Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von rauchlosem Pulver ohne Lösungsmittel Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung für die kontinuierliche Herstellung rauchlo ser Pulver ohne Lösungsmittel.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge- kennzeichnet, dass die Pulverrohmasse aus 40 bis 70% Nitrocellulose und 60 bis 30% Nitroglycerin und bis 10% betragende Zusätze, wie Weichmacher, Stabilisatoren und Moderatoren, miteinander vermengt werden,
danach Wasser bis zu einem Wassergehalt von mindestens 25% zugesetzt wird und dieses Gemenge unter Wärmeeinwir kung fortlaufend intensiv gemischt und geknetet wird bis zur völligen Trocknung durch freies Abdampfen des Wassers.
In bekannter Weise kann diese Verarbeitung auf beheizten Walzwerken vorgenommen werden. Bei diesen erfolgt die Einarbeitung der Zusätze durch intensive Knetung und Scherung zwischen den Walzen und die Durchgelatinierung bei gleichzeitiger Wasserabdampfung, wobei die Scherwirkung mit zunehmendem Trocknungs- grad immer wirkungsvoller wird.
Obwohl mit diesem Verfahren eine gute Verarbeitung erzielt wird, kann es wegen der geringen Durchsatzleistung bei hohen Investie rungskosten, wegen der diskontinuierlichen Arbeitswei se, wegen der mit einem entsprechend grossen Personal aufwand verbundenen Handbedienung und der Gefähr dung des Bedienungspersonals bei Walzenausbränden sowie wegen Verarbeitungsschwankungen bei unsachge- mässer Walzwerksbedienung dennoch nicht zufriedenstel len, um so mehr, als auch die bisherigen Bemühungen, bei Walzwerken einen kontinuierlichen Arbeitsablauf zu ver wirklichen und auch deren Fernbedienung zu ermögli chen, trotz zusätzlich grossen Aufwandes nicht überzeu gen konnten.
Zur Vermeidung der Nachteile des vorstehend be schriebenen Walzwerkverfahrens wurden in neuerer Zeit kontinuierliche Verarbeitungsmaschinen eingeführt, näm lich Scheibenknetschnecken und Extruder ähnlich jenen, wie sie in der Kunststoff- und Kautschukindustrie ge- bräuchlich sind. Diese Maschinen gestatten nicht nur, das Wasserabpressen, das Homogenisieren und das Kne ten des Pulvers kontinuierlich durchzuführen, sondern sie lassen sich auch mit verhältnismässig geringem Aufwand automatisieren und fernbedienen und arbeiten deshalb wirtschaftlicher und gefahrloser.
Andererseits haben die se Maschinen allerdings den Nachteil, dass sich die mit der Pulverrohmasse eingebrachte Feuchtigkeit durch Ab pressen nur bis auf einen Rest von nicht weniger als etwa 3% entfernen lässt.
Da die bei Kunststoffen übliche Massnahme, durch Entgasungsöffnungen im Extruder eine noch vorhandene Restfeuchtigkeit zu beseitigen, wegen der mit den dazu erforderlichen mit Kompres- sions- und Dekompressionszonen sowie Evakuierungs- einrichtungen versehenen langen Zylinder bei Schiesspul- vern zu grosse Gefahren birgt, ist man gezwungen, die im Pulver noch vorhandene Restfeuchte durch einen zusätz lichen Trocknungsprozess zu beseitigen.
Von diesem zusätzlichen Aufwand abgesehen, hat dieses Verfahren insbesondere den Nachteil, dass die Zusätze, vor allem die Abbrandmoderatoren, nicht immer in zufriedenstel lender Weise verteilt und eingearbeitet werden.
Eingehende Untersuchungen führten nämlich zu der Erkenntnis, dass das entscheidende Kriterium für eine einwandfreie Verteilung und Einarbeitung der Zusätze, insbesondere der Abbrandmoderatoren, wegen der da mit verbundenen besonders hohen Scherbeanspruchung in einer genügend langen intensiven Knetung des völlig trockenen Materials zu sehen ist, wie sie zwar bei dem erwähnten bekannten Walzwerkverfahren, nicht aber bei dem ebenfalls erwähnten - bekannten Schneckenpressen verfahren möglich und der Fall ist.
Bei letzterem könnte man sich wohl dadurch behelfen, dass das Material nacheinander durch mehrere Knet- oder Extrusionsschnecken geschickt und so die Verarbei tungsdauer verlängert wird. Entsprechend würde dann aber die Gesamtleistung niedriger bzw. die Maschinenin vestitionen grösser und die kontinuierliche Arbeitsweise würde wiederum erschwert, da in der Explosivstoffindu- strie aus Sicherheitsgründen die automatische Verkettung mehrerer Maschinen nur unter Zuhilfenahme sehr auf wendiger Sicherheitseinrichtungen vorgenommen werden kann.
Ein weiterer grosser Nachteil und eine ausgesproche ne Gefahr der Schneckenpressen ist, dass in geschlosse nen Gehäusen gearbeitet wird. Während nämlich bei einer etwa durch Fremdkörper verursachten Entzündung des Pulvers auf dem Walzwerk die Pulvermasse frei abbrennen kann und dabei meist nur geringfügiger Schaden entsteht, ergeben sich bei Entzündungen von Pulver im Einschluss Explosionen mit unter Umständen schwerwiegenden Folgen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeich net durch einen nach oben zumindest teilweise offenen Trog und mindestens eine in diesem drehbar gelagerte Schnecke.
Hierzu können die bereits in der Kautschuk- und Kunststoffindustrie für Verdampfungsaufgaben einge setzten sogenannten Verdampferschnecken verwendet werden. Während man dort aber ausschliesslich den Vorteil nutzt, dass der offene Trog eine bessere Entga sung als der geschlossene Zylinder eines Extruders ermöglicht, ergibt sich für die sogenannte Pol-Pulver- Herstellung ein neuartiges Verfahren in bezug auf Verar beitungsgüte, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit,
das in geradezu idealer Weise die Vorteile des bekannten diskontinuierlichen Walzwerkverfahrens und des eben falls bekannten kontinuierlichen Schneckenpressenver- fahrens verbindet, ohne dabei aber die Nachteile dieser Verfahren in Kauf nehmen zu müssen.
Im Gegensatz zum Extruder kann auf der Verdamp- ferschnecke der mit der Pulverrohmasse eingebrachte Wassergehalt von 25% und mehr aus dem offenen Trog unschwer völlig verdampft werden, wobei mit der Ab nahme des Feuchtigkeitsgehaltes der Pulvermasse deren Knetung und Scherung zunehmend intensiver wird und insbesondere in der letzten Zone, wo das Material vollkommen trocken ist, dieselbe hervorragende Einar beitung der Zusätze, vor allem auch der Abbrandmode- ratoren, erreicht wird wie auf dem Walzwerk.
Ohne weiteres hat man es dabei in der Hand, durch entspre chende Ausbildung und Bemessung der Verdampfer schnecke eine mehr oder weniger lang andauernde harte Knetung des inzwischen vollkommen trockenen Mate rials durchzuführen.
Im Gegensatz zum Walzwerk arbeitet die Verdamp- ferschnecke kontinuierlich wie ein Extruder, wobei sie gegenüber diesem jedoch wiederum den Vorteil hat, dass sie durch ihre Arbeitsweise mit offenem Trog bzw. Zylinder hohe Sicherheit gegen Explosionen bietet, ähn lich wie das Walzwerk.
Grundsätzlich lassen sich Verdampferschnecken mit nur einer einzigen Schnecke verwenden. Vorteilhafter ist jedoch die Verwendung von Doppel- oder Mehrschnek- ken-Maschinen, da sich mit diesen bei entsprechender Gestaltung besondere Effekte erzielen lassen. So können bei Zwei- und MehrSChneckeil-Maschinen beispielsweise mindestens zwei nebeneinanderliegende Schneckenwellen zueinander gegenläufig sein, so dass das im Trog befind liche Material ebenso gut wie im Walzwerk eingezogen und geknetet wird.
Bei Verwendung von mindestens vier Schnecken können ferner jeweils zwei miteinander gleich laufend sein, womit zu dem bereits erwähnten Walz werkseffekt zwischen dem gegenläufigen Schneckenpaar noch eine gute Misch- und Scherwirkung zwischen den beiden gleichlaufenden Schneckenpaaren hinzukommt.
Mehrschnecken-Maschinen haben insbesondere auch den Vorteil, dass sich bei einer solchen Anordnung und Ausbildung, bei der die Schnecken miteinander kämmen, deren Selbstreinigung erreichen lässt, was bei Dauerbe trieb für die Qualität des hergestellten Produkts meist bedeutungsvoll ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungs- gemässen Vorrichtung ist der Trog an jedem austrittssei- tigen Ende als geschlossener Zylinderabschnitt ausgebil det. Dieser ermöglicht es, im Material einen Druck aufzubauen, wodurch wie beim Extruder eine Formge bung zu Granulat oder auch zu fertigen Pulversträngen erfolgen kann. Dabei kann der geschlossene Zylinderab schnitt jedoch sehr viel kürzer gehalten werden als dies sonst bei der Formgebung auf Extrudern möglich ist, weil ihm das Material bereits in heissem und durchgear beitetem Zustand aus dem Verdampfungsteil zugeführt wird.
Entsprechend ist dadurch aber auch die Sicherheit gegen Explosionen grösser als bei der Formgebung auf dem Extruder.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungs beispielen gezeigt und wird anhand dieser noch erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einer Teildraufsicht und im Schnitt eine Zweischneckenmaschine und Fig. 2 in gleicher Darstellung eine Vierschneckenma- schine.
Im Gehäuse 1 der Fig. 1 sind die beiden Schnecken 2 und 3 - wie durch die Pfeile angedeutet - gegenläufig drehbar gelagert.
Für die Zugabe des Materials 4 ist auf der Gehäu seöffnung 5 der Einfülltrichter 6 angeordnet. Des weiteren ist das Gehäuse 1 mit der Öffnung 7 versehen. Mit 8 sind im Gehäuse 1 und in den Schnecken 2 und 3 angeordnete Kanäle für eine Beheizung des Gehäuses und/oder der Schnecken bezeichnet.
Das über den Trichter 6 in Komponenten oder vorgemengt zugegebene Material wird von den Schnecken 2 und 3 eingezogen und zwischen den miteinander einen verhältnismässig engen Spalt 9 bildenden Schnecken sowie diesen und der Gehäuseinnenwand unter fortlau fender Knetung und Scherung verarbeitet und weiterge fördert, wobei deutlich zu sehen ist, dass die in dem Material vorhandene Feuchtigkeit über die grosse Öff nung 7 freie Abdampfmöglichkeit hat.
Da auf dem Wege vom Einfülltrichter 6 zum nicht gezeigten austrittsseitigen Ende hin das Material infolge fortlaufender Abdampfung von Feuchtigkeit zunehmend trockner wird, wird in gleicher Weise, d.h. parallellaufend mit der Verdampfung der Feuchtigkeit, auch die Knetung des Materials immer härter und intensiver, bis schliesslich bei entsprechender Bemessung der Vorrichtung an deren austrittsseitigem Ende das Material in völlig trockenem Zustand vorliegt,
wo es in einem eventuell vorgesehenen ebenfalls nicht gezeigten geschlossenen Zylinderabschnitt mit diesen stirnseitig abschliessendem Mundstück mit entsprechend geformter Austrittsöffnung gegebenenfalls noch zu Strän gen geformt oder auch zu Granulat verarbeitet wird.
Die Anordnung bei der Vierschneckenmaschine der Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche. Die beiden unteren Schnecken 2 und 3 sind wieder gegenläufig angeordnet. Zu jeder der beiden Schnecken 2 und 3 sind im Gegensatz dazu die Schnecken 10 bw. 11 gleichläufig angeordnet. Die Arbeitsweise dieser Vierschneckenmaschine ist im Prinzip wieder die gleiche wie bei der Zweischnecken maschine der Fig. 1, insbesondere ist die Arbeitsweise mit offenem Trog und grosser Abdampföffnung gegeben.
Zusätzlich bewirken jedoch die miteinander gleichläu figen Schneckenpaare 2 und 10 bzw. 3 und 11 den guten Misch- und Schereffekt, welcher den gleichläufigen Dop pelschneckenpressen eigen ist.
Method and device for the continuous production of smokeless powder without solvents The invention relates to a method and device for the continuous production of smokeless powder without solvents.
The method according to the invention is characterized in that the raw powder mass of 40 to 70% nitrocellulose and 60 to 30% nitroglycerin and additives of up to 10% such as plasticizers, stabilizers and moderators are mixed together,
then water is added to a water content of at least 25% and this mixture is continuously intensively mixed and kneaded under the influence of heat until the water is completely dry.
In a known manner, this processing can be carried out on heated rolling mills. In these, the additives are incorporated by intensive kneading and shearing between the rollers and gelatinization with simultaneous water evaporation, the shear effect becoming more and more effective as the degree of drying increases.
Although good processing is achieved with this method, it can be because of the low throughput rate at high investment costs, because of the discontinuous way of working, because of the manual operation associated with a correspondingly large amount of staff and the risk to the operating personnel in the event of roller burnout and because of processing fluctuations in the case of improper - Still not satisfying moderate rolling mill operation, all the more so as the previous efforts to implement a continuous workflow in rolling mills and also to enable their remote control were not convincing despite additional great effort.
To avoid the disadvantages of the rolling mill process described above, continuous processing machines have recently been introduced, namely disc kneading screws and extruders similar to those used in the plastics and rubber industries. These machines not only allow water squeezing, homogenization and kneading of the powder to be carried out continuously, but they can also be automated and remotely operated with relatively little effort and therefore work more economically and safely.
On the other hand, these machines have the disadvantage that the moisture introduced with the raw powder mass can only be removed by pressing down to a residue of no less than about 3%.
Since the usual measure of plastics to remove residual moisture through vent openings in the extruder is too dangerous for gunpowder due to the long cylinders with the required compression and decompression zones and evacuation devices to remove the residual moisture still present in the powder through an additional drying process.
Apart from this additional effort, this method has the particular disadvantage that the additives, especially the burn moderators, are not always distributed and incorporated in a satisfactory manner.
In-depth investigations led to the realization that the decisive criterion for a correct distribution and incorporation of the additives, especially the burn moderators, is to be seen in a sufficiently long intensive kneading of the completely dry material because of the associated particularly high shear stress in the known rolling mill process mentioned, but not in the known screw press process also mentioned, possible and is the case.
With the latter one could probably get around by sending the material through several kneading or extrusion screws one after the other, thus extending the processing time. Correspondingly, however, the total output would then be lower or the machine investments would be greater and the continuous operation would again be made more difficult, since in the explosives industry, for safety reasons, the automatic linking of several machines can only be carried out with the help of very complex safety devices.
Another major disadvantage and a pronounced danger of screw presses is that they work in closed housings. Whereas if the powder ignites on the rolling mill, for example, caused by foreign bodies, the powder mass can burn off freely and usually only causes minor damage, igniting powder in the enclosure can result in explosions with potentially serious consequences.
The device according to the invention is characterized by a trough which is at least partially open at the top and at least one screw rotatably mounted therein.
The so-called evaporator screws, which are already used for evaporation tasks in the rubber and plastics industry, can be used for this purpose. While the only advantage there is that the open trough enables better degassing than the closed cylinder of an extruder, there is a new type of process for the so-called pole powder production in terms of processing quality, economy and safety,
which combines the advantages of the known discontinuous rolling mill process and the also known continuous screw press process in an almost ideal way, but without having to accept the disadvantages of these processes.
In contrast to the extruder, the water content of 25% and more introduced with the raw powder mass can easily be completely evaporated from the open trough on the evaporation screw, the kneading and shearing of the powder mass becoming increasingly intense as the moisture content decreases, and especially in the In the last zone, where the material is completely dry, the same excellent incorporation of the additives, especially the burn-up moderators, is achieved as on the rolling mill.
Without further ado, it is up to you to carry out a more or less long-lasting hard kneading of the now completely dry Mate rials through appropriate training and dimensioning of the evaporator screw.
In contrast to the rolling mill, the evaporation screw works continuously like an extruder, although it has the advantage over this that it offers a high level of protection against explosions due to its operation with an open trough or cylinder, similar to the rolling mill.
In principle, evaporator screws can be used with just a single screw. However, it is more advantageous to use double or multi-screw machines, since special effects can be achieved with these with the appropriate design. In two- and multi-screw machines, for example, at least two adjacent screw shafts can run in opposite directions so that the material in the trough is drawn in and kneaded just as well as in the rolling mill.
If at least four screws are used, two can also be running in the same direction with each other, which adds a good mixing and shearing effect between the two pairs of concurrent screws to the already mentioned rolling mill effect between the counter-rotating screw pair.
Multi-screw machines also have the particular advantage that with such an arrangement and design in which the screws mesh with one another, their self-cleaning can be achieved, which is usually significant for the quality of the manufactured product in continuous operation.
In a further embodiment of the device according to the invention, the trough is designed as a closed cylinder section at each exit end. This makes it possible to build up pressure in the material, which, as with the extruder, can be used to shape granules or even finished powder strands. The closed cylinder section can, however, be kept much shorter than is otherwise possible when shaping on extruders, because the material is supplied to it from the evaporation section while it is already hot and completely processed.
Correspondingly, however, the security against explosions is also greater than when shaping on the extruder.
The invention is shown in the drawing in execution examples and will be explained with reference to this. They show: FIG. 1 in a partial top view and in section, a two-screw machine, and FIG. 2, in the same representation, a four-screw machine.
In the housing 1 of FIG. 1, the two screws 2 and 3 - as indicated by the arrows - are rotatably mounted in opposite directions.
For the addition of the material 4, the feed hopper 6 is arranged on the housings opening 5. The housing 1 is also provided with the opening 7. With 8 arranged in the housing 1 and in the screws 2 and 3 channels for heating the housing and / or the screws.
The material added in components or premixed via the funnel 6 is drawn in by the screws 2 and 3 and processed and further promoted between the screws, which form a relatively narrow gap 9 with one another, as well as these and the inner wall of the housing, with continuous kneading and shearing, which can be clearly seen is that the moisture present in the material through the large opening 7 has free evaporation.
Since on the way from the hopper 6 to the outlet end (not shown) the material becomes increasingly drier as a result of the continuous evaporation of moisture, is in the same way, i. running in parallel with the evaporation of moisture, the kneading of the material becomes harder and more intensive, until finally, with the appropriate dimensioning of the device, the material is in a completely dry state at the outlet end,
where it is possibly also formed into strands or also processed into granules in a possibly provided closed cylinder section, also not shown, with this mouthpiece closing at the end with a correspondingly shaped outlet opening.
The arrangement in the four-screw machine of Fig. 2 is essentially the same. The two lower screws 2 and 3 are again arranged in opposite directions. For each of the two screws 2 and 3, in contrast, the screws 10 are bw. 11 arranged in the same direction. The operation of this four-screw machine is in principle the same as in the two-screw machine of Fig. 1, in particular the operation is given with an open trough and large exhaust opening.
In addition, however, the co-rotating screw pairs 2 and 10 or 3 and 11 cause the good mixing and shearing effect that is inherent in the co-rotating twin screw presses.