter 20 und dem in den Hohlschaft 12 der Schnecke
3 hineinragenden Rohr 21 ein Einlaufkrümmer eingebaut wird, durch den das Füllgut
um einen Winkel# von weniger als 900 umgelenkt wird.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Schneckenpresse in
Kaskadenanordnung für eine Entgasungsbehandlung des Aufgabegutes zwischen den beiden
Extrusionsstufen. Die Kaskadenschneckenpresse 30 besteht dabei aus einem vertikal
angeordneten, vorzugsweise autogenen Extruder 31, der eine Schnecke 3 mit einem
Einfüllabschnitt 4 - ähnlich wie der zuvor beschriebene Extruder 1 nach Fig. 1 -
besitzt. Am Ausstoßende des Extruders 31 folgt dann eine Kammer 32 für eine Entgasungsbehandlung,
wobei das Aufgabegut mit einer möglichst großen Oberflächelbeispielsweise als dünner
Strang, als Schlauch, Granulat oder dgl. in diese Behandlungszone ausgepreßt wird.
Von der Kammer 32 fällt das behandelte Gut in die Einzugszone eines Austragextruders
33 bekannter, vorzugsweise horizontaler Bauart, wie beispielsweise einen Heißschmelzeextruder,
und wird dort weiterverarbeitet und durch ein nicht dargestelltes Werkzeug ausgepreßt.
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Je nach seiner Baugröße ist der Einzugsextruder 31 auf einer Bühne
341 vorzugsweise in Stahlkonstruktion, montiert, die am Fundament bzw. der Trageinrichtung
des Austragextruders 33
abgestützt ist. Beide Extruder sind durch
voneinander unabhängige Elektromotoren und Untersetzungsgetriebe angetrieben, so
daß die Schneckendrehzahlen unabhängig voneinander stufenlos einstellbar sind.
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Die in Fig. 2 dargestellte Kaskaden-Schneckenpresse 30 eignet sich
sehr gut zum Aufarbeiten von Kunststoff-Abfallmaterial, Regenerat sowie von Mischungen
dieser Materialien mit pulver- oder granulatförmigen Polymeren und deren Zusätze.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Extruder 2 Extrudergehäuse 3 Schnecke 4
Einfüllabschnitt 5 Schneckengang 6 Schneckensteg-6-' Schubflanke 7 Ringkanal 8 Einlaßstutzen
9 Auslaßstutzen 10 Ringelement 71 Radiallager 12 Hohlschaft der Schnecke 13 Buchse
14 Axial-Pendelrollenlager 15 Antriebselement, Zahnkranz 16 Antriebswelle 17 Pfeilrichtung
18 Gegenrad, Ritzel 19 Deckel 20 Materialaufgabetrichter 21 Rohr 22 Radialdichtring,
Packungsring 23 Schulter 24 Stellring 25 Wendel fläche 26 Wendel fläche 27 Drehkörper
28 Hohlraum 29 konische Gehäuseinnenwand, Gehäuseausdrehung 30 Kaskaden-Schneckenpresse
31 Einzugsextruder, autogener Extruder 32 Kammer, z. B. Vakuumkammer 33 Austragextruder
34 Bühne
L e e r s e i t e