DE69223869T2

DE69223869T2 - Vorrichtung zur Verarbeitung von extrudierbaren Materialien

Info

Publication number: DE69223869T2
Application number: DE69223869T
Authority: DE
Inventors: Maurice William Vincent
Original assignee: Stork Protecon Langen BV
Current assignee: Townsend Engineering Co
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: DK0523868T3; ATE161687T1; GB9113789D0; EP0523868A1; EP0523868B1; DE69223869D1; CA2072294A1; US5409366A; JPH06170917A

Description

Die Erfindung betrifft das Verarbeiten extrudierbaren Materiales, und insbesondere einen Schneckenprozessor mit Mitteln zum Steuern des Erzeugens von Scherkräften innerhalb der Vorrichtung.
Schneckenprozessoren umfassen üblicherweise eine oder mehrere Gewindeschnecken, die in einem Gehäuse drehbar gelagert sind. Dem Gehäuse wird zu verarbeitendes Material zugeführt und durch Umlauf der Schnecke oder der Schnecken einem Auslaß zugeführt. Das verarbeitete Material wird normalerweise am Auslaß durch ein Werkzeug hindurchgeführt. In der Verarbeitungsvorrichtung enthaltenes Material wird Scherkräften unterworfen, die durch Reaktion zwischen dem Schneckengewinde und dem Gehäuse, aber auch zwischen miteinander zusammenarbeitenden Schneckengewindeteilen erzeugt werden, wobei Doppeischnecken verwendet werden. Die Wirkung des Schneckengewindes auf das Material besteht auch darin, dessen Druck zu steigern, so daß Drücke am Auslaß in der Größenordnung zwischen 7 und 360 bar nicht ungewöhnlich sind. Das Material kann während des Durchgangs durch den Schneckenprozessor auch erhitzt werden. Dies kann mit Hilfe von äußeren Erhitzern geschehen, die derart angeordnet sind, daß sie das Gehäuse dann aufheizen, wenn das Material vom Einlaß zum Auslaß fließt; es kann jedoch auch durch reibungserzeugte Wärme aufgeheizt werden.
Herkömmliche Schneckenprozessoren sind von einem Getriebe angetrieben, das an einem Ende angeordnet ist und das eine Welle antreibt, die in einem Lager gelagert ist, angeordnet am Einlaßende des Gehäuses. Da es schwierig ist, einen Durchlaß für das extrudierte Material zu schaffen, damit dieses um ein Lager am Auslaßende herumfließt, ist die Welle bzw. sind die Wellen, die die Schnecken lagern, normalerweise im Gehäuse fliegend gelagert. Demzufolge wird die Welle Radialkräften unterworfen, die die Welle verbiegen, so daß sie während des Mischens des Extrusionsvorganges das Gehäuse erfaßt. Hierdurch wird ein abrasiver Metall-Metall-Kontakt hervorgerufen, ferner ein hoher Verschleiß zwischen dem Außenumfang der Schnecke und den Innenflächen des Gehäuses. Zufolge des Kontaktes zwischen Welle und Gehäuse treten im Gehäuse Scherkräfte auf, die nicht vorherbestimmbar und variabel sind. Beim Verarbeiten gewisser Materialien, insbesondere von Stärkeprodukten, kännen bei Vorliegen unkontrollierter Scherkräfte unerwünschte Änderungen oder Schäden auftreten. Beim Verarbeiten von Getreidestärken, beispielsweise zu Frühstücks-Getreide, Snacks oder Knäckebrot, oder beim Umwandeln vegetabilischen Proteins in fleischartige Produkte kännen beispielsweise unerwünschte Änderungen und Abbau des Rohstoffes durch unerwünscht hohe lokale Scherkräfte auftreten.
Stärkezellen kännen typischerweise wenigstens teilweise zerrissen, und die Polysaccharide in den Stärken zu kürzeren Oligosacchariden wie Maltose abgebaut werden. Demzufolge kännen Farbstoffe und Aromastoffe nachteilig beeinflußt werden. Läßt sich das Maß der Scherkräfte, die auf die Materialien aufgebracht werden, bei deren Bearbeiten beeinflussen, so könnte ein unerwünschter Abbau vermieden und das gewünschte Maß des Umwandeins in das Produkt erzielt werden. Während es theoretisch möglich ist, das Maß der Scherkräfte durch Ändern der Drehzahl oder der Geometrie der Schnecken zu beeinflussen, ist dies in der Praxis sehr schwierig wegen der Verwindung der Schnecken, die bei einem herkömmlichen Schneckenprozessor auftritt. Die Erfindung strebt an, das Maß der Scherkräfte, die auf das zu bearbeitende Material aufzubringen sind, insbesondere einen Lebensmittelrohstoff, zu beeinflussen, um sodann das gewünschte Umwandlungsmaß des Produktes während des Extrusionsprozesses zu erzielen. Beispielshalber läßt sich bei stärkehaltigen Materialien das Maß des Reißens der Stärkezellen je nach Wunsch verändern, von praktisch null zu einer Behandlung, bei welcher Stärkezellen quellen, jedoch nicht reißen, über Behandlungen, bei welchen wenigstens einige Zellen reißen und schließlich bis zur vollständigen Zerstörung der Stärkestruktur.
GB-A-2034628 beschreibt einen Mehrstufenextruder für plastisches Material. Zu bearbeitendes Material wird in einer ersten Stufe von Einfülltrichtern mittels Schnecken bearbeitet, die Material zu einer zentral angeordneten Öffnung fördern. Durch diese Öffnung wird Material zu einer zweiten Stufe überführt, in welcher eine einzige Schnecke, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, Material zu einem Abgabeende drückt. Am Abgabeende ist die Schraube ungelagert und bildet einen ringförmigen Spalt mit dem Ende des Gehäuses.
FR-A-2325278 beschreibt einen Schneckenextruder mit einer Schnecke, deren Gänge unter einem gewissen Winkel geneigt sind, um das Material zu einem Abgabeende zu drücken. Die Schnecke ist in einem Gehäuse drehbar angeordnet und am Abgabeende des Gehäuses nicht in Lagern gelagert. Eine scherkrafterzeugende Einrichtung mit einem Ringspalt, gebildet aus einer Buchse und der Welle der Schnecke, ist zwischen den Enden der Welle aneordnet.
Gemäß der Erfindung wird ein Schneckenextruder vorgesehen zum Bearbeiten extrudierbaren Materiales, mit einem Gehäuse, das einen Einlaß zum Einführen des zu bearbeitenden Materiales aufweist, einen Auslaß für das bearbeitete Material, eine drehbar gelagerte Welle, die sich innerhalb des Gehäuses befindet und eine erste sowie eine zweite Schnecke zum Druckbeaufschlagen des zu bearbeitenden Materiales durch eine scherkrafterzeugende Einrichtung trägt, wobei die Welle im Bereich ihrer Enden in Lagern gelagert ist und erste sowie zweite Schneckengänge entgegengesetzter Richtung aufweist, die derart relativ zueinander geneigt sind, daß Druckkräfte, die von den ersten Gängen während des Bearbeitens des Materiales ausgeübt werden, wenigstens teilweise ausgeglichen werden durch Druckkräfte, erzeugt durch die zweiten Schneckengänge, und wobei die scherkrafterzeugende Einrichtung im Bereich des Auslasses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die scherkrafterzeugende Einrichtung eine Buchse aufweist, die relativ zum Gehäuse fest ist, daß die Welle oder ein Vorsprung hiervon sich in die Buchse hineinerstreckt und einen Ringspalt mit der Buchse bildet, durch welchen das Material hindurchgedrückt wird, um den Auslaß aus dem Gehäuse zu erreichen, wobei die während des Durchgangs durch die Vorrichtung auf das Material aufgebrachte Scherkraft in der scherkrafterzeugenden Einrichtung konzentriert wird.
Länge und Profil der Schraube bzw. der Schrauben wird in der Regel derart ausgewählt, daß ein größerer Teil der Scherkraft, die im Extruder auftritt, in der scherkrafterzeugenden Einrichtung erzeugt wird. In der scherkrafterzeugenden Einrichtung enthalten die Parameter, die das Maß der erzeugten Scherkraft beeinflussen, den Querschnitt, die Länge sowie die Gestalt des Spaltes in der Einrichtung. Die effektive Länge des Spaltes läßt sich vergrößern durch Vorsehen eines Labyrinthkanales durch den Spalt in der scherkrafterzeugenden Einrichtung.
Die scherkrafterzeugende Einrichtung umfaßt eine Buchse, die relativ zum Gehäuse fest ist und die teilweise oder ganz die Welle umgibt, die die Schnecke oder die Schnecken trägt.
Die Welle, auf welcher die Schnecke montiert ist, ist in den einander gegenüberliegenden End bereichen der Welle gelagert (z. B. in Lagern). Die scherkrafterzeugende Einrichtung ist zwischen den Lagerpunkten der Welle angeordnet.
Der Schneckenprozessor weist ausgewuchtete Schnecken auf, die in ein und demselben Gehäuse arbeiten; die Anordnung ist derart getroffen, daß die von einer ersten Schnecke auf das zu bearbeitende Material ausgeübten Kräfte wenigstens teilweise kompensiert werden durch Kräfte, die durch die zweite Schnecke ausgeübt werden.
Im folgenden sollen Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden:
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Extruders gemäß der Erfindung;
Figur 2 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Figur 2;
Figur 3 ist eine Draufsicht in Richtung III-III in Figur 1 auf die Schnecken, wobei das obere Teil des Gehäuses entfernt ist, ohne daß sich jedoch die scherkrafterzeugenden Einrichtungen an Ort und Stelle befinden;
Figur 4 ist eine Ansicht ähnlich jener gemäß Figur 3, zeigt jedoch scherkrafterzeugende Einrichtungen an Ort und Stelle, teilweise im Schnitt;
Fig. 4a ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Figur 4;
Figur 5 ist ein Längsschnitt durch eine Scherzellenbuchse und einen Wellenbereich mit einem Labyrinthscherspalt;
Figur 5a ist ein ähnlicher Schnitt durch eine Scherzellenbuchse mit Wellenbereich mit einem Labyrinthscherspalt mit einer wellenartig gekrümmten Wegstrecke;
Figur 6 zeigt eine Vorrichtung zum Heranführen von Material an einen Schneckenprozessor der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Art;
Figur 7 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung zum Steuern der Zufuhrvorrichtung gemäß Figur 6 zeigt.
Aus den Figuren 1, 2 und 3 erkennt man, daß die Vorrichtung ein Gehäuse 1 aufweist, mit Einlaßöffnungen, die an Zufuhrtrichter 2 zum Heranführen von zu bearbeitendem Material zur Vorrichtung aufweist. Während des Verarbeitens wird Material nach und nach gegen das Zentrum des Gehäuses hin komprimiert und aus Auslaß 3 ausgestoßen. Der am Gesenkkopf erzielte Druck liegt üblicherweise zwischen 7 und 360 bar. Ein Senkkopf, der eine profilierte Öffnung aufweist, geeignet für die zu extrudierende Gestalt, ist am Auslaß 3 montiert.
Innerhalb des Gehäuses 1 und eingebettet in Zylinder 4, 5, die gestrichelt dargestellt sind, befindet sich ein Paar Schnecken 6, 7, die am besten in Figur 3 gezeigt sind. Die Schnecken 6, 7 sind auf Wellen 9,10 montiert und mittels eines Getriebes 8 angetrieben. Die Wellen 9,10 sind von einer Lagereinheit 11 getragen und an die Schnecken durch Kupplungsbuchsen 12,13 angekoppelt. Die Wellen 9,10 sind an dem dem Getriebe 8 entfernten Ende von einem Lagerblock 14 getragen, und das Gesamtgehäuse ist auf Tragblocks 15,16 montiert. Das Getriebe kann auf jede herkämmliche Art angetrieben sein, beispielsweise durch einen Elektromotor, durch einen Luft- oder Hydraulikmotor, oder durch einen Verbrennungsmotor. Nicht gezeigte Kühlvorrichtungen, z. B. in Gestalt eines wassergekühlten Mantels, der im Gehäuse eingeschlossen ist, können dazu verwendet werden, um die Temperatur zu steuern, bei welcher das Bearbeiten stattfindet. Alternativ können ähnliche Mittel vorgesehen werden, um die Temperatur anzuheben, bei welcher das Bearbeiten durchgeführt wird, durch Zirkulieren eines Heizmediums durch einen solchen Mantel oder durch elektrische Heizelemente, die sich mit dem Gehäuse in leitendem Kontakt befinden.
Figur 3 zeigt das Herzstück der Prozessoreinrichtung. Jede Welle 9,10 weist genutete Abschnitte auf, die sich zwischen den Enden des Gehäuses erstrecken, welche die beiden Schnecken tragen 6, 7 und 6a, 7a. Alternativ können die Schnecken mittels Keilen auf den Wellen gehalten werden. Die Schnecken 6, 6a weisen Gewindegänge auf, die in entgegengerichtetem Sinne zu den Schnecken 7, 7a ausgerichtet sind. Die Schnecken können in Abschnitten aufgebaut und durch interne, ineinander eingreifende Nuten zusammenmontiert sein, oder mittels Keilen auf den Wellen 9,10. Die Schnecken können aus einer Mehrzahl von getrennten Abschnitten aufgebaut sein, so daß die Neigung und Feinheit der Gewinde über die Länge einer jeden Welle leichter variiert werden kann. Die bevorzugte Ausführungsform bezüglich der Steigung der Schneckengänge besteht jedoch darin, daß diese von den äußeren Enden gegen den zentralen Punkt der Welle hin feiner werden, und daß die Schneckengänge mit der Welle einteilig sind.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist die Steigung, Feinheit und Anzahl von Windungen einer jeden Schnecke symmetrisch um eine Mittellinie, die durch die Auslaßöffnung 3 verläuft, so daß eine Schnecke ein Spiegelbild der anderen Schnecke auf derselben Welle ist. Wird zu bearbeitendes Material in gleichmäßigen Mengen und von ähnlicher Konsistenz einem jeden Ende des Gehäuses 1 über Trichter zugegeben, so wird die durch die Schnecken 6, 6a erzeugte Kraft somit genau ausgeglichen durch die Kraft, die durch die Schnecken 7, 7a erzeugt wird. Die auf die Lager 11,14 an jedem Ende des Gehäuses aufgebrachten Kräfte sind somit identisch und heben sich gegenseitig auf.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform laufen die Schnecken in gleichem Drehsinn um. Dies hat zur Folge, daß die Schnecken selbstwischend sind. Ein Gegenlauf der Schnecken kann jedoch bei einigen Materialien wünschenswert sein.
Zwischen dem Umfang der Schnecken und der Innenfläche des Zylinders sollte ein Spalt herrschen. In der Praxis ist ein Spalt von zwischen 0,3 und 1,0 mm angebracht. Kleinere Spalte werden für niedrigviskoses Material bevorzugt, und umgekehrt. Obgleich der Spalt auch größer sein kann als angegeben, sollte er im allgemeinen 2 mm nicht überschreiten. In Fällen, in welchen zwei miteinander kämmende Schnecken vorgesehen sind, sollte der Spalt zwischen den miteinander kämmenden Gängen von ähnlicher Größenordnung sein. Die Wellen 9,10 sind mit Dichtungen 20, 21 versehen, um ein Austreten von zu bearbeitendem Material aus dem Raum zwischen den umlaufenden Wellen und den Gehäuseenden zu vermeiden.
Um die Vorrichtung sauberzuhalten und zu warten, ist es wünschenswert, daß ein leichter Zugang zu den Schnecken 6, 7 usw. besteht. Dies läßt sich erreichen durch zweiteiliges Ausbilden des Gehäuses und Durchtrennen der beiden Hälften mittels Verschwenkens auf das andere oder mittels Anhebens und Absenkens der oberen Hälfte. Die letztgenannte Anordnung ist in Figur 2 veranschaulicht, wobei die obere Hälfte des Gehäuses 1 in eine Offenstellung mittels eines Betätigungshebels 23 verschwenkt werden kann, so wie strichpunktiert dargestellt. Alternativ kann die obere Hälfte des Gehäuses 1 auf vertikalen Führungen montiert sein, die angehoben werden durch mediumbetätigte Heber oder Gewindeheber. Obgleich der Zylinder des Gehäuses in Figur 3 ausgekleidet dargestellt ist, ist dies nicht für die Vorrichtung gemäß der Erfindung entscheidend, da ein mechanischer Verschleiß dann kein Problem darstellt, wenn ausgeglichene Schnecken verwendet werden.
Ein Verfahren zum Steuern der Scherkraft, die durch den Extruder gemäß der Figuren 1 bis 3 erzeugt wird, ist in den Figuren 4 und 4a veranschaulicht. In den Figuren 4 und 4a beziehen sich dieselben Bezugszeichen auf ähnliche Komponenten wie in den Figuren 1 bis 3. Zwischen den Paaren von Schnecken befinden sich zwei Scherzellen 55, 56 (siehe Figur 4). Diese Scherzellen umfassen Buchsen 59, 60, die jene Wellenbereiche 57, 58 umgeben, auf welchen die Schnecken montiert sind. Die Buchsen sind in Bezug auf das Gehäuse drehfest mittels Zapfen, die durch das Gehäuse hindurch und in die Buchsen eingeführt sind. Es sind Wellenbereiche 57, 58 in der Lage, innerhalb der Buchsen umzulaufen und somit ringförmige Scherspalte 61, 62 zu bilden, durch welche Material, komprimiert durch die Schnecken, hindurchtreten muß, um den Auslaß 61 zu erreichen. Der Ringspalt 59 ist an den Auslaß 3 mittels eines Überführkanales angeschlossen. Der Scherspalt 61 oder 62 kann variieren, abhängig vom Maß der gewünschten Scherkraft, liegt jedoch üblicherweise innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 8 mm, vorzugsweise 1 bis 4 mm. Im Falle niedrigviskosen Materiales, z. B. eines Zuckersirups, kann ein Spalt von etwa 0,5 mm geeignet sein, während ein schwerer Teig einen Spalt von mehr als 4 mm verlangen kann. Durch Ändern der Länge, Breite und des Profiles des Ringspaltes oder Kanals läßt sich das Maß der entwickelten Scherkraft variieren. Jede Buchse 59, 60 ist als Paar von halbzylindrischen Schalen ausgebildet, die mittels Zapfen zusammengefügt sind, um die Buchse zu ergeben. Die Buchsen sind ferner derart bearbeitet, daß miteinander zusammenarbeitende Abfiachungen 63 entstehen.
An der Stelle 64 können zusätzliche Einlässe vorgesehen werden, beispielsweise für das Einspritzen von Flüssigkeiten oder verändernden Zuschlägen zum Hauptgemisch, das im Extruder bearbeitet wird.
Die Buchsen 59, 60 sind mit einer äußeren Umfangs-Überführnut 65, 66 versehen, die an die abgeflachten Bereiche 63 zwischen den beiden Buchsen angeschlossen ist, so daß in beiden Längsrichtungen durch die Spalte 61, 62 extrudiertes Material gesammelt und zum Auslaß 3 in eine Gesenkplatte gefördert wird. Bei der in den Figuren 4 und 4a dargestellten Ausführungsform wandert Material, das durch jede Schnecke durch den Scherzellenspalt gepreßt wird, entlang nur einer Hälfte der Länge des Spaltes 61, 62, bevor es den Transferkanal 65, 66 erreicht und aus dem Extruder austritt. Scherzellen mit einer gesamten Buchsenlänge 59, 60 von etwa 130 mm auf einem Wellenteildurchmesser 57, 58 von etwa 55 mm haben sich als erfolgreich erwiesen. Bei größeren oder kleineren Extrudern ist es zu bevorzugen, die obigen Dimensionen im wesentlichen proportional zu wählen.
Die Figuren 5 und 5a zeigen alternative Möglichkeiten des Gestaltens der miteinander zusammenwirkenden Flächen der Wellenbereiche 57, 58 und der Innenflächen der Hülsen, die die Buchsen 59, 60 bilden, um eine gekrümmte Wegstrecke durch die Spalte zu schaffen. In Figur 5 ist der Wellenbereich mit Umfangsrippen 68 versehen, und einer Buchse (die aus zwei Hülsenhälften hergestellt ist) sind Umfangsnuten 69 angeformt, die mit den Rippen 68 zusammenarbeiten. Man erkennt, daß die Rippen und Nuten gemeinsam eine Scherzelle bilden, die eine labyrinthartige Wegstrecke für das von Gehäuse 1 zum Auslaß 3 wandernde komprimierte Material bilden. Diese gekrümmte Wegstrecke erstreckt sich über die effektive Länge des Spaltes (z.B. um das Vier- bis Fünffache), und erlaubt es, daß auf einem relativ kurzen Bereich des Extruders eine größere Scherkraft entwickelt wird. Eine abgewandelte Ausführungsform ist in Figur 5a dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Welle mit einem wellenartigen Profil 68a versehen, während die Innenfläche der Buchse ein entsprechendes Profil hat.
Die Anwendung einer Scherzelle, vorgesehen bei einem Schneckenextruder gemäß der Erfindung, ermöglicht es, ein Schleifen der Schnecken am Zylinder zu vermeiden, während das gewünschte Maß der Scherung am zu bearbeitenden Material aufgebracht wird.
Ein genaues Ausgleichen der Schubkraft, die durch die beiden Schnecken in einem Extruder ausgeübt wird, so wie in den Figuren 1 bis 4 veranschaulicht, wird durch die Strömung des Materiales zu den Einlässen 2 beeinflußt. Das Dosieren der Materialdurchsätze von Einführtrichtern läßt sich in Abhängigkeit von Signalen kontrollieren, die durch Drucksensoren an den Lagern der Welle erzeugt werden. Es kann jedoch ein Zuflußsystem vorgesehen werden, das den Durchsatz, das Maß der Belüftung und den Abbau des Prozeßmateriales an jedem Ende des Zylinders ausgleicht. Ein geeignetes Zuführsystem ist in Figur 6 dargestellt. Diese zeigt einen einzigen Fülltrichter 71, aus welchem Material mittels Schneckenförderern 72, 72a entnommen wird, mit Schnecken, die auf einer gemeinsamen Welle 73 sitzen. Die Geometrie der Schnecken 72, 72a ist identisch, jedoch ist ihr Drehsinn ein entgegengerichteter. Da sie bei ein und derselben Drehzahl eines Motors 74 und eines Antriebs 75 umlaufen, ist auch der Durchsatz des Materiales, das von jedem Abgaberohr 76 zugeführt wird, ebenfalls identisch. Somit läßt sich Prozeßmaterial mit gleichen Durchsätzen aus den Rohren 76 jedem Ende des Prozessors einspeisen. Die in Figur 6 gezeigte Fördervorrichtung ist an sich neu und kann dazu verwendet werden, die Zufuhr eines Vorratsmateriales zu anderen Prozessoren zu steuern.
Alternativ können getrennte Schneckenförderer, angetrieben von einzelnen Schrittmotoren oder anderen steuerbaren Motoren, jeweils für sich in Abhängigkeit von Drucksensoren gesteuert werden, die an Lagern der Wellen 9,10 an einem Ende des Gehäuses eines Extruders der in den Figuren 1 bis 4a gezeigten Art angeordnet sind. Diese Anordnung ist in Figur 7 veranschaulicht, wobei Spannungsmesser SG1 und SG2 den Druck in den Lagern 11 messen.
Tritt ein gesteigerter Massenfluß von Prozeßmaterial zur Einlaßöffnung 2 auf, so herrscht an den Lagern 11 ein erhöhter Schub, was zu einem vergrößerten Schub auf die Spannungsmesser SG1 führt.
Der Ausgang aus dem Spannungsmesser SG1 wird von einem programmierbaren logischen Regler PLC aufgenommen und über eine Zeitbasis überwacht. Der PLC berechnet automatisch die Änderung des Druckes über der Zeit und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Programm. Zeigt der Vergleich, daß das Differential zwischen der tatsächlichen Druckänderung und der vorprogrammierten Druckänderung während einer vorgegebenen Zeitspanne ansteigt, so wird ein Signal an den zugeordneten, pulvergespeisten Schneckenmotor-Antriebsregler MC1 gegeben, um die Pulverzufuhrmenge gemäß einer programmierten Verringerung zu verringern, die zuvor dem Speicher des PLC eingegeben wurde.
Die Verringerung des Durchsatzes des Prozeßmateriales, das der Öffnung 2 zugeführt wird, verringert den auf die Lager 11 wirkenden Druck und damit den auf den Spannungsmesser SG1 wirkenden Druck. Dies führt zu einer Verringerung des Differentials zwischen der angezeigten Druckänderung und der vorprogrammierten Druckänderung.
Die vorprogrammierte Druckänderung wird derart ermittelt, daß die programmierte Änderung nicht überschritten wird, weshalb der resultierende kumulierte Druck auf die Lager 11 deren ausgelegte Belastung nicht überschreitet.
Ein erhöhter Massendurchsatz an Prozeßmaterial, das der Zufuhröffnung 2 zugeführt wird, führt demgemäß zu einem erhöhten Druck im anderen Sinne auf die Lager 11 und damit zu einem erhöhten Druck auf dem Spannungsmesser SG2 und wiederum zu einem resultierenden Signal vom PLC zum Motorantriebsregler MC2, der den zugeordneten Motor und die Pulverzufuhrschnecke steuert. Die Pulverzufuhrschnecke kann so, wie in Figur 6 schematisch dargestellt, gestaltet sein, ausgenommen dessen, daß die einzelnen Pulverzufuhrschnecken durch steuerbare Motoren unabhängig angetrieben sind. Mehrfachstart-Zufuhrschnecken (doppelt oder dreifach) sind zu bevorzugen, da diese einen konstanten Matenalstrom liefern.
Wird stärkehaltiges Material in gekühlten Extrudern verarbeitet, so ist es allgemein üblich, im Bereich der Pulverzufuhrstelle Wasser einzuspritzen. In einigen Fällen können vegetabilische Öle oder andere Flüssigkeiten und Lösungen entlang des Zylinders eingespritzt werden, z. B. an der Stelle 64 in Figur 4. Frühere Erfahrungen zeigen, daß der Gesamtdruck im System dadurch abgesenkt werden kann, daß das Wasser-Pulver-Verhältnis erhöht wird. Im Hinblick hierauf sollte das Programm zusätzliche Signale ermöglichen, die den Pumpenmotor-Drehzahlreglern MC3 und MC4 dann zugeführt werden, wenn dies bei gewissen Anwendungen erforderlich ist.
Bei zahlreichen Getreideanwendungen kann der Druck im System dadurch abgesenkt werden, daß die Drehzahl der Extruderschnecken erhöht wird. Das Programm kann daher ein weiteres Signal aus dem PLC einschließen, das die Schneckendrehzahl dann anhebt, wenn die Druckregelung aus irgendeinem Grunde durch Verändern der zugeführten Menge nicht richtig eingestellt ist.
Da dies einen Grenzzustand darstellt, wäre ein solches Signal von einem Alarmsignal sowie von der Aktivierung eines automatisierten Abschaltvorganges begleitet. Es versteht sich, daß die Anordnung gemäß Figur 7 zum Steuern jeglichen ausgeglichenen Schneckenextruders geeignet ist, ungeachtet ob mit einer Scherzelle ausgestattet oder nicht.

Claims

1. Schneckenextruder zum Verarbeiten extrudierbaren Materials, mit einem Gehäuse (1), das einen Einlaß (2) zum Zuführen von zu bearbeitendem Material aufweist, einen Auslaß (3) für bearbeitetes Material, eine Welle (9,10), die im Gehäuse drehbar gelagert ist und eine erste und eine zweite Schnecke (6, 7) zum Druckbeaufschlagen von Material aufweist, das durch eine scherkrafterzeugende Einrichtung (55, 56) zu bearbeiten ist, wobei die Welle von Lagern (11,14) im Bereich ihrer Enden getragen ist und erste sowie zweite Schneckengänge im entgegengesetzten Sinn (6, 6a, 7, 7a) aufweist, die derart relativ zueinander geneigt sind, daß von den ersten Schneckengängen während des Bearbeitens von Material ausgeübte Kräfte wenigstens teilweise ausgeglichen werden durch Druckkräfte, die von den zweiten Schneckengängen ausgeübt werden, und wobei die scherkrafterzeugende Einrichtung im Bereich des Auslasses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die scherkrafterzeugende Einrichtung eine Buchse (59, 60) aufweist, die relativ zum Gehäuse fest ist, daß die Welle oder ein Fortsatz hiervon sich in die Buchse hineinerstreckt und einen Ringspalt mit der Buchse bildet, durch welchen bearbeitetes Material hindurchgedrückt wird, um den Auslaß aus dem Gehäuse zu erreichen, wobei auf das Material während des Durchganges durch die Vorrichtung aufgebrachte Scherkraft in der scherkrafterzeugenden Einrichtung konzentriert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Welle in Lagern auf beiden Seiten der scherkrafterzeugenden Einrichtung gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Buchse einen Überführkanal aufweist, der sich durch deren Wand hindurcherstreckt, um den Ringspalt und den Auslaß miteinander zu verbinden.

4. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei die Schneckengänge auf ihren entsprechenden Wellen durch miteinander zusammenarbeitende Keile getragen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei das Gehäuse ein Paar zueinander paralleler Wellen aufnimmt und jede Welle Schneckengänge in entgegengerichtetem Sinne aufweist, und ein Schneckengang auf einer Welle mit einem entsprechenden Schneckengang auf der parallelen Welle in Eingriff steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, die zwei scherkrafterzeugende Einrichtungen aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, die einen am Auslaß angeordneten Gesenkkopf umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei die scherkrafterzeugende Einrichtung zwischen den Enden des Gehäuses angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei der Spalt der scherkrafterzeugenden Einrichtung eine Öffnung von 0,5 bis 5 mm aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Öffnung zwischen 0,5 und 2 mm liegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei das Gehäuse ein oder mehrere Heizelemente zum Kochen des Materials während dessen Durchgang durch das Gehäuse aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei das Gehäuse wenigstens zwei Einlässe zum Einführen eines oder mehrerer zu bearbeitender Materialien aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, das einen Zulaufregler zum getrennten Regeln der Zufuhrmenge oder der Art des dem Gehäuse über die Einlässe zugeführten Materiales aufweist, und wobei der Zufuhrregler durch Drucksensoren im Bereich der die Welle tragenden Lager gesteuert wird, wobei der durch eine Schnecke ausgeübte Druck im wesentlichen ausgeglichen wird durch den von der anderen Schnecke ausgeübten Druck.