DE3342812A1 - DEVICE AND METHOD FOR THE EXTRUSION OF CELLULOSE-CONTAINING SUBSTANCES - Google Patents
DEVICE AND METHOD FOR THE EXTRUSION OF CELLULOSE-CONTAINING SUBSTANCESInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung und ein Verfahren zur wirksamen Handhabung und Extrudierung von Material, das zuvor wesentliche Verarbeitungsschwierigkeiten bereitet hat. Hierzu gehören beispielsweise Holzschnitzel, Sägemehl und andere Holzreste, städtische Abfallfeststoffe und Ernterückstände. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und einThe invention relates to an extrusion apparatus and method for efficient handling and extrusion of material that has previously caused significant processing difficulties. These include, for example Wood chips, sawdust and other wood debris, urban waste solids and crop residues. The invention particularly relates to an apparatus and a
■15 Verfahren, welche eine Schnecken-Übergangszone in einem Zylinder verwendet, um die Materialströmung auszugleichen und beim Aufbau von verhältnismäßig hohen Drücken und Temperaturen zu helfen; darüber hinaus weist die Extrusionsvorrichtung eine einstellbare Düse auf, welcne die Extrusionsarbeit außerdem erleichtert.■ 15 processes that use a screw transition zone in a barrel to balance material flow and help build up relatively high pressures and temperatures; In addition, the extrusion device has an adjustable nozzle, which also facilitates the extrusion work.
Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Zerkleinerung von Zellulose- oder faserhaltigen Stoffen für die Erzeugung eines zerkleinerten oder zer-There are already various methods and devices for the comminution of cellulose or fiber-containing Substances for the production of a comminuted or
OR faserten Produkts bekannt. Beispielsweise wird zerfasertes Holz bei der Herstellung von sogenannten Faserplatten verwendet. Das zerfaserte Holz kann dadurch gebildet werden, indem Holzschnitzel in einem großen Kessel mit Hochdruckdampf behandelt werden, worauf anschliessend eine plötzliche Druckentlastung vorgenommen wird, um die Holzschnitzel zu teilen und in Fasern zu zerkleinern, um damit das zerfaserte Produkt zu erhalten. Ein anderes bekanntes Verfahren ist die Scheibenzerkleinerung von Holzschnitzeln, wobei nach einer anfänglichen Druckbehandlung die Holzschnitzel zu einer großen Mehr-OR fiber product known. For example, it is shredded Wood is used in the manufacture of so-called fiberboard. The frayed wood can thereby be formed by treating wood chips in a large boiler with high pressure steam, followed by a sudden pressure release is applied to split the wood chips and break them into fibers, in order to get the shredded product. Another known method is slicing of wood chips, whereby after an initial pressure treatment the wood chips become a large
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platten-Raffiniervorrichtung verbracht werden, in der sie auf ähnliche Weise mit Druck behandelt werden. Große kommerzielle Einheiten dieser Art können Holzschnitzel bis auf im wesentlichen Einzelfasergröße zerkleinern, hierzu ist jedoch ein sehr großer Motor, beispielsweise mit 2000 PS erforderlich. Eine wesentliche Schwierigkeit besteht bei Scheibenzerkleinerern in den Aufwendungen für die Wartung und den Austausch von Teilen. Die Vorrichtung verschleißt leicht und wesentliche Arbeitsteile verbrauchen sich sehr schnell, so daß sie insgesamt unwirtschaftlich ist.plate refiner are placed in the they are treated with pressure in a similar manner. Large commercial units of this type can use wood chips shred to essentially single fiber size, however, this requires a very large motor, for example with 2000 HP. An essential one The difficulty with disk shredders is the expenditure for maintenance and replacement of parts. The device wears out easily and essential working parts are used up very quickly, so that it is altogether uneconomical.
Städtische Abfallfeststoffe wurden bislang ähnlich behandelt, um sie gleichförmig und als Brennstoff geeignet zu machen. Ein Verfahren zur Behandlung von städtischen Abfallfeststoffen ist das Hydropulpierungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein Schlamm von Abfallstoff und Wasser in ein großes Gefäß eingeleitet, welches einen perforierten Boden besitzt. Ein rotierendes Schrapermesser liegt über dem perforierten Boden und dient zur Zerkleinerung und Zerteilung der durch den Gefäßboden tretenden Feststoffe.Urban solid waste has so far been treated similarly, to make them uniform and suitable as fuel. A method of treating urban Waste solids is the hydropulping process. In this process, a sludge of waste and water is discharged into a large vessel, which has a perforated bottom. A rotating one Scraper knife lies above the perforated floor and is used to shred and split the through Solids entering the bottom of the vessel.
Alle bekannten Verfahren haben jedoch als wesentlichen Nachteil, daß sie große Mengen von Energie verbrauchen. Beispielsweise kann die Scheibenzerkleinerung von Holzschnitzeln von der Energiebilanz her trotz ihrer Wirksamkeit hinsichtlich der Erzeugung von gewünschtem zerfasertem Holz unzumutbar aufwendig sein. Dies folgt nicht nur aus dem hohen Verbrauch an elektrischer Leistung für den starken Antriebsmotor und aus der für die Behandlung der Holzschnitzel verwendeten Dampfmenge, sondern auch daraus, daß große Wassermengen umgepumpt und zusammen mit den Holzspänen gehandhabt werden müssen· However, all known methods have the major disadvantage that they consume large amounts of energy. For example, shredding wood chips into slices can be unreasonably expensive in terms of the energy balance, despite its effectiveness in terms of producing the desired shredded wood. This follows not only from the high consumption of electric power for the strong drive motor and of a kind used for the treatment of wood chips amount of steam, but also from the fact that large amounts of water pumped and handled together with the wood chips Müs sen ·
Man hat daher bereits versucht, Holzspäne oder andere Zellulose- oder faserhaltige Stoffe zu extrudieren. Die Vorteile des Extrudierens dieser Stoffe liegen theoretisch auf der Hand, insbesondere vom Gesichtspunkt der Energiebilanz her. In der Praxis ergeben sich jedoch wesentliche Schwierigkeiten, welche in der großen Schwierigkeit einer glatten und wirksamen Extrusion von rauhen und groben Stoffen wie Holzschnitzeln stammen. Versuche zur Extrusion von Holzschnitzeln führten entweder zu einem übermäßigen Saugen und Blasen oder zu anderen Anzeichen eines ungleichmäßigen Betriebs, oder sie führten häufiger zu einem vollständigen Verlegen der Maschine, was ein Abschalten und Reinigen erforderlich machte.Attempts have therefore already been made to extrude wood chips or other cellulose or fiber-containing substances. the Advantages of extruding these materials are theoretically obvious, especially from the point of view of the Energy balance. In practice, however, there are significant difficulties, which in the great Difficulty in smooth and effective extrusion from rough and coarse materials such as wood chips. Attempts at the extrusion of wood chips have resulted in either excessive suction and blowing or too much other signs of uneven operation, or, more often, resulted in complete misplacement the machine, which required shutdown and cleaning.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen zellulose- oder faserhaltige Stoffe in kommerziell vertretbarer Weise wirksam zerkleinert und zerfasert werden können.It is therefore the object of the invention to create a device and a method with which cellulose- or fibrous materials can be effectively shredded and fiberized in a commercially acceptable manner.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 13.The features of claim 1 and claim 13 serve to solve this problem.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren können Stoffe wie Holzschnitzel, Sägemehl und andere Holzrückstände, städtische Abfallfeststoffe und Ernterückstände, z.B. Weizenstroh, Maisstämme oder Bagasse ohne Schwierigkeiten verarbeitet werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Extruders lassen sich außerdem texturierte ganze Sojabohnen verarbeiten, die den üblichen hohen Fettgehalt haben.With the device according to the invention and the method can contain substances such as wood chips, sawdust and other wood residues, urban waste solids and crop residues, e.g. wheat straw, corn stems or bagasse can be processed without difficulty. With the help of Extruders according to the invention can also process textured whole soybeans, which are conventional have high fat content.
Der erfindungsgemäße Extruder weist einen länglichen Zylinder mit einem Materialeinlaß und einem Materialauslaß an gegenüberliegenden Enden auf, woboi in domThe extruder according to the invention has an elongated one Cylinder with a material inlet and a material outlet at opposite ends, woboi in dom
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Zylinder eine Schnecke drehbar ist, die dazu dient, das Material vom Einlaßende zum Auslaßende zu fördern. Die Schnecke ist so gebaut, daß sie den Materialstrom in der Vorrichtung glättet und das Entstehen einer Verstopfung verhindert. Es hat sich gezeigt, daß dieses Merkmal zusammen mit einer Düseneinrichtung am Auslaßende des Zylinders, die zur Veränderung des Durchgangsquerschnitts an der Düsenöffnung im Betrieb des Extruders dient, die Verarbeitung der zuvor erwähnten Stoffe wesentlich erleichtert.Cylinder a screw is rotatable, which serves to convey the material from the inlet end to the outlet end. the Auger is designed to smooth the flow of material in the device and prevent clogging prevented. It has been found that this feature, along with nozzle means at the outlet end of the cylinder, which is used to change the passage cross-section at the nozzle opening during operation of the extruder serves, the processing of the aforementioned substances is made much easier.
Vorteilhafterweise besitzt die Extruderschnecke eine erste, eingängige Einzugszone mit nur einem Schraubengang am Einlaßende des Zylinders, während eine Übergangszone stromabwärts von der Einzugszone liegt und erste und zweite Schraubengänge aufweist, die jeweils eine Reihe von Schraubenwicklungen darstellen. Die ersten und zweiten Schraubengänge wechseln sich entlang der Länge der Übergangszone ab und die Höhe des ersten Schraubengangs ist geringer als die des zweiten Schraubengangs. Schließlich weist die Schnecke eine Kompressionszone stromabwärts von der Übergangszone auf, welche sich in Richtung auf das Auslaßende des Zylinders erstreckt. Die Kompressionszone hat zwei oder drei Schraubengänge, um die Kompressionskräfte auf das Material zu erhöhen.The extruder screw advantageously has a first, catchy feed zone with only one screw thread at the inlet end of the cylinder, while a transition zone is downstream of the feed zone and has first and second helical flights, respectively represent a series of helical windings. The first and second threads alternate along the length of the transition zone and the height of the first screw flight is less than that of the second screw flight. Finally, the screw has a compression zone downstream of the transition zone, which extending towards the outlet end of the cylinder. The compression zone has two or three Screw threads to increase the compression forces on the material.
In einer bevorzugten Ausführungsform vergrößert sich die Höhe des ersten Schraubenganges in der Übergangszone allmählich und fortschreitend, bis sie der Höhe des zweiten Schraubenganges entspricht. In der Praxis beginnt der erste Schraubengang praktisch bei einer Höhe von Null und steigt allmählich auf die Höhe des zweiten Schraubengangs über einen Weg von einer 1/4 Umdrehung bis 10 Umdrehungen des ersten Schraubengangs an, ob-In a preferred embodiment, it increases in size the height of the first screw thread in the transition zone gradually and progressively until it is the height of the corresponds to the second screw thread. In practice, the first screw thread practically starts at one height from zero and gradually increases to the level of the second screw thread over a distance of 1/4 turn up to 10 turns of the first screw turn, whether
gleich eine größere oder kleinere Anzahl von Umdrehungen anwendbar ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kerndurchmesser konstant, in einer anderen
verändert er sich über seine gesamte Länge.
5a greater or lesser number of revolutions can be used. In a preferred embodiment the core diameter is constant, in another it changes over its entire length.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die einstellbare Düsenanordnung druckabhängig, d.h. die effektiven Abmessungen der Düsenöffnung werden in Abhängigkeit von Druckschwankungen im Zylinder geregelt. Es hat sich herausgestellt, daß dies die Arbeitseigenschaften des Extruders verbessert.In a preferred embodiment, it is adjustable The nozzle arrangement depends on the pressure, i.e. the effective dimensions of the nozzle opening are dependent on Controlled pressure fluctuations in the cylinder. It has been found that this is the working characteristics of the Extruder improved.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to figures; show it:
Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels;Figure 1 is a side view of an embodiment;
Figur 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1;FIG. 2 shows an end view of the device according to FIG. 1;
Figur 3 einen vergrößerten senkrechten Teilschnitt entlang der Linie 3-3 von Figur 2 unter Darstellung der Einzugszone, der Übergangszone und der Kompressionszone der Extruderschnecke;FIG. 3 shows an enlarged vertical partial section along the line 3-3 of FIG. 2 and shows the feed zone, the transition zone and the compression zone of the extruder screw;
Figur 4 einen vergrößerten senkrechten Teilschnitt durch das Auslaßende des Extruders unter Darstellung einer verstellbaren Düse;Figure 4 is an enlarged vertical partial section through the outlet end of the extruder showing an adjustable nozzle;
Figur 5 eine Seitenansicht der bevorzugten Schneckenübergangszone unter Darstellung der allmählichen und zunehmenden Vergrößerung der Ganghöhe des ersten Schneckenganges der Schnecke; undFigure 5 is a side view of the preferred screw transition zone showing the gradual and increasing the pitch of the first screw flight of the screw; and
Figur 6 einen Vertikalschnitt durch den in Figur 5 dargestellten Abschnitt.FIG. 6 shows a vertical section through the section shown in FIG.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Extruder 10 mit einem primären Beschickungstrichter 12, der mit einer geneigten Förderschnecke 14 versehen ist. Ein sekundärer Beschickungstrichter 16 ist ebenfalls Teil des Extruders 10 und ist mit einer Doppelschrauben-Beschickungsvorrichtung 18 und mit einer Extruderanordnung 20 versehen. Der Bes'chickungstrichter 12 hat üblichen Aufbau und weist die üblichen Stützen 22 auf. Die Förderschnecke 14 ist innerhalb des Beschickungstrichters 12 geneigt angeordnet und erstreckt sich durch deren offenes oberes Ende nach oben. Eine Förderschütte 24 dient dazu, aus dem Beschickungstrichter 12 hoch transportiertes Material in den sekundären Beschickungstrichter 16 zu übertragen. Der sekundäre Beschickungstrichter 16 hat ebenfalls einen an sich bekannten Aufbau und weist Stützen 26 sowie ein oben offenes Ende für die Abgabe des Materials von der Schütte 24 auf. Beide Beschikkungstrichter 12 und 16 sind vorzugsweise in der Nähe ihrer Böden mit rotierenden Schabern ausgerüstet, so daß dort eine Zusammenballung von Material verhindert wird.Figures 1 and 2 show an extruder 10 with a primary hopper 12, which is inclined with a Conveyor screw 14 is provided. A secondary hopper 16 is also part of the extruder 10 and is provided with a twin screw feeder 18 and an extruder assembly 20. The loading hopper 12 has the usual structure and has the usual supports 22. The screw conveyor 14 is inclined within the feed hopper 12 and extends through the open one top end up. A conveyor chute 24 is used to transport up from the feed hopper 12 Transfer material to secondary hopper 16. The secondary feed hopper 16 also has a structure known per se and has supports 26 and an end open at the top for the delivery of the material from the chute 24. Both loading hoppers 12 and 16 are preferably nearby their bases equipped with rotating scrapers, so that there is prevented a clumping of material will.
Die Extrudervorrichtung 20 weist einen länglichen, aus mehreren Abschnitten bestehenden rohrförmigen Zylinder 27 auf, der einen Einlaß 28 für Material aufweist, welcher mit einer Doppelschraubenschnecke 18 in Verbindung steht, und sie weist außerdem eine einstellbare Düse 30 auf, die in der Nähe des gegenüberliegenden Auslaßendes des Zylinders 27 angeordnet ist.The extruder device 20 comprises an elongated, multi-section tubular cylinder 27, which has an inlet 28 for material, which with a twin screw screw 18 in connection is, and it also has an adjustable nozzle 30, which is located in the vicinity of the opposite Outlet end of the cylinder 27 is arranged.
Die Extrudervorrichtung 20 weist ferner eine längliche, mehrfach unterteilte Schnecke 32 auf, die in dem Zylin-The extruder device 20 also has an elongated, multiply subdivided screw 32, which in the cylinder
der 27 angeordnet und darin von einem Motor 34 und einem Getriebe 36 drehbar ist. Die Schnecke 32 dient dazu, Material vom Einlaß 28 entlang der Länge des Zylinders 27 und schließlich durch die einstellbare Düse 30 zu fördern; außerdem dient die Schnecke 32 dazu, das Material Scherkräften auszusetzen und Wärme in der nachfolgend zu beschreibenden Weise an das Material zu übertragen.which is arranged 27 and rotatable therein by a motor 34 and a transmission 36. The screw 32 is used to this, material from inlet 28 along the length of cylinder 27 and finally through the adjustable nozzle 30 to promote; In addition, the screw 32 serves to expose the material to shear forces and heat in the to be transferred to the material in the manner to be described below.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zylinder 27 mit insgesamt 5 axial fluchtenden, miteinander verbundenen rohrförmigen Stücken 38 bis 46 sowie mit einem etwas kürzeren, im Inneren spiralförmig gerippten Kompressionsstück 48 versehen, welches eine kegel-In the illustrated embodiment, the cylinder is 27 with a total of 5 axially aligned, interconnected tubular pieces 38 to 46 and with a somewhat shorter compression piece 48, which is spirally ribbed inside and which has a conical
"15 stumpf artige Durchgangsbohrung aufweist. Schließlich ist die Düse 30 an das Auslaßende des Stücks 48 angebracht, um von dort gemäß Figur 4 Material aufzunehmen."Has 15 blunt-like through-hole. Finally For example, the nozzle 30 is attached to the outlet end of the piece 48 to receive material from there as shown in FIG.
In ähnlicher Weise ist die Schnecke 32 aus Abschnitten aufgebaut, die allgemein gesprochen als eine Einzugszone 50, als eine Übergangszone 52 und als eine Kompressionszone 54 bezeichnet werden. Die Einzugszone 52 weist ein eingängiges Schneckenelement 56 auf, welches in dem rohrförmigen Stück 38 angeordnet ist und zur Übertragung von Material vom Einlaß 28 entlang der Länge des Zylinders 27 zu der Übergangszone 52 dient.Similarly, the auger 32 is made up of sections, generally speaking referred to as a feed zone 50, may be referred to as a transition zone 52 and a compression zone 54. The feed zone 52 has a single-flight screw element 56 which is arranged in the tubular piece 38 and for Transfer of material from inlet 28 along the length of cylinder 27 to transition zone 52 is used.
Die Übergangszone 52 hat die Form eines besonderen Schneckenelements 58, welches stromabwärts von dem ersten Schneckenelement 56 liegt und mit diesem gekoppelt ist. Wie man am besten anhand von Figur 3 erkennt, liegt zwischen den Schneckenelementen 56 und 58 eine Dampfsperre 74. Diese Dampfsperre ist jedoch für die Extrusionsvorrichtung nicht unbedingt notwendig. Das die Übergangszone 52 bildende Schneckenelement 58 hatThe transition zone 52 is in the form of a special screw element 58 which is located downstream of the first screw element 56 lies and is coupled to this. As can best be seen from Figure 3, is between the screw elements 56 and 58, a vapor barrier 74. This vapor barrier is for the Extrusion device not absolutely necessary. The screw element 58 forming the transition zone 52 has
einen länglichen Körper, der eine im allgemeinen zylindrische Außenfläche 60 und einen konstanten oder abnehmenden Kerndurchmesser besitzt. Es ist natürlich auch möglich, eine Schnecke mit einem veränderlichen Kerndurchmesser zu verwenden. Auf dem Kern sind axial beabstandete erste und zweite Gewindegänge 62 und 64 vorgesehen, die sich von der Außenfläche 60 nach außen erstrecken und im allgemeinen schraubenförmig entlang der Länge des Schneckenkörpers erstrecken. Gemäß den Figuren 5 und 6 stellen der erste und der zweite Gewindegang 62 und 64 tatsächlich eine Folge von Schraubenwicklungen dar, wobei sich die beiden Gewindegänge entlang dem Körper abwechseln. Man erkennt außerdem, daß die Höhe des ersten Gewindegangs 62, also der Abstand von der Fläche 62 zur Außenfläche des Gewindegangs geringer als für den zweiten Gewindegang 64 ist. In der dargestellten Ausführungsform beginnt der erste Gewindegang 62 bei einer Höhe von Null und nimmt fortschreitend zu, und zwar während etwa 1 1/4 Umdrehungen des Gewindegangs, bis die Höhe des ersten Gewindeganges 62 der des zweiten Gewindeganges 64 entspricht. Diese allmähliche Zunahme der Gewindeganghöhe ist am besten den Figuren 5 und 6 entnehmbar, während der Anfangs- oder Nullpunkt 66 des ersten Gewindegangs 62 in Figur 3 erkennbar ist.an elongated body having a generally cylindrical outer surface 60 and a constant or decreasing one Has core diameter. It is of course also possible to use a screw with a variable core diameter to use. Axially spaced first and second threads 62 and 64 are provided on the core, extending outwardly from outer surface 60 and generally helically along the Extend the length of the screw body. According to FIGS. 5 and 6, the first and second thread turns 62 and 64 actually represent a series of helical windings with the two threads running along alternate with the body. It can also be seen that the height of the first thread 62, so the distance from of the surface 62 to the outer surface of the thread turn is smaller than for the second thread turn 64. In the illustrated Embodiment, the first thread 62 starts at a height of zero and progressively increases, namely during about 1 1/4 turns of the thread until the height of the first thread 62 of the second thread 64 corresponds. This gradual increase in thread pitch is best shown in FIGS 6 and 6, while the starting point or zero point 66 of the first thread turn 62 can be seen in FIG.
Wie weiter unten näher erläutert wird, hat die Übergangszone 52 die Aufgabe, den Strom von rauhem, grobem Material zu glätten, welcher durch den Extruder läuft, um eine Verlegen der Vorrichtung zu verhindern.As will be explained in more detail below, the task of the transition zone 52 is to keep the flow of rough, coarse Smooth out any material running through the extruder to prevent misplacement of the device.
Die Kompressionszone 54 nimmt den Rest der Länge des Extruder-Zylinders 27 ein, d.h. die Kompressionszone 54 liegt in den Stücken 40 bis 48. Die Kompressionszone 54 ist aus ein oder mehreren Doppelschraubenschnecken gebildet, beispielsweise aus den Schneckenelementen 68The compression zone 54 takes up the remainder of the length of the extruder barrel 27, i.e. the compression zone 54 lies in the pieces 40 to 48. The compression zone 54 is formed from one or more twin screw screws, for example from the screw elements 68
und 70, die in den Figuren 3 und 4 dargestellt sind. Außerdem weist die Kompressionszone 54 ein konisches Schneckenelement 72 auf, das innerhalb des Stücks 48 gemäß Figur 4 liegt. Gegebenenfalls liegt eine Dampfsperre 74 zwischen den jeweiligen Schneckenelementen, welche die gesamte Kompressionszone 54 bilden.and 70 shown in FIGS. 3 and 4. The compression zone 54 also has a conical screw element 72 that extends within the piece 48 according to Figure 4 is. If necessary, there is a vapor barrier 74 between the respective screw elements which form the entire compression zone 54.
Es ist dem Fachmann klar, daß die beschriebenen Schnekkenelemente im wesentlichen rohrförmig aus einzelnen Abschnitten aufgebaut sind und eine Mittelbohrung aufweisen. Der gesamte Extruder ist üblicherweise mit einer mittleren, angetriebenen Keilwelle ausgestattet, welche die die gesamte Schnecke 32 bildenden Schneckenelemente sowie die Dampfsperren aufnimmt. Der rohrförmige Aufbau des Schneckenelements 58 ist in Figur 6 bei 76 dargestellt.It is clear to the person skilled in the art that the screw elements described are essentially tubular from individual Sections are constructed and have a central bore. The entire extruder is usually with equipped with a central, driven spline shaft, which the entire screw 32 forming screw elements as well as the vapor barriers. The tubular structure of the screw element 58 is shown in FIG 76 shown.
Die Düse 30 weist folgende Bauelemente auf: Ein längliches, rohrförmiges, axial verschiebbares Kolbenkopfstücke 78, eine längliche, axial drehbare und teilweise in dem Kolbenkopfstück 78 angeordnete Düsennadel 80, Hydraulikeinrichtungen 82, die mit dem Kolbenkopfstück 78 funktionsmäßig gekoppelt sind und zum axialen Verschieben des letzteren in beiden axialen Richtungen dient, Druckfühler 84, die funktionsmäßig in dem Zylinder 27 angeordnet sind und zum Messen des darin herrschenden Druckes dienen, und Kopplungseinrichtungen 86, welche die Druckfühler 84 und die Hydraulikeinrichtung 82 funktionsmäßig verbinden.The nozzle 30 has the following components: An elongated, tubular, axially displaceable piston head piece 78, an elongated, axially rotatable and partially arranged in the piston head piece 78 nozzle needle 80, hydraulic devices 82, which are functionally coupled to the piston head piece 78 and for axial displacement the latter serves in both axial directions, pressure sensor 84 which is functionally in the cylinder 27 are arranged and serve to measure the pressure prevailing therein, and coupling devices 86, which the pressure sensors 84 and the hydraulic device 82 functionally connect.
Das Kolbenkopfstück 78 weist eine Seitenwand 86 sowie innere, Bohrungen definierende Wandbereiche auf, welche zusammen eine kontinuierliche Bohrung 88 bilden, die sich durch die Länge des Kolbenkopfstücks 78 erstrecken.The piston head piece 78 has a side wall 86 as well inner, bore-defining wall areas which together form a continuous bore 88, the extend through the length of the piston head piece 78.
Insbesondere ist ein erster kegelstumpfartiger Wandab-In particular, a first frustoconical wall ab-
schnitt 90 vorgesehen, der sich von dem extremen Einlaßende des Kolbenkopfstücks 78 konvergierend nach innen erstreckt. Ein zweiter kegelstumpfförmiger Wandabschnitt 92 mit einem ersten Ende von größtem Durchmesser 94 und einem zweiten Ende von kleinstem Durchmesser 96 ist ebenso wie ein dritter Wandabschnitt 98 des zylindrischen Aufbaus vorgesehen, der sich um das zweite Ende von kleinstem Durchmesser 96 des Wandabschnitts 92 erstreckt.Section 90 is provided which converges inwardly from the extreme inlet end of the piston head piece 78 extends. A second frustoconical wall section 92 having a first end of largest diameter 94 and a second end of smallest diameter 96 is provided, as is a third wall section 98 of the cylindrical structure, which extends around the second The end of the smallest diameter 96 of the wall portion 92 extends.
Die Wandabschnitte 90 und 92 bilden zusammen einen kegelstumpf förmigen Einlaßenden-Bohrungsabschnitt, während der Wandabschnitt 98 einen Auslaßenden-Bohrungsabschnitt von im wesentlichen konstantem Durchmesser bildet. Der Durchmesser des Bohrungsabschnitts am Auslaßende ist im wesentlichen gleich groß wie der Durchmesser des kleinsten Endes 96 des Wandabschnitts 92, welcher frei von Hindernissen für die Materialdurchströmung ist.The wall portions 90 and 92 together form a frustoconical inlet end bore portion while wall portion 98 has an outlet end bore portion of substantially constant diameter forms. The diameter of the bore section at the outlet end is essentially the same as the diameter of the smallest end 96 of the wall section 92, which is free of obstacles for the material to flow through is.
Die Außenfläche des Kolbenkopfstücks 78 hat einen unregelmäßigen Aufbau und weist vier über den Umfang verteilte, periphere Vertiefungen auf, die nicht dargestellt sind und an dem Auslaßende des Kopfstücks 78 liegen, während ein ringförmiger, nach außen vorstehender Aufbau 100 zwischen dem Einlaß- und Auslaßende des Kolbenkopfstücks 78 liegt. Jeweils glatte, zylindrische Auflageflächen 102 und 104 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen von den gegenüberliegenden Enden des Aufbaus 100 zu nachfolgend erläutertem Zweck.The outer surface of the piston head piece 78 has an irregular structure and has four circumferentially distributed peripheral indentations, not shown, and at the outlet end of the head piece 78 lie, while an annular, outwardly protruding structure 100 between the inlet and outlet ends of the Piston head piece 78 lies. Each smooth, cylindrical Support surfaces 102 and 104 extend in opposite directions from the opposite ends of the structure 100 for the purpose explained below.
Die Düsennadel 80 hat eine längliche, kegelstumpfförmige Form und wird von einer glatten, konvergierenden Seitenwand und einer kreisförmigen Stirnwand gebildet.The nozzle needle 80 has an elongated, frustoconical shape Shape and is formed by a smooth, converging side wall and a circular end wall.
Das den größten Durchmesser aufweisende Ende der Düsen-The largest diameter end of the nozzle
ft * *ft * *
•• mmmm
- 19 -- 19 -
nadel 80 setzt an dem Ende des konischen Schneckenelements 72 an, welches den kleinsten Durchmesser hat und bildet daher einen Fortsatz des letzteren. Die Düsennadel 80 dreht sich daher während des Betriebs der Extrusionsvorrichtung zusammen mit dem Schneckenelement 72. Vorzugsweise ist die Düsennadel 80 einstückig mit dem Schneckenelement 72.needle 80 is attached to the end of the conical screw element 72, which has the smallest diameter and therefore forms an extension of the latter. The nozzle needle 80 therefore rotates during operation of the extrusion device together with the screw element 72. Preferably, the nozzle needle 80 is integral with the Screw element 72.
Man erkennt in Figur 4, daß die konvergierende Seitenwand der Düsennadel 80 in bezug auf den Wandabschnitt 92 komplementär geformt ist, um dadurch eine ringförmige Extrusionsöffnung 106 zwischen der Seitenwand der Düsennadel 80 und dem Wandabschnitt 92 zu bilden. Man erkennt auch, daß der Querschnitt der Extrusionsöffnung 106 durch Axialverschiebung des Kolbenkopfstücks 78 in näher zu erläuternder Weise verändert werden kann.It can be seen in Figure 4 that the converging side wall of the nozzle needle 80 with respect to the wall section 92 is complementarily shaped to thereby create an annular extrusion opening 106 between the side wall of the To form nozzle needle 80 and the wall section 92. It can also be seen that the cross section of the extrusion opening 106 can be changed by axial displacement of the piston head piece 78 in a manner to be explained in more detail.
Die insgesamt einstellbare Düse 30 weist ein ringförmiges, /mit Öffnungen versehenes stationäres Teil 108 auf, das in der dargestellten Weise mit dem Auslaßende des die Kompression bewirkenden Stücks 48 verschraubt ist. Die innerste Fläche des stationären Teils 108 ist glatt und kreisförmig und weist eine kreisförmige Vertiefung auf, in der eine Dichtung 110 liegt. Das stationäre Teil 108 ist so geformt, daß es zusammen mit den Auflageflächen 102 und 104 und mit dem Aufbau 100 erste und zweite Hydraulikfluidkammern 112 und 114 bildet. Ein Paar von Bohrungen 116, 118 durchsetzt das stationäre Teil 108 und steht mit den Hydraulikfluidkammern 112, 114 in Verbindung. Schematisch dargestellte Leitungen 120, 122 für Hydraulikfluid sind an die jeweilige Bohrung 116 bzw. 118 gemäß Figur 4 angeschlossen.The overall adjustable nozzle 30 has an annular / apertured stationary part 108, which is screwed to the outlet end of the compression-causing piece 48 as shown. The innermost surface of the stationary part 108 is smooth and circular and has a circular recess in which a seal 110 is located. The stationary part 108 is shaped so that it together with the Forms bearing surfaces 102 and 104 and with the structure 100 first and second hydraulic fluid chambers 112 and 114. A pair of bores 116, 118 penetrate the stationary part 108 and communicate with the hydraulic fluid chambers 112, 114 in connection. Lines 120, 122 shown schematically for hydraulic fluid are connected to the respective Bore 116 or 118 according to Figure 4 connected.
Die Hydraulikeinrichtung 82 hat einen üblichen Aufbau und ist daher nur schematisch dargestellt. Der FachmannThe hydraulic device 82 has a conventional structure and is therefore only shown schematically. The expert
weiß jedoch, daß und wie die Hydraulikeinrichtung 82 Hydraulikfluid unter Druck entweder zur Bohrung 112 oder zur Bohrung 114 leitet, und zwar in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen im Zylinder 27, die von dem Druckfühler 84 gemessen werden. Die Hydraulikeinrichtung 82 weist somit ein übliches Hydraulikfluidreservoir, eine Hydraulikpumpe und Magnetventile auf.knows, however, that and how the hydraulic device 82 delivers hydraulic fluid under pressure to either bore 112 or leads to the bore 114, depending on the pressure conditions in the cylinder 27, which of the Pressure sensor 84 are measured. The hydraulic device 82 thus has a conventional hydraulic fluid reservoir, a hydraulic pump and solenoid valves.
Der Druckfühler 84 ist üblicherweise ein Druckwandler, der in einer geeigneten Bohrung angeordnet ist, die sich durch die Seitenwand des Kompressionsstücks 48 erstreckt. Der Druckfühler 84 kann somit die Druckverhältnisse in dem Zylinder 27 am Einlaß zur Düse 30 messen. Falls übermäßige Druckverhältnisse im Zylinder 27 gemessen werden, wird Hydraulikfluid in die Hydraulikf luidkammer 112 eingeleitet, wodurch das Kolbenkopfstück 78 in Figur 4 nach rechts verschoben wird und dadurch den Querschnitt der Extrusionsöffnung 106 vergrößert, wodurch der Druck abfällt. Wird andererseits ein zu geringer Druck gemessen, so wird Hydraulikfluid in die Hydraulikfluidkammer 114 eingeleitet und dadurch das Kolbenkopfstück 78 in Figur 4 nach links verschoben, wodurch der Querschnitt der Düsenöffnung 106 verringert und die Zylindertemperatur erhöht wird.The pressure sensor 84 is usually a pressure transducer which is arranged in a suitable bore, the extends through the side wall of compression piece 48. The pressure sensor 84 can thus determine the pressure conditions Measure in cylinder 27 at the inlet to nozzle 30. If there is excessive pressure in the cylinder 27 are measured, hydraulic fluid is introduced into the hydraulic fluid chamber 112, whereby the piston head piece 78 is shifted to the right in FIG. 4 and thereby increases the cross section of the extrusion opening 106, causing the pressure to drop. On the other hand, if too low a pressure is measured, then hydraulic fluid becomes introduced into the hydraulic fluid chamber 114 and thereby displaced the piston head piece 78 to the left in FIG. whereby the cross-section of the nozzle opening 106 is reduced and the cylinder temperature is increased.
Die zuvor beschriebene Düse 30 ist in der US-Patentanmeldung 06/210684 vom 26. November 1980 in Einzelheiten beschrieben. Auf die Offenbarung dieser Anmeldung, bzw. anderer paralleler Anmeldungen wird hiermit ausdrücklieh Bezug genommen.The nozzle 30 described above is detailed in U.S. Patent Application 06/210684 dated Nov. 26, 1980 described. The disclosure of this application or other parallel applications is hereby expressly lent Referenced.
Außerdem kann eine externe hydraulische Kolben- und Zylinderanordnung anstelle der zum Verschieben des Kolbenkopfstücks 78 beschriebenen internen Einrichtung verwendet oder zu ihrer Unterstützung eingesetzt werden.In addition, an external hydraulic piston and cylinder assembly can be used in place of the one used to slide the piston headpiece 78 can be used or used to support it.
Es hat sich gezeigt, daß die Extrusion von Stoffen wie Holzschnitzeln, holzartigen Stoffen, Papier, feste Abfallstoffe einer Gemeinde, Ernterückstände und ganze oder gemahlene Sojabohnen mit der beschriebenen Vorrichtung wesentlich verbessert werden kann. Allgemein gesprochen besteht die Wirkung der Übergangszone in Verbindung mit der einstellbaren Düse 30 darin, die Strömung in dem Zylinder 27 des Extruders auszugleichen, um eine Verlegen zu verhindern. Es hat sich gezeigt, daß die Übergangszone 52 die Scherkräfte auf das Material zwischen der geringe Scherkräfte aufweisenden Einzugszone 50 und der hohe Scherkräfte aufweisenden Kompressionszone 54 allmählich steigert, während die einstellbare Düse 30 eine gute Kontinuität des Betriebs durch Zuordnung der Düsenquerschnittsöffnung zur Menge des einlaufenden Materials und zu den darauf wirkenden Scher- und Arbeitsbedingungen beibehält. Diese Komponenten erleichtern die manchmal schwierige Extrusion von unbearbeiteten, groben Stoffen, wie sie zuvor beschrieben wurden, sehr wesentlich. Prüfversuche mit bekannten Extrusionsvorrichtungen haben für das Extrudieren von Holzspänen zu einem Verlegen oder zu einem unökonomischen Betrieb geführt, während die erfindungsgemäße Vorrichtung das gleiche Einsatzprodukt ohne Schwierigkeiten verarbeiten konnte.It has been shown that the extrusion of materials such as wood chips, wood-like materials, paper, solid waste materials a community, crop residues and whole or ground soybeans with the device described can be significantly improved. Generally speaking, the effect of the transition zone is related with the adjustable nozzle 30 in it to balance the flow in the barrel 27 of the extruder to to prevent an embarrassment. It has been found that the transition zone 52 reduces the shear forces on the material between the draw-in zone 50 having low shear forces and the compression zone having high shear forces 54 gradually increases while the adjustable nozzle 30 provides good continuity of operation Allocation of the nozzle cross-sectional opening to the amount of incoming material and to the acting on it Maintains shear and working conditions. These components facilitate the sometimes difficult extrusion of unprocessed, coarse materials, as described above, are very important. Tests with known Extrusion devices have been laying or uneconomical for extruding wood chips Operation performed, while the device according to the invention the same input product without difficulty could handle.
Bei der Extrusion von Zellulose- oder faserhaltigen Stoffen setzt man zweckmäßigerweise vor oder während des Extrusionsprozesses Flüssigkeit hinzu, um einen gesamten Feuchtigkeitsgehalt, d.h. Eigenfeuchtigkeit plus zugesetzter Feuchtigkeit, von etwa 5 bis 75 Gew.% und vorzugsweise von etwa 30 bis 50 Gew.% zu erhalten. Während der Extrusion soll die Temperatur in dem Zylinder 27 des Extruders auf etwa 100 bis 3400C gehalten werden. Die Druckverhältnisse in dem Zylinder 27 soll-In the extrusion of cellulose or fiber-containing materials, liquid is expediently added before or during the extrusion process in order to add a total moisture content, ie inherent moisture plus added moisture, of about 5 to 75% by weight and preferably of about 30 to 50% by weight obtain. During extrusion, the temperature should be maintained in the cylinder 27 of the extruder at about 100-340 0 C. The pressure conditions in the cylinder 27 should-
ten über etwa 14 bar liegen, vorzugsweise zwischen etwa 14 bar bis 350 bar und insbesondere zwischen etwa 53 bis 105 bar. Das Material soll während der Extrusion in dem Zylinder 27 etwa 15 bis 200 Sekunden lang gehalten werden, vorzugsweise etwa 30 bis 60 Sekunden lang. Dies wird nicht nur durch Einstellung der Drehzahl der Schnecke 32, sondern auch durch Einstellung des freien Querschnitts der Extrusionsöffnung 106 zwischen der Düsennadel 80 und dem Wandabschnitt 92 erreicht. Beispielsweise beträgt dieser Abstand etwa 0,025 mm bis etwa 12,7 mm, vorzugsweise 0,25 mm bis etwa 5 mm. Wie bereits erwähnt erfolgt diese Einstellung vorteilhafterweise in Abhängigkeit von den Druckverhaltnxssen innerhalb des Zylinders 27.th are above about 14 bar, preferably between about 14 bar to 350 bar and in particular between about 53 bar up to 105 bar. The material is said to be held in cylinder 27 for about 15 to 200 seconds during extrusion , preferably for about 30 to 60 seconds. This is not just done by adjusting the speed of rotation of the Screw 32, but also by adjusting the free cross section of the extrusion opening 106 between the The nozzle needle 80 and the wall section 92 are reached. For example, this distance is about 0.025 mm to about 12.7 mm, preferably 0.25 mm to about 5 mm. As already mentioned, this setting takes place advantageously as a function of the pressure conditions within the cylinder 27.
Bei der Extrusion von Holzschnitzeln zur Erzeugung eines zerfaserten Produkts, welches für die Herstellung von Faserplatten geeignet ist, werden Holzspäne von geeigneten mittleren Abmessungen, beispielsweise 25 mm so genommen, wie sie sind, ohne daß sie vorgeweicht oder vorgefeuchtet werden, und sie werden so in den Zylinder 27 der Extrudervorrichtung 20 eingespeist. Bei manchen Holzarten kann es jedoch zweckmäßig sein, das Holz vorher anzufeuchten. Als Holz kann praktisch jedes Holz verwendet werden, also Hartholz und Weichholz. Typischer Hölzer sind Gummibaum, Espenholz, Pappelholz, Pinien- oder Walnußholz, welche typischerweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 60 Gew.% haben. Der Extruder wird normalerweise mit 75 bis 600 U/Min, vorzugsweise mit 150 bis 300 U/Min betrieben.In the extrusion of wood chips to produce a fiberized product that is used for manufacturing of fibreboard is suitable, wood chips of suitable average dimensions, for example 25 mm Taken as they are, without being pre-soaked or pre-moistened, and they are so in the Cylinder 27 of the extruder device 20 is fed. For some types of wood, however, it can be useful to use the Moisten the wood beforehand. Virtually any wood can be used as wood, i.e. hardwood and softwood. Typical woods are rubber tree, aspen wood, poplar wood, pine or walnut wood, which typically one Have a moisture content of 20 to 60% by weight. The extruder is usually running at 75 to 600 rpm, preferably operated at 150 to 300 rpm.
Während des anfänglichen Anlaufens saugt und bläst die Vorrichtung normalerweise, was durch Veränderung des wirksamen Querschnitts der Extrusionsöffnung 106 geregelt wird, bis diese Öffnung der Beschickungsrate fürDuring the initial start-up, the device normally sucks and blows, which is achieved by changing the effective cross section of the extrusion opening 106 regulated is until this opening of the feed rate for
Holzschnitzel entspricht. Wenn sich ein kontinuierlicher Betrieb eingestellt hat, dann wird die Düse 30 so eingestellt, daß ihre Düsenöffnung 106 sich verändert, wenn der Druck im Zylinder 27 deutlich von beispielsweise 70 bar abweicht. Dieser Einstellwert läßt sich über einen beträchtlichen Bereich verändern, welcher von der Art des gewünschten Endprodukts abhängt, nämlich ob dieses kleinere oder größere Teilchengrößen haben soll.Wood chip corresponds. If there is a continuous Has ceased operation, then the nozzle 30 is adjusted so that its nozzle opening 106 changes, if the pressure in the cylinder 27 deviates significantly from, for example, 70 bar. This setting value leaves change over a considerable range, which depends on the type of end product desired, namely whether this should have smaller or larger particle sizes.
Bei der Extrusion von städtischen Abfallfeststoffen und Ernterückständen gilt im wesentlichen das zuvor Gesagte. Typischerweise sollte der gesamte Feuchtigkeitsgehalt derartiger Einsatzprodukte im Mittel etwa 40 Gew. ° haben und die Druckeinstellung für die Düsenanordnung liegt üblicherweise bei etwa 70 bar.In the extrusion of urban waste solids and For crop residues, what has been said above applies essentially. Typically it should be total moisture such input products have an average of about 40 wt. ° and the pressure setting for the nozzle arrangement is usually around 70 bar.
Claims (23)
Sabetha, Kansas,WENGER MANUFACTURING
Sabetha, Kansas,
liegt.16. The method according to claim 15, characterized in that (
lies.
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