DE2241111C2 - Doppel- oder Mehrschneckenpresse zur Verarbeitung von pulverförmigen plastifizierbaren Massen - Google Patents

Description

a) die untere öffnung des Fülltrichters (5) ist in Richtung der Schneckenachsen mindestens gleich oder größer als der Ganghöhe (b) der Schnecken (2, 3) entspricht und ist in Pachtung quer zur Schneckenachse mindestens gleich der Breite (c) der ineinandergreifenden Schnecken (2,3),

b) der Fülltrichter (5) ist so geformt, daß an der Obergangsstelle (6) der Trichterwand in die zylindrische Wand des Schneckengehäuses (1) die Tangente (T) an das Schneckengehäuse (1) mindestens senkrecht steht (7 b in Fig. 5) oder nach außen geneigt ist (7c in Fig.6, Td in F ig. 7).

2. Doppel- oder Mehrschneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Fülltrichters (5) in Richtung der Schneckenachsen mindestens gleich dem 1,5-fachen der Ganghöhe (b) der Schnecken (2,3) ist

3. Doppel- oder Mehrschneckenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Öffnung des Fülltrichters (5) mindestens annähernd rechteckig ist

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Doppel- oder Mehrschneckenpresse zur Verarbeitung von pulverförmigen plastifizierbaren Massen, deren miteinander in Eingriff stehende Schnecken im entgegengesetzten Drehsinn drehbar sind, wobei sich die Schnecken an der Eingriffstelle im Bereich der öffnung des Fülltrichters in Richtung auf den Fülltrichter zu bewegen.

Doppelschneckenpressen werden häufig benutzt, weil sie im Vergleich zu Einschneckenpressen größere Materialmengen zu fördern vermögen und das Material in der Doppelschneckenpresse besser durchgearbeitet und plastifiziert wird als in einer Einschneckenpresse. Es ist aber schon lange bekannt, daß die Doppel- oder Mehrschneckenpressen den Nachteil aufweisen, daß der Füllgrad, d. h. das Verhältnis der pro Umdrehung aufgenommenen Pulvermenge zum Fördervolumen unbefriedigend ist und nur etwa 33% beträgt. Auf diese Schwierigkeit ist unter anderem in der DE-AS 10 07 499, Spalte 1, Zeile 6 bis 9 hingewiesen. Trotz vieler Verbesserungsversuche wurde aber bisher ein Füllgrad von 100% nicht erreicht. In der vorstehend erwähnten DE-AS 10 07 499 wurde zwar ein Fülltrichter verwendet, dessen untere öffnung in axialer Richtung größer ist als der Ganghöhe der Schnecken entspricht. Da aber die beiden Schnecken gleichsinnig rotieren und die Breite der öffnung des Fülltrichters kleiner ist als die Breite der ineinandergreifenden Schnecken, wurde ein hoher Füllgrad nicht erzielt zumal der Trichter durch eine Staurippe unterteilt ist Die beiden Schnecken werden bei dieser Vorrichtung ungleichmäßig gefüllt insbesondere kann die Schnecke, die sich mit ihrer Oberseite auf die andere Schnecke zu bewegt, kaum Material aufnehmen, so daß selbst bei gutem Füllgrad dieser anderen Schnecke ein GesamtfüUgrad von 50% kaum erreichbar ist

Es wurde versucht, den Füllgrad dadurch zu erhöhen, daß im Fülltrichter Stopfschnecken oder ähnliche Fördervorrichtungen vorgesehen wurden. Abgesehen davon, daß dazu eine zusätzliche, energieverbrauchende Vorrichtung benötigt wird, wurde auch auf diese Weise kein höherer Füllgrad als etwa 50% erzielt Ein unter 100% liegender Füllgrad, d. h. eine unvollständige Füllung der Schnecke hat nicht nur den Nachteil, daß der Ausstoß der Plastifiziereinheit, die als Strangpresse, Extruder oder zur Speisung von Kunststoffspritzvorrichtung verwendet wird, entsprechend herabgesetzt wird, sondern es ergeben sich noch weitere Nachteile.

Durch die unvollständige Füllung der Schnecke wird in den ungefüllten Räumen Luft mit aufgenommen, die zusätzlich zu der im Schüttgut enthaltenen Luft und den entstehenden Gasen abgesaugt werden muß. Die durch die unvollständige Füllung entstehenden Hohlräume haben Pulsationen zur Folge, sowie Zonen erhöhter Reibung und beeinträchtigen den Mischeffekt und damit die Homogenisierung des Materials, das infolgedessen erst verhältnismäßig spät vollständig durchplastifiziert ist, was wieder zur Folge hat, daß, da die Förderung von Pulver mehr Energie erfordert als die Förderung des plastifizierten Materials, ein erhöhter Energieaufwand erforderlich ist und in den Lagern der Schnecken ein erhöhter Axialdruck auftritt Die unvollständige Füllung hat aber noch die weitere nachteilige Folge, daß, da sich das Material, der Drehung der Schnecken folgend, in der Mitte unter den Schnecken sammelt, auf diese Weise ein einseitiger radialer Druck auf die Schnecken ausgeübt wird, so daß die Schnecken zusätzlich auf Biegung beansprucht werden und ein erhöhter Verschleiß und ein erhöhter Radialdruck in den Achslagern der Schnecken entsteht, und daß das Material im unteren Teil rascher gefördert wird als im oberen Teil, wodurch der Ausstoß ungleichmäßig wird und unter Umständen die Masse oben zum Stillstand kommt, so daß örtlich zu hohe Temperaturen auftreten können, was zu einer Zersetzung des Materials und bei Verarbeitung von Polyvinylchlorid zur Bildung von Salzsäure führt, die wieder korrodierend wirkt

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schneckenpresse zu schaffen, die, bei ständig gefülltem Trichter ohne Zusatzvorrichtung arbeitend, die bei den bekannten Schneckenpressen auftretenden Mängel vermeidet Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Kennzeichen gelöst. Dabei wird eine besonders gute Wirkung erreicht durch Hinzunahme der in den Patentansprüchen 2 und 3 angegebenen weiteren Kennzeichen.

Es sind Strangpressen bekannt, bei denen die Länge der unteren öffnung des Fülltrichters in axialer Richtung größer ist als die Ganghöhe der Schnecke (DE-PS 9 38 441 und DE-AS 10 38 268). Dabei handelt es sich jedoch um Einschneckenpressen, bei denen der erfindungsgemäße Effekt sowieso nicht erzielbar ist, zumal nach diesen Vorschlägen die Breite der öffnung des Fülltrichters wesentlich kleiner ist als die Breite der

Schnecke.

Eine Schneckenstrangpresse mit mehreren miteinander in verzahntem Eingriff stehenden Schneckenwellen, bei der die öffnung des Fülltrichters in axialer Richtung etwas länger ist als der Ganghöhe der Schnecken entspricht, ist bekannt (DE-AS 15 54 751). Bei dieser Schneckenstrangpresse ist aber zur Zerteilung des Fördergutes eine Lochscheibe mit engen Durchtrittsöffnungen vorgesehen. Bei dieser bekannten Schneckenstrangpresse darf daher ein lOO°/oiger Füllgrad gar nicht angestrebt werden, weil sonst an der Lochscheibe ein zu hoher Staudruck auftreten würde. Zur Vermeidung von Materialstauungen und den dadurch bedingten übermäßigen Drücken muß bei derartigen Strangpressen zur Eingabe des Materials stets eine Dosiervorrichtung verwendet werden. Auch weist diese bekannte Schneckenpresse nicht die im Patentanspruch 1 angegebenen weiteren Kennzeichen auf.

Es ist ferner bei Einschneckenpressen bekannt, einen Fülltrichter zu verwenden, der so geformt ist, daß an der Übergangsstelle der Trichterwand in die zylindrische Wand des Schneckengehäuses die Tangente an das Schneckengehäuse mindestens senkrecht steht oder nach außen geneigt ist (DE-OS 20 03 078 und DE-PS 9 38 441). Der nach der Erfindung angestrebte Effekt wird bei Einschneckenpressen sowieso nicht erzielt und wird dort auch nicht angestrebt

Bei keiner der bekannten Doppel- oder Mehrschnekkenpressen wird ein 100°/oiger Füllgrad erreicht und keine dieser bekannten Pressen weist die im Patentanspruch 1 bzw. in den Unteransprüchen angegebenen Kennzeichen auf. Die zur Erzielung dieses Effektes erforderliche Länge der unteren öffnung des Fülltrichters in Richtung der Schneckenachsen hängt von der Rieselfähigkeit des eingebrachten Materials ab. Bei sehr gut rieselfähigem Material kann schon eine gute Wirkung erzielbar sein, wenn der Trichter nur wenig langer ist als der Ganghöhe entspricht, während bei schlecht rieselfähigem Material eine Länge vom 1,5-fachen bis zum 2 1/2-fachen der Ganghöhe und mehr vorteilhaft sein kann.

Die untere öffnung des Fülltrichters kann wie bei den bekannten Anordnungen rund oder oval sein. Die vorgeschlagene, annähernd rechteckige Form hat den Vorteil, daß die Bedingung über die Form der unteren öffnung des Fülltrichters nicht nur in der Mitte, sondern über die ganze Länge und Breite erfüllt ist

Dadurch, daß beim Gegenstand der Erfindung ein Füllgrad von 100% oder annähernd 100% erzielt wird, wird die Fördermenge vergrößert, was an sich einen erhöhten Aufwand an mechanischer Energie zum Antrieb der Schnecken zur Folge haben müßte. Es hat sich aber ergeben, daß die Erhöhung des Energieaufwandes nicht proportional der Ausstoßmenge ansteigt Bezogen auf die Ausstoßmenge kann erhebliche Energieeinsparung erzielt werden, was darauf zurückzuführen ist, daß durch die vollständige Füllung das Material gleichmäßig durchmischt und erwärmt und infolgedessen rasch plastifiziert wird, so daß schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit keine Nester mit pulverförmigem Material mehr vorhanden sind, und der Energieaufwand für Scherung sehr viel geringer wird, so daß die Erwärmung des Gutes in der Hauptsache durch Beheizung und nur zu einem sehr geringen Teil durch Scherung erfolgt. Die Folge ist, daß in der gleichen Presse ohne Auswechseln der Schnecke Stoffe mit sehr unterschiedlicher Scherfestigkeit verarbeitet werden können. Durch die gleichmäßige Füllung werden aber auch die Radialbeanspruchungen der Schnecken beseitigt, so daß auch der radiale Druck in den Lagern vermindert wird. Dia rasche und gute Durchmischung des Materials und der gute Wärmeübergang haben zur Folge, daß keine Übertemperatüren und örtlichen Überhitzungen auftreten und ermöglichen es, die Presse schon am Anfang der Schnecke hoch zu heizen, so daß das Material rasch und gleichmäßig erwärmt wird
Die Doppel- oder Mehrschneckenpresse nach der Erfindung eignet sich besonders zur Verarbeitung pulverförmiger, plastifizierbarer Massen, sie ist aber unter vergleichbaren Voraussetzungen auch zu anderen Zwekken geeignet, z. B. zur Verarbeitung anderer pulverförmiger Massen oder Granulate.

Die Figuren zeigen schematisch Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Doppelschneckenpresse von oben gesehen;
Fig.2 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel wie F i g. 1 im Länggschnitt nach der Linie H-II in F i g. 1;

Fig.3 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel wie F i g. 1 im Querschnitt nach der Linie IH-III in F i g. 1;

die F i g. 4 bis 7 zeigen im Querschnitt den Einfluß der Form des Trichters auf den Füllgrad.

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Doppelschneckenpresse enthält in dem Gehäuse 1 die beiden miteinander im Eingriff stehenden ein- oder mehrgängigen Schnekken 2 und 3, die sich, wie die Pfeile 4 in F i g. 3 zeigen, gegenläufig so drehen, daß sie sich an der Eingriffstelle in Richtung auf den Fülltrichter 5, also nach oben, bewegen. Die Länge a der unteren öffnung des Fülltrichters ist dabei größer und zwar, wie dargestellt, etwa doppelt so lang als die Ganghöhe b des Schneckengewindes. Die Breite der unteren öffnung des Trichters 5 ist, wie insbesondere F i g. 3 zeigt, größer als die Breite cder ineinandergreifenden Schnecken, wobei die Seitenwände des Trichters so geformt sind, daß an der Übergangsstelle 6, an der die Wand des Trichters 5 in die zylindrische Wand des Schneckengehäuses 1 übergeht, die Tangente 7 nach außen geneigt ist.

Die Auswirkung der Breite und Form des Trichters im Querschnitt ist anhand der F i g. 4 bis 7 genauer erläutert Die Pfeile 11 geben den Druck der im Trichter befindlichen Pulvermasse an.

F i g. 4 zeigt eine Form des Trichters, bei der die Tangente 7a an der Übergangsstelle der Trichterwand in die Gehäusewand nicht nach außen, sondern nach innen geneigt ist Die Breite des Trichters ist kleiner als die Breite der ineinandergreifenden Schnecken 2, 3, die Pulvermasse drückt in der Hauptsache auf die Mitte der Schnecken. Die Folge ist, daß der schraffiert gezeichnete Teil des Schneckengewindes, der nicht oder schlecht gefüllt wird, verhältnismäßig groß ist, weil das Pulver zwar von den Schnecken nach außen mitgenommen wird, aber nicht ausreicht, um den gesamten unteren Raum des Schneckengewindes zu füllen.

Fig.5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Fülltrichter ebenso breit ist, wie die ineinandergreifenden Schnecken, wobei die geraden Trichterwände an der Stelle der größten Breite der Schnecke in die zylindrische Wand des Gehäuses übergehen, d. h. hier fällt die Tangente Tb mit der senkrechten Trichterwand zusammen. Die schraffiert dargestellten nicht oder schlecht gefüllten Räume 8 sind wesentlich kleiner als bei der in F i c 4 dargestellten Trichterform.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 ist der Trichter so geformt, daß die Übergangsstelle 6 von der Gehäusewand in den Trichter unterhalb der größten

Breite der Schnecke liegt, wobei die Tangente Tc an der Übergangsstelle 6 nach außen geneigt ist. Hier kann von einer unteren öffnung des Trichters im strengen Sinn nicht mehr gesprochen werden. Die Breite der unteren öffnung des Trichters im Sinne der Erfindung ist in diesem Fall die Breite des Trichters in der durch die Drehachsen der Schnecken geiegten Schnittebene 9, also die Breite d in F i g. 6, die größer ist als die Breite c der ineinandergreifenden Schnecken. Der unzureichend gefüllte Raum 8 ist gegenüber der Trichterform nach F i g. 5 noch wesentlich vermindert.

Der Vorteil der Formgebung nach F i g. 6 wird, wie in F i g. 7 gezeigt, in noch besserer Weise erreicht, wenn die Trichterwände so gekrümmt sind, daß sie aus der Richtung der Tangente Td in die Senkrechte übergehen. Dadurch wird das Pulver durch seinen Druck — Pfeil 11 — in die Taschen zwischen dem Trichter und den Schnecken gedrückt, die vollständig gefüllt werden.

In den F i g. 4 bis 7 ist die Füllung des Trichters dargestellt, um den Einfluß der Breite und der Form der Seitenwände des Trichters zu erläutern. Dadurch, daß nach dem Kennzeichen der Erfindung die Länge der Trichteröffnung in Richtung der Schneckenachsen größer ist als die Gewindesteigung, wird die Schnecke bei der ersten Umdrehung gefüllt, das Material verdichtet und bei der folgenden Umdrehung nachgefüllt, und dadurch ein Füllgrad von praktisch ca. 100% erreicht Dabei soll der Fülltrichter 5 so beschickt werden, daß zum mindesten die Schnecken stets voll bedeckt sind, zweckmäßig der Trichter vollständig gefüllt ist, d. h. es ist weder eine Dosiervorrichtung, die die zugeführte Pulvermenge begrenzt, noch eine Stopfschnecke, die die zugeführte Pulvermenge in die Förderschnecken drückt, erforderlich.

Um eine ca. lOO°/oige Füllung der Schnecken zu erzielen und auf die Dauer aufrechtzuerhalten, ist darauf zu achten, daß die Trichterwand und der daran anschließende Abschnitt des Schneckengehäuses und der Schnecken glatt sind. Um ein Ankleben des Pulvermaterials an diesen Stellen zu vermeiden, werden die Trichterwände und die daran anschließenden Abschnitte des Schneckengehäuses zweckmäßig gekühlt, so daß sie sich nicht auf eine Temperatur, bei der das Pulver zu erweichen beginnt, erwärmen können, was zur Folge hätte, daß Pulverkörnchen an den Wänden ankleben, und es ist zweckmäßig, insbesondere zur Verarbeitung von schlecht rieselfähigem Material, die Trichterwände und das Gehäuse und die Schnecke unter dem Trichter durch entsprechende Oberflächenbearbeitung, z. B. durch Verchromen, zu glätten.

Die Erhöhung des Füllgrades von ca. 35% auf 100%, bei stets vollem Trichter, würde, wenn an einer bekannten Maschine nur die Trichterform entsprechend der Erfindung geändert wird, zu einer Überlastung der Maschine führen. Versuche haben allerdings ergeben, daß die Antriebsenergie nicht proportional dem Ausstoß zunimmt, sondern weniger als der proportionalen Zunahme entsprechen würde. Der weit höhere Füllgrad der Schnecken gibt aber die Möglichkeit, durch Verminderung der Gangtiefe und der Ganghöhe der Förderschnecken das Fördervolumen, d. h. das zwischen Schnecken und Gehäusewand zur Verfügung stehende Gesamtvolumen zu vermindern und trotzdem noch einen erhöhten Materialausstoß zu erreichen bzw. bei gleichem Materialausstoß den Aufwand an mechanischer Energie zu vermindern und die Maschine einfacher und billiger zu machen und ihre Lebensdauer zu erhöhen. Die mit der Verminderung der Gangtiefe identische Verstärkung des Kerndurchmessers verstärkt die Schnecken und läßt gegebenenfalls eine Erhöhung der Antriebskraft zu, während andererseits durch die allseitig gleichmäßige Füllung und rasche Plastifizierung des Materials radiale, auf die Schnecken wirkende Kräfte weitgehend vermieden werden, womit auch wieder der Verschleiß vermindert wird. Die vollständige Füllung hat weiterhin zur Folge, daß die Verdichtung von Anfang der Schnecken bis zu deren Ende gleichförmig erfolgt Es treten keine Stauungen auf und sollen auch nicht durch Lochscheiben oder dgl. bewirkt werden. Das verdichtete Material tritt ohne Pulsationen gleichmäßig aus.

Dank der Verminderung der durch Scher- und Knetkräfte bewirkten Erwärmung erwärmt sich die Masse in der Hauptsache durch die äußere Wärmezufuhr, die sehr wirksam ist, da das Material überall an der Gehäusewand bzw. an der Schnecke anliegt Diese äußere Wärmezufuhr kann in an sich bekannter Weise dadurch gleichmäßig gestaltet werden, daß in den Schnecken Bohrungen 10 vorgesehen sind, durch die eine Flüssigkeit, beispielsweise öl, das auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, geleitet wird, so daß einerseits die Schnecke beheizt wird, andererseits aber das Auftreten von Übertemperaturen verhindert wird, weil das öl beim Auftreten von über der Öltemperatur liegenden Temperaturen als Kühlmittel wirkt Gleichzeitig kann das Gehäuse 1 in an sich bekannter Weise elektrisch oder ebenfalls durch eine, durch nicht dargestellte Bohrungen geleitete Flüssigkeit beheizt werden.

Unter der Länge und Breite der unteren öffnung des Fülltrichters ist deren Gesamtlänge bzw. -breite zu verstehen, gleichviel ob sie durch Rippen oder Zwischenräume unterteilt ist oder nicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Doppel- oder Mehrschneckenpresse zur Verarbeitung von pulverförmigen plastifizierbaren Massen, deren miteinander in Eingriff stehende Schnekken im entgegengesetzten Drehsinn drehbar sind, wobei sich die Schnecken an der Eingriffstelle im Bereich der öffnung des Fülltrichters in Richtung auf den Fülltrichter zu bewegen, gekennzeichnet d u r c h die Kombination folgender, z. T. an sich bekannter Merkmale: