EP0203260A2 - Knetmaschine - Google Patents
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- EP0203260A2 EP0203260A2 EP86101551A EP86101551A EP0203260A2 EP 0203260 A2 EP0203260 A2 EP 0203260A2 EP 86101551 A EP86101551 A EP 86101551A EP 86101551 A EP86101551 A EP 86101551A EP 0203260 A2 EP0203260 A2 EP 0203260A2
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Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
- B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms
- B01F27/701—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms comprising two or more shafts, e.g. in consecutive mixing chambers
- B01F27/702—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms comprising two or more shafts, e.g. in consecutive mixing chambers with intermeshing paddles
Definitions
- the invention relates to a kneading machine with a loading opening and mutually adjacent kneading chambers, each of which connects its interior and has an opening which is oriented transversely to the axes of the kneading tools and in which two axially parallel kneading tools can preferably be driven in opposite directions at different speeds.
- Kneading machines of this type are known for many applications.
- a batch introduced into the kneading chamber through the loading opening always has to be processed for a certain time, if necessary provided with additives and then removed.
- Silicates asbestos, talc, kaolin, metal oxides, dyes, glass fibers, synthetic reinforcing fibers, graphite fibers, boron fibers, as well as liquid additives such as plasticizers.
- antioxidants such as antioxidants, light stabilizers, stabilizers, crosslinking agents, lubricants, processing aids, fire retardants, antistatic agents or blowing agents have to be incorporated in the polymer materials in an exact concentration in the most homogeneous possible distribution.
- the process usually runs in such a way that the additives and the plastic granules are metered in with dosing scales, mixed in a continuously operating mixing extruder, mostly in the thermoplastic state, and extruded as strands at the head end of the extruder, which are then extruded with a cutting machine be granulated.
- Mixing and / or plasticizing processes can thus be carried out in the mixing extruder.
- the filled plastic granules can be processed further into molded parts, for example in injection molding machines.
- the filler content in the majority of cases is likely to be 50% or less in order not to unduly lower the mechanical strength and other important properties of the plastic parts.
- Another new area of application for continuously operating mixing extruders is the production of fuels and explosives as well as pyrotechnic articles.
- they worked mainly on solid fuels, propellant powder, explosive charges with plastic binders and pyrotechnic articles.
- so-called double-base solid fuels were produced using the thermoplastic working process, while other products are processed in the solvent phase or due to a liquid polymeric binder from a pasty state.
- Nitrocellulose as a polymeric component is impact and friction sensitive materials. The same applies to explosive components. These substances and compounds are often also very thermally sensitive and fizzle out at temperatures between 170 ° C and 250 ° C.
- Kneading machines of the type mentioned at the outset are also known from US Pat. No. 2,698,962 and DE-AS 11 31 389, in which two kneading chambers are arranged one above the other, but in which kneading screws are also arranged.
- kneading screws are also arranged.
- the kneaded material will get too quickly from one kneading chamber to the other and from there to its discharge opening before gravity achieves the desired consistency can reach.
- gravity ensures that the kneaded material is transported relatively quickly, so that the dwell time of the kneaded material is relatively short.
- the invention is therefore based on the object to provide a kneading machine of the type mentioned, with which a longer residence time of the kneaded material can be achieved, with sensitive fuels and explosives as well as other filled plastics being able to be continuously mixed and kneaded in great homogeneity without that there is a risk that the mixing and kneading tools touch the wall of the kneading chamber.
- a good compression of the kneaded product should be achieved when leaving the kneading machine, so that any air influences or the like that may have been incorporated during the kneading are avoided as far as possible.
- the solution to this problem is that at least three kneading chambers are arranged next to each other in an approximately horizontal row and are each connected by an opening and that at the end of the row of kneading chambers a discharge screw is attached to the discharge opening of the last kneading chamber.
- the horizontal row of more than two kneading chambers results on the one hand in an intensification of the processing of the kneading material, on the other hand the influence of gravity which accelerates the feeding of the kneading material is switched off, so that the combination of these measures can increase the dwell time of the kneading material in the kneading machine.
- the discharge screw at the end can compact the kneaded material again and, depending on the selected speed, can also influence the dwell time.
- a development of the invention can consist in that the speed of the discharge screw can be changed and / or the direction of rotation and conveying can be reversed. This also allows the dwell time of the kneaded material to be changed as desired. In addition, between the reversal of the direction of rotation and conveyance, there is also the speed 0 of the discharge screw, which likewise largely prevents the kneaded material from escaping and thus can increase its dwell time.
- the measures described above can be supported in that the mouth of the housing of the discharge screw is narrowed, preferably in the form of an extrusion nozzle. In this way, there is above all a certain back pressure within the discharge screw, which can bring about the desired compaction of the kneaded material after it has been kneaded during discharge.
- a kneading machine each with two axially parallel kneading tools and a plurality of kneading chambers, are retained, namely the kneading tools can be mounted on both sides and carry out thorough mixing and kneading.
- a sufficiently long dwell time of the kneading material is ensured in the kneading machine, since three or more kneading chambers of this type are arranged horizontally next to one another, so that the material to be kneaded can gradually move from chamber to chamber without being moved too quickly by gravity, and this enables continuous work over a sufficiently long dwell time.
- the mixing and kneading can be influenced and extended by the choice of the number of kneading chambers, but it can also be influenced by the discharge screw in a finished machine with a fixed number of kneading chambers.
- the discharge screw in a finished machine with a fixed number of kneading chambers.
- new kneading material can be refilled, while the processed material can be drawn off at the last of the kneading chambers located next to one another at the discharge opening and the mouth of the discharge screw.
- the kneading paddle shafts generally used in such kneading machines can cause high compressive, tensile and shear forces and thus strong friction in the kneaded material, which leads to excellent dispersion and homogeneity. Because of the connection opening from one kneading chamber to the next, these kneading tools and kneading blades have an additional function because they gradually convey the kneaded material to this opening and finally to the next kneading chamber. Depending on the desired residence time, the number of kneading chambers can be selected next to one another.
- the speed of the kneading tools of one chamber can be different from that of at least one other chamber.
- these speeds can also differ from chamber to chamber if the kneading material makes this necessary.
- the speed of the tools of the chamber next in the feed direction for the kneaded material could be lower than that of the tools in at least one of the previous kneading chambers.
- a certain back pressure and thus a sufficiently long dwell time of the kneaded material can be achieved in the course of time.
- Such deviating speeds can also be used to determine whether the kneaded material changes its viscosity during processing.
- An embodiment of the invention of considerable importance and great advantages can consist in the fact that inlet openings for liquid and / or solid additives are provided between and / or on the kneading chambers.
- the kneaded material can be gradually provided with further additives during its continuous processing, which are then mixed and kneaded in the subsequent chambers.
- the speed of the kneading tools in a kneading chamber at or behind openings for metering in is greater than that of the kneading tools in a kneading chamber before metering in, for example to take into account the increase in kneading substance and this now a larger amount of kneaded material to be conveyed correspondingly faster.
- a particularly expedient compromise between a good dwell time for the kneaded material and a not too great mechanical outlay can consist in the fact that four kneading chambers can be provided side by side. This results in an intensive kneading and mixing that exceeds machining in two superimposed kneading chambers by far, but still the overall height despite the large number of kneading chambers remains low and the overall - wished intensive processing is achieved by four Knetstellen.
- a further embodiment of the kneading machine according to the invention to improve the kneaded products and in particular to avoid air inclusions in these products - which is particularly important in the production of propellants and explosives - can consist in that at least one kneading chamber and / or the connection of two Kneading chambers at least one connection is provided for generating a negative pressure. It is special Expedient if a connection for generating a negative pressure is provided on the last and / or penultimate kneading chamber and / or the housing of the discharge screw, so that the kneaded material is freed or kept free of unfavorable air pockets at the end of its processing.
- kneading blades can be provided as kneading tools, which lead to a correspondingly intensive processing of the kneaded material and can also ensure the feed from kneading chamber to kneading chamber, that is to say they have a double function.
- individual kneading chambers it is also possible for individual kneading chambers to have rollers and / or polygonal disks as kneading tools instead of kneading blades.
- This configuration is possible because of the arrangement according to the invention of a plurality of kneading chambers next to one another and thus allows the kneading material to be processed in different ways within the individual chambers. While the kneading blades have above all a good mixing effect, larger kneading effects can be achieved with such rollers and polygonal disks.
- kneading chambers with kneading blades are arranged in a row after the loading opening of the kneading machine before kneading chambers with rollers and / or polygonal disks are connected. This ensures that the kneaded material is first mixed as well as possible and is already pre-kneaded before it is exposed to the rollers or polygonal disks, which predominantly carry out comminution and plasticizing work, especially if they are are heated.
- Sieves or baffles for division and / or slides for stowing the material flow can be arranged between at least two kneading chambers. This in turn can be used to control and influence the residence time of the material in the individual chambers.
- the screens, baffles and / or slides can be adjustable with regard to their position and the passage opening they can open, and with regard to their orientation for directing the material flow. This configuration is also possible due to the series arrangement of several kneading chambers and allows a targeted change in the material flow and the dwell time of the kneaded material in individual kneading chambers.
- each pair of kneading tools in a kneading chamber has its own drive, for. B. has an oil motor. This enables the desired speeds and speed differences to be set individually from chamber to chamber. Nevertheless, the overall construction is simple in terms of mechanical complexity.
- a kneading machine with which a kneadable material can be processed continuously and in a targeted manner depending on the requirements, and the dwell time can also be adapted to the respective requirements.
- the kneading tools are nevertheless advantageous Can be stored outside the kneading chambers so that even substances sensitive to friction and impact can be processed without any problems, especially since the kneading tools can be stored on both sides. Dangers for explosive materials caused by wall friction are completely avoided by this selected arrangement.
- the kneading machine can be constructed practically according to the modular principle, it is very versatile and can be used and adapted to a wide variety of mixing, kneading, crushing and plasticizing work for a wide variety of kneaded materials. If an extrusion nozzle or similar constriction is arranged at the outer mouth of the discharge screw or from its housing, there is the further advantage that the processed kneading material is shaped into a strand immediately and can thus be conveyed particularly well out of the machine and then conveyed on.
- a kneading machine designated as a whole by 1 has a loading opening 2 through which the kneaded material according to the arrow Pf 1 is introduced and reaches a first kneading chamber 3.
- a first kneading chamber 3 In the kneading chamber 3, two kneading tools 4 are arranged, the axes 5 of which are parallel to one another and which, according to FIG. the arrows Pf 2 and Pf 3 are driven in opposite directions and at different speeds.
- a plurality of kneading chambers 3 are adjacent to one another in a horizontal row and each have an opening 6 connecting their interior spaces, which is oriented transversely to the axes 5 of the kneading tools 4 and through which the kneaded material according to the arrow Pf 4 from a kneading chamber 3 in the next one is promoted.
- the last of the kneading chambers 3 located next to one another has a discharge opening 7, from which the finished kneaded material is drawn off.
- the speeds of the kneading tools 4 of the one chamber 3 can be different from those of at least one other kneading chamber 3.
- Chamber 3 following arrow Pf 4 may be smaller than that of tools 4 in at least one of the previous kneading chambers 3 in order to generate a certain jam at the openings 6 and thus increase the dwell time in the previous kneading chamber 3.
- 3 input openings 8 can be provided between two kneading chambers, through which according to. the arrows Pf 5 liquid or solid additives can be added to the kneaded material and added. It is then Expedient if the speed of the kneading tools 4 in a kneading chamber 3 behind an opening 8 for metering in is greater than that of the kneading tools 4 in a kneading chamber 3 in front of the metering opening 8, because the amount of kneaded material becomes larger and therefore for one somewhat faster onward transport can be ensured so as not to cause too much traffic jam.
- a discharge screw 9 is attached to the discharge opening 7 of the last chamber 3. This can have, for example, a nozzle or the like. End, so that the kneaded material is obtained in a continuous strand and is discharged from the kneading machine 1, so that it can be further processed accordingly.
- the above-mentioned nozzle or similar constriction at the outlet of the discharge screw 9 also ensures a certain jam in the interior of the screw, so that the kneaded material is additionally compressed again during discharge.
- the speed of the discharge screw 9 can be changed and it may even be possible to reverse the direction of rotation and thus the conveying direction of the discharge screw 9, whereby discharge of the kneaded material can be prevented for a while, so that the residence time can be influenced and extended.
- kneading blades are provided as kneading tools 4.
- rollers 10 are provided in a kneading chamber 3 instead of kneading blades, while in the exemplary embodiment according to FIG. 3, polygonal discs 11 are provided as kneading tools in the third and fourth kneading chambers 3.
- two kneading chambers 3 with kneading blades are arranged one after the other after the loading opening 2, before these kneading chambers 3 connect either with the rollers 11 or the polygonal discs 11.
- the arrangement of a plurality of kneading chambers 3 next to one another thus not only permits continuous processing, but also enables the mechanical action on the kneaded material to be influenced by different kneading tools 4.
- connection 12 is provided for the entry opening of a subsequent adjacent chamber 3 or the discharge screw 9, so that the passage openings 6 are formed by coupling these connections 12 together. Furthermore, this makes it possible to enlarge or reduce the number of kneading chambers 3, depending on the type of material to be processed or kneaded material, if these connections 12 can be detachably coupled.
- two kneading chambers 3 each being carried by a common support foot 13.
- two kneading chambers 3 can also be firmly connected and can be coupled to two further such chambers, as these examples show.
- both the number of these kneading chambers and the kneading tools 4 used in each case can be adapted almost arbitrarily to the respective kneaded material, the advantages of the previously known batch kneading machines with two axially parallel kneading units Witness 4 are preserved in a single kneading trough, but a continuous processing of the kneaded material by its simultaneous conveyance from kneading chamber 3 to kneading chamber 3 and its removal with the aid of a discharge screw 9 is possible.
- each pair of kneading tools 4 can have its own drive, for example with the help of an oil motor.
- six kneading chambers 3, or possibly only three kneading chambers, can lie side by side. A good compromise between machine effort and residence time can be the use of four, possibly five kneading chambers 3 side by side. Seven or more kneading chambers 3 would even be conceivable.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Knetmaschine mit einer Beschickungsöffnung und einander benachbarten, jeweils eine ihre Innenräume verbindende, quer zu den Achsen der Knetwerkzeuge orientierte Öffnung aufweisenden Knetkammern, in denen jeweils zwei achsparallele Knetwerkzeuge vorzugsweise mit unterschiedlicher Drehzahl gegensinnig antreibbar sind.
- Derartige Knetmaschinen sind für viele Anwendungsfälle bekannt. Dabei muß immer eine durch die Beschickungsöffnung in die Knetkammer eingeführte Charge eine gewisse Zeit bearbeitet, ggf. mit Zusätzen versehen und dann abgezogen werden.
- In der Kunststoff- und Gummiindustrie werden seit einiger Zeit ein- oder zweiwellige Schneckenmischextruder eingesetzt, mit denen feste oder flüssige Zusätze in Kunststoff- oder Gummimassen bei erhöhten Tempteraturen in der Thermoplast- oder in der Lösungsmittelphase homogen eingemischt werden können. Als Zusatzstoffe seien feste Füllstoffe und Verstärkungsmittel wie Calciumkarbonat,
- Silikate, Asbest, Talkum, Kaolin, Metalloxide, Farbstoffe, Glasfasern, synthetische Verstärkungsfasern, Graphitfasern, Borfasern, sowie flüssige Zusätze wie Weichmacher genannt.
- In geringerem Maße müssen auch Substanzen wie Antioxidantien, Lichtschutzmittel, Stabilisatoren, Vernetzer, Gleitmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Brandschutzmittel, Antistatika oder Treibmittel in möglichst homogener Verteilung in die polymeren Werkstoffe in exakter Konzentration eingearbeitet werden.
- Das Verfahren läuft in der Regel in der Weise ab, daß die Zusatzstoffe und Additive und die Kunststoffgranulate mit Dosierwaagen eindosiert, im kontinuierlich arbeitenden Mischextruder meist im thermoplastischen Zustand miteinander vermischt und am Kopfende des Extruders durch Düsen als Stränge extrudiert werden, die dann mit einer Schneidmaschine granuliert werden.
- Man kann im Mischextruder also Misch- und/oder Plastifizier-Prozesse durchführen.
- Für die anschließende Formgebung können die gefüllten Kunststoffgranulate beispielsweise in Spritzgießmaschinen zu Formteilen weiterverarbeitet werden.
- In kommerziell genutzten Kunststoff- oder Gummiprodukten dürften die Füllstoffanteile in der Mehrzahl der Fälle bei Werten von 50% oder weniger liegen, um die mechanische Festigkeit und andere wichtige Eigenschaften der Kunststoffteile nicht übermäßig erniedrigen.
- Ein weiters neueres Einsatzgebiet für kontinuierlich arbeitende Mischextruder ist die Herstellung von Treib-und Explosivstoffen sowie von pyrotechnischen Artikeln. Man hat auf diesem Arbeitsgebiet vor allem Festtreibstoffe, Treibladungspulver, Explosivstoffladungen mit Kunststoffbindern und pyrotechnische Artikel bearbeitet. Dabei wurden vor allem sogenannte Doublebase-Festtreibstoffe nach dem thermoplastischen Arbeitsververfahren hergestellt, während andere Produkte in der Lösungsmittel-Phase oder bedingt durch einen flüssigen polymeren Binder aus einem pastenförmigen Zustand verarbeitet werden.
- Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen gefüllten Kunststoff- und Gummiartikeln besitzen diese Produkte wegen ihrer spezifischen Anwendung in einigen Fällen hohe Anteile an festen oder flüssigen Zusatzstoffen, die durchaus z. B. ca. 70% bis 95% betragen können. Die polymeren Binderanteile betragen dann nur etwa 30% bis 5% und könnten eigentlich teilweise nur noch mit Hilfe von Lösungsmitteln verarbeitet werden.
- Bei vielen Stoffen in diesem Produktionsbereich wie z. B. Nitrocellulose als polymerem Bestandteil handelt es sich um schlag- und reibempfindliche Materialien. Das gleiche gilt für Explosivstoffkomponenten. Diese Stoffe und Verbindungen sind häufig auch thermisch sehr empfindlich und verpuffen bei Temperaturen zwischen 170° Celsius und 250° Celsius.
- Die geschilderte Problematik hat bisher den Einsatz von kontinuierlich arbeitenden Maschinen behindert und erschwert. Eine Reihe von Gründen, die auch im Extrudersystem zu suchen sind, waren größtenteils für diese Schwierigkeiten verantwortlich. Für gute Durchmischungen werden Mischschnecken benötigt, deren Länge etwa das 15- bis 30-fache ihres Durchmessers betragen, um eine ausreichende Verweilzeit für die erforderlichen Benetzungsvorgänge im Extruder zu gewährleisten. Eine weitere wichtige Forderung ist die sehr exakte Dosierung der Rohstoffe, da im Extruder auch in den Knetzonen kaum Rückströmungen und damit kaum Vermischungen mit nachfolgenden Materialien stattfinden, um evtl..Wägeungenauigkeiten auszugleichen.
- Eine weitere große Schwierigkeit für die Verarbeitung von Treib- und Explosivstoffen muß in der möglichen Wandberührung der nur einseitig gelagerten Extruderschnecken gesehen werden. Durch die erhebliche Länge der Schnecken sind auch bei vollständig gefüllten Maschinen Wandberührungen nicht auszuschließen. Reib- und schlagempfindliche Substanzen können aber unter diesen Belastungen entzündet werden, was zu Bränden, Verpuffungen oder bei Verdämmung sogar zur Detonation führen kann.
- Ein weiteres Problem muß bei der Bearbeitung vor allem von Treib- und Explosivstoffen in den bereits erwähnten hohen Füllstoffanteilen gesehen werden. Der Benetzungs-und Homogenisierungsprozeß läßt sich während der kurzen Verweilzeit von wenigen Minuten nicht optimal beenden, so daß häufig mehrere Durchgänge mit demselben Material oder Vormischungen in Chargen-Mischverfahren durchgeführt werden müssen.
- Aus US-PS 2 698 962 und DE-AS 11 31 389 sind auch bereits Knetmaschinen der eingangs erwähnten Art bekannt, bei welchen jeweils zwei Knetkammern übereinander angeordnet sind, in welchen aber ebenfalls Knetschnecken angeordnet sind. Vor allem bei ganz oder teilweise pulverigem und/ oder körnigem Ausgangsmaterial besteht dabei die Gefahr, daß das Knetgut vor Erlangung der gewünschten Konsistenz durch die Schwerkraft zu schnell aus der einen in die andere Knetkammer und von dort zu deren Austragsöffnung gelangen kann. Darüberhinaus sorgt auch bei sonstigem Knetgut die Schwerkraft für eine relativ schnelle Weiterbeförderung des Knetgutes, so daß die Verweilzeit des Knetgutes relativ gering ist.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Knetmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der eine längere Verweilzeit des Knetgutes erreichbar ist, wobei auch empfindliche Treib- und Explosivstoffe sowie andere gefüllte Kunststoffe in großer Homogenität kontinuierlich gemischt und geknetet werden können sollen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Misch- und Knetwerkzeuge die Wand der Knetkammer berühren. Gleichzeitig soll eine gute Verdichtung des gekneteten Produktes beim Verlassen der Knetmaschine erreicht werden, so daß beim Kneten eventuell noch eingearbeitete Lufteinflüsse od. dgl. soweit wie möglich vermieden werden.
- Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß wenigstens drei Knetkammern in etwa horizontaler Reihe nebeneinander angeordnet und jeweils durch eine Öffnung verbunden sind und daß am Ende der Reihe der Knetkammern an der Austragöffnung der letzten Knetkammer eine Austragschnecke angebracht ist.
- Durch die horizontale Reihe von mehr als zwei Knetkammern ergibt sich einerseits eine Intensivierung der Bearbeitung des Knetgutes, andererseits wird der den Vorschub des Knetgutes beschleunigende Einfluß der Schwerkraft ausgeschaltet, so daß durch die Kombination dieser Maßnahmen die Verweilzeit des Knetgutes in der Knetmaschine erhöht werden kann. Darüberhinaus kann die am Ende befindliche Austragschnecke das Knetgut noch einmal verdichten und ferner je nach gewählter Drehzahl ebenfalls die Verweilzeit beeinflussen.
- Eine Weiterbildung der Erfindung kann nämlich darin bestehen, daß die Drehzahl der Austragschnecke veränderbar und/oder die Dreh- und Förderrichtung umkehrbar sind. Auch dadurch kann die Verweilzeit des Knetgutes beliebig geändert werden. Darüberhinaus ergibt sich zwischen der Umkehr der Dreh- und Förderrichtung auch die Drehzahl 0 der Austragsschnecke, die ebenfalls das Knetgut weitgehend am Austritt hindern und somit seine Verweilzeit verlängern kann.
- Die vorbeschriebenen Maßnahmen können dadurch unterstützt werden, daß die Mündung des Gehäuses der Austragschnecke verengt, vorzugsweise als Extrudier-Düse ausgebildet ist. Auf diese Weise ergibt sich vor allem ein gewisser Rückstau innerhalb der Austragschnecke, der die gewünschte Verdichtung des Knetgutes nach seiner Knetbearbeitung während des Austragens bewirken kann.
- Es werden also die Vorteile einer Knetmaschine mit jeweils zwei achsparallelen Knetwerkzeugen und mehreren Knetkammern beibehalten, wobei nämlich die Knetwerkzeuge beidseits gelagert sein können und eine gute Durchmischung und Knetung durchführen. Gleichzeitig wird eine genügend große Verweilzeit des Knetgutes in der Knetmaschine gewährleistet, da drei oder mehr derartige Knetkammern horizontal nebeneinander angeordnet sind, so daß das zu knetende Gut allmählich von Kammer zu Kammer wandern kann, ohne dabei durch die Schwerkraft zu schnell vorwärts bewegt zu werden, und dadurch ein kontinuierliches Arbeiten über eine ausreichend lange Verweilzeit möglich wird. Die Durchmischung und Knetung kann dabei einerseits duruch die Wahl der Anzahl von Knetkammern beeinflußt und verlängert werden, sie kann aber auch bei einer fertigen Maschine mit festliegender Anzahl von Knetkammern mit Hilfe der Austragschnecke beeinflußt werden. An der Beschickungsöffnung kann im Hinblick auf die kontinuierliche Arbeitsweise jeweils neues Knetgut nachgefüllt werden, während an der letzten der nebeneinander befindlichen Knetkammern an der Austragöffnung und der Mündung der Austragschnecke das bearbeitete Gut-abgezogen werden kann.
- Es ist also eine kontinuierliche und den Bedürfnissen des jeweiligen Knetgutes anpassbare Bearbeitung möglich.
- Die bei solchen Knetmaschinen in der Regel verwendeten Knetschaufelwellen können hohe Druck-, Zug- und Scherkräfte und somit starke Friktionen im Knetgut bewirken, was zu einer ausgezeichneten Dispergierung und Homogenität führt. Aufgrund der Verbindungsöffnung von einer Knetkammer zur nächsten erhalten diese Knetwerkzeuge und Knetschaufeln eine zusätzliche Funktion, weil sie allmählich das Knetgut auch zu dieser Öffnung und schließlich in die nächste Knetkammer befördern. Je nach angestrebter Verweilzeit kann die Zahl der Knetkammern nebeneinander gewählt sein.
- Die Drehzahl der Knetwerkzeuge der einen Kammer können unterschiedlich zu denen wenigstens einer weiteren Kammer sein. Somit sind nicht nur die beiden Knetwerkzeuge in einer Kammer mit zueinander verschiedenen Drehzahlen antreibbar, sondern diese Drehzahlen können auch von Kammer zu Kammer verschieden sein, falls das Knetgut dies erforderlich macht. Beispielsweise könnte die Drehzahl der Werkzeuge der in Vorschubrichtung für das Knetgut nächstfolgenden Kammer kleiner als die der Werkzeuge in wenigstens einer der vorangegangenen Knetkammern sein. Dadurch kann im Laufe der Zeit ein gewisser Rückstau und damit eine genügend große Verweilzeit des Knetgutes erzielt werden. Ferner kann durch solche abweichenden Drehzahlen berücksichtigt werden, ob das Knetgut im Laufe der Bearbeitung seine Viskosität ändert.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung von erheblicher Bedeutung und großen Vorteilen kann darin bestehen, daß zwischen und/oder an den Knetkammern Eingabeöffnungen für flüssige und/oder feste Zusatzstoffe vorgesehen sind. Dadurch kann das Knetgut allmählich während seiner kontinuierlichen Bearbeitung mit weiteren Zuschlagstoffen versehen werden, die dann in den nachfolgenden Kammern eingemischt und eingeknetet werden. In einem solchen Fall kann es dann zweckmäßig sein, daß die Drehzahl der Knetwerkzeuge in einer Knetkammer an oder hinter Öffnungen zum Zudosieren größer als die der Knetwerkzeuge in einer Knetkammer vor der Zudosierung sind, um beispielsweise die Vermehrung an Knetsubstanz zu berücksichtigen und diese nun größere Menge an Knetgut auch entsprechend schneller weiterzubefördern.
- Ein besonders zweckmäßiger Kompromiß zwischen einer guten Verweilzeit für das Knetgut und einem nicht zu großen maschinellen Aufwand kann darin bestehen, daß vier Knetkammern nebeneinander vorgesehen sein können. Dies ergibt eine intensive Knetung und Durchmischung, die eine Bearbeitung in zwei übereinanderliegenden Knetkammern bei weitem übersteigt, wobei aber dennoch die Bauhöhe trotz der Vielzahl von Knetkammern gering bleibt und die ge- -wünschte intensive Bearbeitung durch vier Knetstellen erreicht wird.
- Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Knetmaschine zur Verbesserung der gekneteten Produkte und insbesondere zur Vermeidung von Lufteinschlüssen in diesen Produkten - was vor allem bei der Herstellung von Treib-und Explosivstoffen wichtig ist - kann darin bestehen, daß an wenigstens einer Knetkammer und/oder der Verbindung zweier Knetkammern zumindest ein Anschluß zum Erzeugen eines Unterdruckes vorgesehen ist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn an der letzten und/oder vorletzten Knetkammer und/oder dem Gehäuse der Austragschnecke ein Anschluß zum Erzeugen eines Unterdruckes vorgesehen ist, so daß das Knetgut möglichst am Ende seiner Bearbeitung von ungünstigen Lufteinschlüssen befreit oder freigehalten wird.
- Es wurde bereits erwähnt, daß als Knetwerkzeuge Knetschaufeln vorgesehen sein können, die zu einer entsprechend intensiven Bearbeitung des Knetgutes führen und außerdem für den Vorschub von Knetkammer zu Knetkammer sorgen können, also eine Doppelfunktion haben.
- Es ist aber zusätzlich möglich, daß einzelne Knetkammern statt Knetschaufeln Walzen und/oder Polygonscheiben als Knetwerkzeuge aufweisen. Diese Ausgestaltung ist aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Knetkammern nebeneinander möglich und erlaubt somit eine verschiedenartige Bearbeitung des Knetgutes innerhalb der einzelnen Kammern. Während die Knetschaufeln vor allem auch einen guten Mischeffekt haben, können mit solchen Walzen und Polygonscheiben größere Kneteffekte erzielt werden.
- Durch die Anordnung mehrerer Knetkammern nebeneinander mit unterschiedlichen Knetwerkzeugen kann also in gezielter Weise unterschiedlich auf das Knetgut eingewirkt werden.
- Besonders zweckmäßig ist es, wenn wenigstens zwei Knetkammern mit Knetschaufeln in Reihe hintereinander nach der Beschickungsöffnung der Knetmaschine angeordnet sind, bevor sich Knetkammern mit Walzen und/oder Polygonscheiben anschließen. Dadurch wird erreicht, daß das Knetgut zunächst möglichst gut durchmischt und auch schon vorgeknetet ist, bevor es den Walzen oder Polygonscheiben ausgesetzt wird, die überwiegend Zerkleinerungs- und Plastifizierungsarbeiten durchführen,insbesondere wenn sie beheizt sind.
- Zwischen wenigstens zwei Knetkammern können Siebe oder Schikanen zu Teilung und/oder Schieber zur Stauung des Materialstromes angeordnet sein..Damit läßt sich wiederum die Verweilzeit des Werkstoffes in den einzelnen Kammern steuern und beeinflussen. Dabei können die Siebe, Schikanen und/oder Schieber hinsichtlich ihrer Lage und der von ihnen freigebbaren Durchlaßöffnung sowie hinsichtlich ihrer Orientierung zur Leitung des Materialstromes verstellbar sein. Auch diese Ausgestaltung ist aufgrund der Aneinanderreihung mehrerer Knetkammern möglich und erlaubt ein gezieltes Verändern des Materialstromes und der Verweilzeit des Knetgutes in einzelnen Knetkammern.
- Zweckmäßig ist es, wenn jedes Paar von Knetwerkzeugen in einer Knetkammer einen eigenen Antrieb, z. B. einen Ölmotor aufweist. Dadurch können die jeweils gewünschten Drehzahlen und Drehzahlunterschiede individuell von Kammer zu Kammer eingestellt werden. Dennoch ergibt sich insgesamt eine vom maschinellen Aufwand einfache Konstruktion.
- Um gegebenenfalls die Anzahl der aneinandergereihten Knetkammern verändern zu können, ist es vorteilhaft, wenn an der Austragöffnung einer Knetkammer jeweils ein Anschluß für die Eintrittsöffnung einer nachfolgenden benachbarten Kammer oder der Austragschnecke vorgesehen ist.
- Insgesamt ergibt sich eine Knetmaschine, mit der ein Knetgut kontinuierlich und je nach Anforderungen gezielt bearbeitet werden kann, wobei auch die Verweilzeit an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden kann. In vorteilhafter Weise sind dabei dennoch die Knetwerkzeuge außerhalb der Knetkammern lagerbar, so daß auch reib- und schlagempfindliche Substanzen problemlos bearbeitet werden können, zumal die Knetwerkzeuge jeweils beidseitig gelagert werden können. Durch Wandreibung entstehende Gefahren für explosive Materialien sind durch diese gewählte Anordnung völlig vermieden. Da die Knetmaschine praktisch nach dem Baukastenprinzip aufgebaut sein kann, ist sie sehr vielseitig und für unterschiedlichste Misch-, Knet-, Zerkleinerungs- und Plastifizierungsarbeiten für unterschiedlichste Knetgüter verwendbar und daran anpaßbar. Bei Anordnung einer Extrudierdüse oder dergleichen Verengung an der äußeren Mündung der Austragschnecke bzw. von deren Gehäuse ergibt sich dabei der weitere Vorteil, daß das bearbeitete Knetgut gleich zu einem Strang geformt und somit besonders gut aus der Maschine heraus und anschließend weiterbefördert werden kann.
- Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung in drei Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben.
- Es zeigt in schematisierter Darstellung :
- Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Knetmaschine, mit mehreren nebeneinander befindlichen Knetkammern, wobei diese jeweils im Querschnitt zu sehen sind und jede Knetkammer Knetschaufeln enthält,
- Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei jedoch in der dritten Knetkammer gegenläufig umlaufende Walzen als Knetwerkzeuge vorgesehen sind, sowie
- Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellung, wobei jedoch in der dritten und vierten Knetkammer Polygonscheiben als Knetwerkzeuge vorgesehen sind.
- Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Knetmaschine hat eine Beschickungsöffnung 2, durch welche das Knetgut gem. dem Pfeil Pf 1 eingeführt wird und in eine erste Knetkammer 3 gelangt. In der Knetkammer 3 sind zwei Knetwerkzeuge 4 angeordnet,deren Achsen 5 parallel zueinander liegen und die gem. den Pfeilen Pf 2 und Pf 3 gegensinnig und mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden. Dabei erkennt man, daß mehrere Knetkammern 3 in horizontaler Reihe einander benachbart sind und jeweils eine ihre Innenräume verbindende öffnung 6 haben, die quer zu den Achsen 5 der Knetwerkzeuge 4 orientiert ist und durch die das Knetgut gemäß dem Pfeil Pf 4 von einer Knetkammer 3 in die nächste befördert wird. Die letzte der in Reihe nebeneinander befindlichen Knetkammern 3 hat eine Austragöffnung 7, aus der das fertig bearbeitete Knetgut abgezogen wird.
- Die Drehzahlen der Knetwerkzeuge 4 der einen Kammer 3 können dabei unterschiedlich zu denen wenigstens einer weiteren Knetkammer 3 sein. Beispielsweise kann die Drehzahl der Werkzeuge 4 der in Vorschubrichtung gem. dem Pfeil Pf 4 nächstfolgenden Kammer 3 kleiner als die der Werkzeuge 4 in wenigstens einer der vorangegangenen Knetkammern 3 sein, um einen gewissen Stau an den öffnungen 6 zu erzeugen und so die Verweildauer jeweils in der vorangegangenen Knetkammer 3 zu erhöhen.
- Bei allen Ausführungsbeispielen ist ferner angedeutet, daß zwischen zwei Knetkammern 3 Eingabeöffnungen 8 vorgesehen sein können, durch welche gem. den Pfeilen Pf 5 flüssige oder feste Zusatzstoffe zu dem Knetgut zugeführt und zugefügt werden können. Dabei ist es dann zweckmäßig, wenn die Drehzahl der Knetwerkzeuge 4 in einer Knetkammer 3 hinter einer Öffnung 8 zum Zudosieren größer als die der Knetwerkzeuge 4 in einer Knetkammer 3 vor der Zudosieröffnung 8 sind, weil durch die Zudosierung von Material die Menge des Knetgutes größer wird und deshalb für eine etwas schnellere Weiterbeförderung gesorgt werden kann, um nicht einen zu großen Stau zu bewirken.
- Am Ende der Reihe der Knetkammern 3 ist im Ausführungsbeispiel an der Austragöffnung 7 der letzten Kammer 3 eine Austragschnecke 9 angebracht. Diese kann beispielsweise eine Düse od. dgl. Ende haben, so daß das Knetgut in einem kontinuierlichen Strang anfällt und aus der Knetmaschine 1 ausgegeben wird, so daß es entsprechend kontinuierlich weiterverarbeitet werden kann.
- Die erwähnte Düse oder dergleichen Verengung am Ausgang der Austragschnecke 9 sorgt außerdem für einen gewissen Stau im Inneren der Schnecke, so daß das Knetgut beim Austragen noch einmal zusätzlich verdichtet wird. Dabei kann die Drehzahl der Austragschnecke 9 veränderbar sein und es kann gegebenenfalls sogar auch die Drehrichtung und somit die Förderrichtung der Austragschnecke 9 umkehrbar sein, wodurch ein Austrag des Knetgutes für eine Weile verhindert werden kann, so daß dadurch die Verweilzeit beeinflußt und verlängert werden kann.
- In nicht näher dargestellter Weise könnte an den Knetkammern 3 und dabei vor allem an den in Vorschubrichtung gem. den Pfeilen Pf 4 letzten Knetkammern 3 ein oder mehrere Anschlüsse zum Erzeugen eines Unterdruckes innerhalb den Knetkammern 3 vorgesehen sein, um Lufteinschlüsse zu vermeiden oder zu beseitigen.
- Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind als Knetwerkzeuge 4 ausschließlich Knetschaufeln vorgesehen.
- Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind in einer Knetkammer 3 statt Knetschaufeln Walzen 10 vorgesehen, während im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 in der dritten und vierten Knetkammer 3 Polygonscheiben 11 als Knetwerkzeuge vorgesehen sind. Dabei sind zunächst zwei Knetkammern 3 mit Knetschaufeln in Reihe hintereinander nach der Beschickungsöffnung 2 angeordnet, bevor sich diese Knetkammern 3 entweder mit den Walzen 11 oder den Polygonscheiben 11 anschließen. Die Anordnung mehrerer Knetkammern 3 in Reihe nebeneinander erlaubt also nicht nur die kontinuierliche Bearbeitung, sondern ermöglicht auch, die mechanische Einwirkung auf das Knetgut durch unterschiedliche Knetwerkzeuge 4 zu beeinflussen.
- Man erkennt deutlich, daß an der jeweiligen Austragöffnung 6 oder 7 einer Knetkammer 3 jeweils ein Anschluß 12 für die Eintrittsöffnung einer nachfolgenden benachbarten Kammer 3 oder der Austragschnecke 9 vorgesehen ist, so daß die Durchtrittsöffnungen 6 durch Aneinanderkuppeln dieser Anschlüsse 12 gebildet werden. Ferner ist dadurch die Vergrößerung oder Verkleinerung, der Reihe von Knetkammern 3 je nach Art des zu bearbeitenden Werkstoffes oder Knetgutes möglich, wenn diese Anschlüsse 12 lösbar kuppelbar sind.
- Insgesamt ergibt sich eine Knetmaschine 1 mit einfachem Aufbau, wobei jeweils zwei Knetkammern 3 von einem gemeinsamen Stützfuß 13 getragen werden. Dabei können auch jeweils zwei Knetkammern 3 fest verbunden und mit jeweils zwei weiteren derartigen Kammern kuppelbar sein, wie es diese Beispiele zeigen. Dadurch lassen sich sowohl die Zahl dieser Knetkammern als auch die dabei jeweils verwendeten Knetwerkzeuge 4 nahezu beliebig an das jeweilige Knetgut anpassen, wobei die Vorteile der bisher bekannten Chargen-Knetmaschinen mit zwei achsparallelen Knetwerkzeugen 4 in einem einzigen Knettrog erhalten bleiben, dennoch aber eine kontinuierliche Bearbeitung des Knetgutes durch dessen gleichzeitige Weiterbeförderung von Knetkammer 3 zu Knetkammer 3 und sein Abziehen mit Hilfe einer Austragschnecke 9 möglich ist. Die bei bisherigen kontinuierlichen Knetverfahren mit Hilfe von Extrudierschnecken auftretenden Gefahren von Wandreibungen der Knetwerkzeuge und dgl. werden vermieden, so daß die erfindungsgemäße Knetmaschine 1 auch für leicht entzündliche, entflammbare oder explosive Stoffe, aber auch für sonstige möglichst intensiv zu durchmischende und zu knetende Stoffe geeignet ist. Dabei kann jedes Paar von Knetwerkzeugen 4 einen eigenen Antrieb beispielsweise mit Hilfe eines ölmotors haben. Es können -wie dargestellt- sechs Knetkammern 3, eventuell aber auch nur drei Knetkammern nebeneinanderliegen. Ein guter Kompromiß zwischen maschinellem Aufwand und Verweilzeit kann in der Verwendung von vier, eventuell fünf Knetkammern 3 nebeneinader bestehen. Denkbar wären sogar sieben oder mehr Knetkammern 3.
- Alle in der Beschreibung, der Zusammenfassung und den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentliche Bedeutung haben.
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