DE3709798A1 - Mehrteilige schnecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrteilige Schnecke, insbesondere Extruderschnecke für die Verarbeitung von Kautschukmischungen, Kunststoffen o. dgl. mit einer Innenwelle und darauf angeordneten als einzeln austauschbare Hohlkörper geformten Schneck­ kenabschnitten, wobei die Schneckenabschnitte die Aufgabe haben, das durch eine als Einlauf dienende Fütteröffnung zugeführte Material zu fördern, auf­ zubereiten und durch eine Austrittsöffnung zu extrudieren.

Mehrteilige Extruderschnecken sind aus der deut­ schen Offenlegungsschrift 24 57 016, der deutschen Patentschrift 20 36 010 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift 69 15 822 bekannt. Eine grundlegende Schwierigkeit bei allen bekannten mehrteiligen Schneckenausführungen ist deren ver­ minderte Festigkeit gegenüber Schnecken aus einem Stück. Dadurch ist die Leistungsfähigkeit einer solchen mehrteiligen Schnecke gegenüber einer Voll­ schnecke vermindert, insbesondere dann, wenn der Schneckenkerndurchmesser klein ist. Bei den heutigen Kautschukschnecken ist dies oft der Fall.

Im Verhältnis zu den Kunststoffschnecken haben die Kautschukschnecken sehr tiefgeschnittene Schnecken­ gänge. Der Kerndurchmesser liegt meistens in dem Bereich von (0,5 bis 0,6)× Außendurchmesser.

Im Kernquerschnitt muß auch üblicherweise die Schneckentemperierung untergebracht werden, d. h. der Schneckenkern muß eine Bohrung haben für die Aufnahme eines koaxialen Rohres, das meistens als Vorlauf einer Temperierflüssigkeit wie Wasser oder Öl dient. Der Hohlraum zwischen der Schneckenboh­ rung und dem Rohr dient als Rücklauf.

Vor allem bei den Kautschukschnecken ist aus den oben genannten Gründen sehr wenig Platz vorhanden für die Unterbringung von Elementen für die Dreh­ momentübertragung zwischen den Schneckenteilen, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 24 57 016 beschrieben sind.

Erschwerend kommt hinzu, daß das zu übertragende Drehmoment von der Schneckenspitze bis zum Schnek­ keneinlaufteil ständig zunimmt, und zwar normaler­ weise überproportional. Dies hängt mit der Tempera­ turabhängigkeit der Mischungsviskosität zusammen.

Es ist z. B. bei mit kalten Kautschukmischungen ge­ fütterten Schnecken üblich, daß 1/3 des Gesamtdreh­ moments einer Schnecke in dem Einzugsbereich ent­ steht. Erst wenn die Mischung durch die Dissipa­ tionswärme auf höhere Temperatur gebracht worden ist, nimmt die Viskosität und damit die Drehmoment­ übertragung zwischen Mischung und Schnecke stark ab.

Der Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, eine mehrteilige Schnecke zu schaffen, die es er­ möglicht, auch bei tiefgeschnittenen Schneckengän­ gen große Drehmomente zu übertragen, und die für die Aufnahme einer Schneckentemperierung geeignet ist, wobei die gesamte Schneckengeometrie aus aus­ tauschbaren Schneckenteilen bestehen soll.

Bei den bekannten Anwendungen wird häufig nur ein Teil der Schnecke austauschbar ausgelegt, und zwar der Austragsteil. Der Rest der Schneckengeometrie ist dann zusammen mit dem Schneckenschaft aus einem Stück. Damit sind zwar in dem Bereich, in dem die Drehmomente am größten sind, die Probleme mit der verminderten Schneckenfestigkeit aufgrund der Mehr­ teiligkeit umgangen. Leider ist es aber dann nicht möglich, die Schneckengeometrie einer Schnecke, je nach Einsatzbereich zu variieren. Die Schnecken­ geometrie im Einlaufbereich hat jedoch einen maß­ gebenden Einfluß auf wichtige Schneckenparameter wie Ausstoß, Endtemperatur des Extrudats und Homo­ genität des Extrudats. Eine Schnecke nach dem Bau­ kastenprinzip aufzubauen, ist also besonders erstre­ benswert, wenn auch die Einlaufgeometrie dem Rest der Schneckengeometrie angepaßt, d. h. ausgetauscht werden kann. Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, auch die für die Gesamtauslegung der Schnecke so wichtige Einlaufgeometrie austauschbar zu gestalten.

Danach wird bei einer Schnecke der eingangs angege­ benen Art vorgeschlagen, daß die Innenwelle in ihrem gegenüber dem Einlauf des Extruders rück­ wärts liegenden Teil als Schneckenschaft mit gegen­ über dem Einlauf größerem Wellendurchmesser ausge­ bildet ist, daß die Innenwelle vom Einlauf ab ledig­ lich das Drehmoment aus den stromabwärts liegenden Schneckenabschnitten aufnimmt und daß der dem Ein­ laufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt ledig­ lich mit dem Schneckenschaft drehfest verbunden ist. Dabei ist von der Überlegung ausgegangen wor­ den, daß eine mehrteilige Schnecke mit etwa gleich­ wertigen Leistungen wie die einer ungeteilten Schnecke erreicht werden soll und daß deshalb der Kernquerschnitt in dem am meisten beanspruchten Teil, nämlich im Einlaufbereich der Schnecke am wenigsten geschwächt werden darf.

Im Einlaufbereich der Schnecke wird erfindungsge­ mäß das Gesamtdrehmoment in zwei Anteile aufge­ teilt. Der eine Anteil wird über den einen äußeren Ringquerschnitt mit den dazugehörigen Schnecken­ stegen bildenden betreffenden Schneckenabschnitt in den Schneckenschaft hineingeleitet. Der zweite Anteil wird durch die Innenwelle, die mit dem Schneckenschaft fest verbunden ist, übertragen. Zwischen dem äußeren Ringquerschnitt und der Innenwelle ist keine form- oder kraftschlüssige Verbindung vom Einlauf ab vorhanden, so daß der Kernquerschnitt nur durch die zwischen diesen Teilen notwendige Toleranzgröße geschwächt wird. Die zwei Anteile des Gesamtdrehmoments werden außerhalb der Schneckengeometrie im Schnecken­ schaft wieder zusammengeführt, d. h. dort wo die Anordnung ungeschwächt von Schneckengängen ist.

Diese Schneckenausführung bietet neben allen Vor­ zügen einer geteilten Schnecke auch etwa die glei­ chen Leistungsdaten wie eine ungeteilte Schnecke. Günstigere Daten ergeben sich sogar in Bezug auf die erwähnte Drehmomentaufteilung. Im Einlaufbe­ reich wird die Fähigkeit der Schneckenstege, Dreh­ momente zu übertragen, wie bei einer ungeteilten Schnecke ausgenutzt, obwohl die Austauschbarkeit uneingeschränkt vorhanden ist. Wegen der Austausch­ barkeit können die verschiedenen Mischungseigen­ schaften kostengünstig berücksichtigt werden, z. B. durch Geometrieanpassungen für Mischungen in Strei­ fen-, Granulat- oder Pulverform.

Weiterhin sind die Vorteile einer mehrteiligen Schnecke hinsichtlich des Verschleißes zu erwähnen. Verschleiß tritt meist örtlich verstärkt auf, wie im Einlaufbereich und am Austragsteil der Schnecke. Die betroffenen Teile können bei nachlassender Funktionsfähigkeit einer Schnecke einfach und wirt­ schaftlich ausgetauscht und ausgebessert werden.

Die Verbindung zwischen dem dem Einlaufbereich zu­ geordneten Schneckenabschnitt und dem Schnecken­ schaft erfolgt zweckmäßig durch einen Schrauban­ schluß der unter Berücksichtigung des hier zu übertragenden Teildrehmoments dimensioniert wird und eine leichte Auswechselbarkeit des Schnecken­ abschnitts mit sich bringt.

Der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt kann wegen des auf ihn allein entfallenden Drehmo­ mentanteils auch unter Einbeziehung des Wider­ standsmomentes der Schneckenstege ohne weiteres mit einem größeren Innendurchmesser als dem der strom­ abwärts liegenden Schneckenabschnitte ausgebildet sein und damit auch einen größeren Außendurchmesser für die Innenwelle in diesem Bereich ermöglichen.

Gemäß einem weiteren Schritt der vorliegenden Er­ findung sind der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt und der entsprechende Abschnitt der Innenwelle vom Einlauf ab mit durchgehend glatt zylindrischer Innen- bzw. Außenfläche versehen, die im Gleit- oder Schiebesitz aufeinanderliegen. Da­ durch ist auch eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermedium in der Innenbohrung der Schnecke bzw. der Innenwelle und dem Schneckenab­ schnitt, mit dessen Oberfläche das Extrudat in Be­ rührung kommt, gewährleistet.

Damit Verarbeitungsgut vom Schneckeneinlauf nicht stromaufwärts getrieben wird, ist der dem Einlauf­ bereich zugeordnete Schneckenabschnitt oberhalb des Einlaufs außen mit einem Gewinde mit gegenüber den Schneckenstegen bei gleichem Außendurchmesser er­ heblich geringerer Steghöhe und Stegsteigung versehen.

Die stromabwärts liegenden weiteren Schneckenab­ schnitte sind über eine Zahnwellen- oder Vielkeil­ wellenkupplung drehfest mit der Innenwelle ver­ bunden. Die axiale Befestigung oder Verspannung dieser Schneckenabschnitte, von denen einer oder mehrere vorhanden sind, kann vom austragsseitigen Ende der Innenwelle her erfolgen.

Die vorgeschlagene Schnecke läßt sich in sehr günstiger Weise auch bei sog. Stiftzylindern ein­ setzen, bei denen im Schneckengehäuse eine oder mehrere Reihen von radial nach innen in den Bereich der Schneckenstege vorspringenden Stiften angeordnet sind. Dann empfiehlt es sich, außer Schneckenab­ schnitten mit Schneckenstegen, dort wo sich Stifte befinden, kurze steglose Schneckenabschnitte vorzu­ sehen. Die für die Stifte erforderlichen axialen Abstände zwischen den Schneckenstegen können den Abmessungen im Stiftzylinder bei der Verwendung von steglosen Abschnitten leicht angepaßt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schnecke dargestellt, und zwar in

Fig. 1 in schematisierter Gesamtansicht, in

Fig. 2 in einer ausschnittsweisen Vergrößerung des Einlaufbereichs der Schnecke, in

Fig. 3 im Teilschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, in

Fig. 4 im Teilschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2, und in

Fig. 5 in Ansicht auf eine Abwandlung stromab­ wärts liegender Schneckenabschnitte.

In einem Schneckengehäuse 1 eines Schneckenextru­ ders dreht sich eine Schnecke 2 mit einem Schneckenschaft 3 einer Schneckenwelle 4 und auf dieser wendelförmig angeordneten Schneckenstegen 5, durch die Verarbeitungsgut vom Einlauf 6 zum Aus­ tragsende an der Schneckenspitze 7 befördert wird. Der Schneckenschaft 3 ist im Anschluß an einen am stromaufwärts liegenden Ende der Schnecke 2 befind­ lichen Abschlußbund 8 etwas abgesetzt und trägt auf dem Absatz ein Schraubgewinde 9.

Noch vor dem Einlauf 6 des Extruders ist er noch­ mals abgesetzt und setzt sich von hier als Innen­ welle 10 der Schnecke bis zur Schneckenspitze fort. Ein dem Einlaufbereich zugeordneter Schneckenab­ schnitt 11 ist mit einem innen zylindrischen Teil 12 auf die Innenwelle 10 gleitend aufgeschoben und mit einem Innengewinde 13 über das Schraubgewinde 9 gegen den Abschlußbund 8 gezogen. Dieser dem Ein­ laufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt 11 trägt etwa vom Einlauf 6 ab Schneckenstege 14 zur Förde­ rung und Verarbeitung des Extrudats. Oberhalb des Einlaufs ist er mit einem niedrigen Gewinde 15 zur Rückförderung etwa hier eingedrungenen Verarbei­ tungsgutes belegt.

Der nächstfolgende Schneckenabschnitt 16, auf dem sich die Schneckenstege 14 fortsetzen, ist auf dem hier nochmals etwas abgesetzten Teil 17 der Innen­ welle über eine in Fig. 4 näher dargestellte Zahn­ wellenkupplung 18 mit Zähnen 19 drehfest angeordnet.

Fig. 3 dient der Erläuterung des Schiebesitzes 20 zwischen dem Teil 12 des dem Einlaufbereich zugeordneten Schneckenabschnitts 11 und dem entsprechenden Teil der Innenwelle 10.

Fig. 5 zeigt die Zwischenschaltung eines zur Aufnahme einer nicht dargestellten Stiftreihe im Schneckengehäuse bestimmten steglosen Schneckenab­ schnittes 21 zwischen mit Schneckenstegen 14 be­ setzten Schneckenabschnitten 16. Sie sind sämtlich über Zahnwellenkupplungen mit der Innenwelle 10 verbunden.

Claims (7)

1. Mehrteilige Schnecke, insbesondere Extruder­ schnecke für die Verarbeitung von Kautschuk­ mischungen, Kunststoffen o. dgl. mit einer Innen­ welle und darauf angeordneten als einzeln aus­ tauschbare Hohlkörper geformten Schneckenab­ schnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ nenwelle (10) in ihrem gegenüber dem Einlauf (6) des Extruders rückwärts liegenden Teil als Schneckenschaft (3) mit gegenüber dem Einlauf (6) größerem Wellendurchmesser ausgebildet ist, daß die Innenwelle (10) vom Einlauf (6) ab lediglich das Drehmoment aus den stromabwärts liegenden Schneckenabschnitten (16) aufnimmt und daß der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt (11) lediglich mit dem Schneckenschaft (3) drehfest verbunden ist.

2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt (11) auf den Schneckenschaft (3) aufgeschraubt ist.

3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt (11) mit einem größeren Innendurchmesser als die stromabwärts liegenden Schneckenabschnitte (16) versehen ist.

4. Schnecke nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dem Einlaufbereich zuge­ ordnete Schneckenabschnitt (11) und der entspre­ chende Abschnitt der Innenwelle (10) vom Einlauf (6) ab mit durchgehend glatt zylindrischer Innen- bzw. Außenfläche versehen sind, die im Gleit- oder Schiebesitz aufeinanderliegen.

5. Schnecke nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt (11) oberhalb des Einlaufs (6) außen mit einem Gewinde (15) mit gegenüber den Schneckenstegen (14) bei gleichem Außendurchmesser erheblicher geringerer Steghöhe und Stegsteigung versehen ist.

6. Schnecke nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strom­ abwärts liegenden Schneckenabschnitte (16) über eine Zahnwellen- oder Vielkeilwellenkupplung (18) mit der Innenwelle (2) verbunden sind.

7. Schnecke nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer Schneckenabschnitten (11, 16) mit Schnecken­ stegen (14) auch kurze steglose (21) Schnecken­ abschnitte vorgesehen sind, die zur Aufnahme einer oder mehrerer Reihen von aus der Wand des Schneckengehäuses in den Schneckenraum vor­ springenden Stiften dienen.