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DE2802125B2 - Schneckenmaschine zum Bearbeiten von festen, flüssigen und zähviskosen Materialien - Google Patents

Schneckenmaschine zum Bearbeiten von festen, flüssigen und zähviskosen Materialien

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Publication number
DE2802125B2
DE2802125B2 DE2802125A DE2802125A DE2802125B2 DE 2802125 B2 DE2802125 B2 DE 2802125B2 DE 2802125 A DE2802125 A DE 2802125A DE 2802125 A DE2802125 A DE 2802125A DE 2802125 B2 DE2802125 B2 DE 2802125B2
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DE
Germany
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shaft
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concentric
circular ring
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DE2802125A
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Josef A. 7144 Asperg Blach
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenmaschine zum Bearbeiten von festen, flüssigen und zähviskosen Materialien mit mindestens zwei von einem Gehäuse umschlossenen, ineinandergreifenden und gleichsinnig antreibbaren, insbesondere achsparallelen Schneckenwellen, deren jede mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Scheibenabschnitte mit einem von einem wr Wellenachse konzentrischen Kreis abweichenden Querschnitt aufweist, wobei die Scheibenabschnitte der einen Welle denjenigen der anderen Welle zumindest ungefähr gegenüberstehen und der Querschnitt des Gebäusehohlraums im Bereich der Scheibenabschnitte der Form zweier sich überlappender, zu den Wellenachsen konzentrischer Kreise entspricht
Derartige Schneckenmaschinen, wie sie z.ä. aus der
"> US-PS 34 97 912 hervorgehen, werden vor allem zum Homogenisieren verwandt, worunter im folgenden alle Vorgänge verstanden werden sollen, durch die die Makro- oder MikroStruktur von Ein- oder Mehrkomponentenmassen vergieichtnäßigt wird, insbesondere
also die Vorgänge Mischen, Kneten, Dispergieren, Emulgieren, Plastifizieren und dergleichen mehr.
Es sind schon Schneckenmaschinen zur Ver- und Bearbeitung von Kunststoffen und anderen Materialien bekannt, die mehrere miteinander kämmende, gleich- oder gegensinnig angetriebene Schneckenwellen aufweisen. Jede dieser SchneckenweUen besitzt mindestens zwei der Förderung des zu verarbeitenden Materials dienende Schneckenabschnitte, zwischen denen die Welle in axialer Richtung hintereinander mehrere Scheibenabschnitte besitzt, deren Querschnitt von einem zur Wellenachse konzentrischen Kreis abweicht und zwischen denen Zwischenringscheiben angeordnet sind, durch die verhindert wird, daß die Scheibenabschnitte der miteinander kämmenden SchneckenweUen infolge ungleichmäßiger Temperaturverhältnisse oder Fertigungsungenauigkeiten aneinander reiben. Der Radius dieser Zwischenringscheiben entspricht dem Radius der Scheibenabschnitte an der Stelle ihrer geringsten Erhebung.
Da nun der Querschnitt des Gehäusehohlraums entsprechend dem größten Außendurchmesser der SchneckenweUen gewählt werden muß, dichten die Wellen im Bereich der Scheibenabschnitte und der Zwischenringscheiben den Genau«hohlraum in axialer
Richtung nicht so ab, wie dies im Bereich der Schneckenabschnitte der Wellen der Fall ist; infolgedessen wird ein Teil des zu verarbeitenden Materials längs der Wellen vorgeschoben, ohne durch jeden der Bereiche geführt zu werden, in denen die Wellen
miteinander kämmen. Die bekannten Schneckenmaschinen der in Rede stehenden Art weisen also den Nachteil auf, daß nicht jedes Materialteilchen den gleichen Beanspruchungen ausgesetzt wird. Außerdem ist ihr Homogenisierungseffekt nicht optimal, denn bei
w Schneckenmaschinen mit mehreren miteinander kämmenden, gleichsinnig angetriebenen Wellen sind gerade die Bereiche gegenseitiger Auskämmung der Wellen besonders verfahrensaktiv, denn hier steigt das Geschwindigkeitsgefälle auf das Doppelte des für den
übrigen Wellenumfang geltenden Werts an, und gleichzeitig erfahren die Materialteilchen dort eine große Umlenkung. Die auf die Materialteilchen einwirkenden dynamischen Kräfte sind aber proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, und Viskositäts-
und Druckkräfte verändern sich proportional mit der Geschwindigkeit.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der an mindestens einer vorgegebenen
M Stelle Materialverschiebungen längs mindestens einer der Wellen mit einfachen Mitteln verhindert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß mindesten» zwischen zwei einander benachbarten Scheibcnabsctinitten der einen Welle ein erster, zur Wellenachse konzentrischer Kreisring vorgesehen ist, dessen Außendurcbmesser nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des zu dieser Welle konzentrischen Querschnittskreises des Gehäusehohlraums an der Stelle dieses Kreisrings ist
Vorteilhaft ist es dann, wenn auf der jeweils anderen Welle, dem ersten Kreisring gegenüberliegend, ein zweiter, zur Wellenachse konzentrischer Kreisring vorgesehen ist, desen Außendurchmesser gleich der Differenz zwischen dem doppelten Abstand der Weüenachsen und dem Außendurchmesser des ersten Kreisrings bzw. geringfügig kleiner ist
Bei der Lösung der gestellten Aufgabe ging der Erfinder also von dem Grundgedanken aus, den Gehäusehohbaum im Bereich mindestens einer Welle außerhalb der Auskämmbereiche der Wellen zwischen deren Scheibenabschnitten in axialer Richtung abzudichten und Elemente in die Schneckenmaschine einzubauen, die im Bereich der Scheibenabschnitte eine axiale Förderung des zu verarbeitende·· Materials außerhalb der Auskämmbereiche vermeiden und so bewirken, daß praktisch jedes Materialteilchen möglichst viele oder alle zwischen den Scheibenabschnitten liegenden Auskammbereiche durchläuft Durch die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich also erreichen, daß Materialien besser homogenisiert werden, denn an allen Stellen, an denen die großen, ersten Kreisringe vorgesehen sind, kann man durch diese einen Vorschub der Materialteilchen in axialer Richtung außerhalb des Auskämmbereichs verhindern, da die Materialteilchen dort in den Bereich der dem großen Kreisring gegenüberliegenden Welle überwechseln müssen, um in axialer Richtung vorgeschoben werden zu können, d. h. die MaterialteOchen müssen dort zwangsweise den Auskämmbereich durchlaufen.
Natürlich kann man den großen Kreisring auch etwas kleiner machen und ggf. den Durchmesser des kleinen Kreisrings entsprechend verändern, wenn man auf einen optimalen Effekt verzichtet Des «eiteren versteht es sich von selbst daß es sich bei den Scheibenabschnitten und den Kreisringen nicht um separate Teile handeln muß, und schließlich müssen sich die Scheibenabschnitte der Wellen nicht unbedingt exakt gegenüberstehen, sondern können in axialer Richtung etwas gegeneinander versetzt sein, sofern man ihre Abstände und ihre Dicken so wählt daß verhindert wird, daß sie deshalb aneinander reiben. Erwähnenswert ist schließlich, daß, wem» es sich bei den Kreisringen um separate Teile handelt, diese mit einer Kernwelle nicht drehfest verbunden sein müssen, da es ja nur auf ihren Sperreffekt ankommt
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine zeichnet sich dadurch aus, daß auf jeder Welle mehrere erste Kreisringe angeordnet sind, zwischen denen jeweils zwei. Scheibenabschnitte liegen, und daß die ersten Kreisringe der einen Welle gegenüber den ersten Kreisringen der benachbarten Welle um die Hälfte des Abstands zwischen zwei ersten Kreisringen in axialer Richtung versetzt sind. Bei dieser Ausführungsform können sich also zwischen allen Scheibenabschnitten Kreisringe befinden. Es müssen dann praktisch alle Materialteilchen sämtliche Auskämmbereiche zwischen den Scheibenabschnitten durchlaufen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung einer Ausfahrungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten, zweiwelligen Schneckenmaschine näher erläutert; es zeigt
Fig, 1 einen Längsschnitt durch die Maschine, wobei die Schneckenwellen nicht geschnitten wurden, und
-Fig, 2—to Schnitte durch die Schneckenmascbine gemäß den linien 2-2 bis 10-10 in F i g. 1.
Die Fig. 1 zeigt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes
■o Maschinengehäuse, welches eine EJnfüllöffnung 12 für das zu verarbeitendcMaterial und eine Auslaßöffnung 14 für das bearbeitete Material aufweist In einem Hohlraum 16 des Maschinengehäuses 10 sind zwei Schneckenwellen 18 und 20 angeordnet, die mit Achsstummeln 22 und 24 in einer Stirnwand 10a des Maschinengehäuses drehbar gelagert sind und durch die letztere hindurchgreifen, um über ein Getriebe 26 und eine Kupplung 28 von einem Motor 30 gleichsinnig angetrieben werden zu können.
Bei jeder Schneckenwelle nehmen jeweils zwei Schneckenabschnitte 18a und IScirzw. 20a und 20c ein Paket 186 bzw. 20ft von Scheibenabschnitten 18' bis 189 bzw. 20' bis 2O9 zwischen sich auf, deren Querschnitt lediglich die eine Forderung zu erfüllen hat daß er von einem zur jeweiligen Wellenachse konzentrischen Kreis abweicht Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform besitzen die Scheibenabschnitte einen ovalen, eiförmigen Querschnitt, und die in Achsrichtung der jeweiligen Schneckenwelle hintereinander angeordneten Scheibenabschnitte sind drehwinkelmäßig so gegeneinander versetzt daß auch sie einen Fördereffekt bewirken, der mit dem Fördereffekt der Schneckenabschnitte gleichgerichtet ist Vorteilhafterweise wird man die Scheibenabschnitte und einen das jeweilige Paket von Scheibenabschnitten durchsetzenden Kernwellenabschnitt der jeweiligen Schneckenwelle so ausbilden, daß die Scheibenabschnitte auf dem Kernwellenabschnitt verdrehbar und diesem gegenüber feststellbar sind, wie dies in der DE-OS 25 50 969 beschrieben ist Durch entsprechende Wahl der Winkellage der verschiedenen Scheibenabschnitte relativ zueinander und zu den benachbarten Schneckenabschnitten lassen sich die Verweilzeit des zu verarbeitenden Materials im Bereich der Homogenisierzone, die von den Paketen 186 und 206 gebildet wird, und die in dieser Homogenisierzone in Jas zu bearbeitende Material eingeleitete Energie verändern und vorbestimmen.
Zwischen den Scheibenabschnitten ist jeweils ein großer oder ein kleiner, scheibenförmiger Kreisring 32 bzw. 34 angeordnet und zwar steht einem großen Kreisring 32 auf der einen Schneckenwelle ein kleiner Kreisring 34 auf der anderen Schneckenwelle gegenüber, und auf jeder Schneckenwelle folgen große und Kleine Kreisringe 32 bzw. 34 abwechselnd aufeinander.
Die großen Kreisringe 32 dienen dazu, denjenigen Teil des Gehäusehohlraums 16, in dem sich die jeweilige Schneckenwelle. 18 bzw. 20 befindet in axialer Richtung abzuteilen bzw. abzudichten, so daß der Strom des xu bearbeitenden Materials längs der jeweiligen Schnek-
*° kenwelle nicht über einen solchen großen Kreisring hinaus vorgeschoben werden kann, sondern auf die jeweils andere Schneckenwelle übergeh in werden muß. Um dies zu erreichen, besitzt der Gehäusehohlraum 16 einen Querschnitt, der der Form zweier sich überlappender und zu den Achsen der Schneckenwellen 18 und 20 konzentrischer Kreise 16a und 16b entspricht, wie dies die F i g. 2—10 erkennen lassen, und der Radius der großen Kreisringe 32 ist nur geringfügig kleiner als der
Radius der Querschnittskreise 16a und 166 — gleiche Radien für die Querschnittskreise vorausgesetzt, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß.
Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen wird verständlich, daß der angestrebte Erfolg auch dadurch erreicht werden könnte, daß anstelle der großen Kreisringe Trennwände am Maschinengehäuse befestigt werden, die ungefähr die Form der großen Kreisringe aufweisen und eine Aussparung besitzen, durch die die jeweilige Schneckenwelle hindurchtritt, ι ο Diese Aussparung könnte z. B. U-förmig und in Richtung auf die jeweils andere Schneckenwelle randoff en sein, so daß die Trennwände von der Seite her auf die jeweilige Schneckenwelle aufgeschoben werden könnten. ι ■>
Wie sich aus der F i g. 1 ohne weiteres ergibt, gelangt das zu verarbeitende Material zunächst auf den Scheibenabschnitt 181 der Schneckenwelle 18, entlang welcher es sich jedoch wegen des zwischen den Scheibenabschnitten 18' und 182 befindlichen großen Kreisrings 32 nicht weiter in Richtung auf die Auslaßöffnung 14 fördern läßt. Das Material wird deshalb auf den Scheibenabschnitt 20' der Schneckenwelle 20 übergeben und passiert dabei den Auskämmbereich der beiden Schneckenwellen 18 und 20, gelangt dann auf den Scheibenabschnitt 20* wird wegen des großen Kreisrings 32 zwischen den Scheibenabschnitten 202 und 2(P wieder auf die Schneckenwelle 18 übergeben, nämlich auf deren Scheibenabschnitt I82, wobei wiederum der Auskämmbereich passiert werden muß, usf. bis zu den Scheibenabschnitten itPbzw.XP.
Aus den Fig.2—6 ergibt sich auch, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der Schneckenmaschine der Abstand A zwischen den Achsen 18* und 20" der Schneckenwellen 18 und 20 gleich der Summe des Abstandes der höchsten Erhebung 21 der Scheibenabschnitte von der zugehörigen Wellenachse und des Abstandes der geringsten Erhebung der Scheibenabschnitte von der zugehörigen Wellenachse sowie gleich der Summe der Radien der großen und kleinen Kreisringe 32 bzw. 34 ist.
Schließlich liegt es auf der Hand, daß der Grundgedanke der Erfindung nicht nur auf zweiwellige Schneckenmaschinen angewandt werden kann, sondern auch auf Schneckenmaschinen mit mehr als zwei miteinander kämmenden und gleichsinnig antreibbaren Wellen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

  1. Patentansprüche!
    ί, Schneckenmaschine zum Bearbeiten v?n feisten, fjflssigsn «nd zähvfeiwsen Materialien mit mindestens zwei von einem Gehäuse umschlossenen, ineinandergreifenden und gleichsinnig antreibbaren, insbesondere achsparallelen Schneckenwellen, deren jede mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Scheibenabschnitte mit einem von einem zur Wellenachse konzentrischen Kreis abweichenden Querschnitt aufweist, wobei die Scheibenabschnitte der «inen Weile denjenigen der anderen Welle zumindest ungefähr gegenüberstehen und der Querschnitt des Gehäusehohlraums Im Bereich der Scheibenabschnitte der Form zweier sich überlappender, zu den Wellenachsen konzentrischer Kreise entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen zwei einander benachbarten Scheibenabschnitten dereinen WeHe(18 bzw.20) ein erster, zur Wellenachse (18' bzw. 20') konzentrischer Kreisring ^2) vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des zu dieser Welle konzentrischen Querschmttskreises (16a bzw. i6b)des Gehäusehohlraums (16) an der Stelle dieses Kreisrings (32) ist.
  2. 2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der jeweils anderen Welle (20 bzw. 18), dem ersten Kreisring (32) gegenüberliegend, ein zweiter, zur Wellenachse (20' bzw. 18') konzentrischer Kreisring (34) vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser gleich der Differenz zwischen dem doppelten Abstand der Wellenachsen (18' und 2C) und dem Außenduichmesser des ersten Kreisrings (32) ist
  3. 3. Schneckenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Welle (18,20) mehrere erste Kreisringe (32) angeordnet sind, zwischen denen jeweils zwei Scheibenabschnitte liegen, und daß die ersten Kreisringe (32) der einen Welle gegenüber den ersten Kreisringen (32) der benachbarten Weile um die Hälfte des Abstands zwischen zwei ersten Kreisringen (32) in axialer Richtung versetzt sind.
  4. 4. Schneckenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, bei der die beiden Querschnittskreise des Gehäusehohlraums gleiche Radien besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte des Außendurchmessers des zweiten Kreisrings (34) gleich der Differenz zwischen dem Abstand (A) der Wellenachsen (18', 20') und dem Abstand der höchsten Erhebung (21) der Scheibenabschnitte von der zugehörigen Wellenachse ist und daß die Hälfte des Außendurchmessers des ersten Kreisrings (32) gleich der Differenz zwischen dem Abstand (A) der Wellenachsen (18', 20') und dem Abstand der geringsten Erhebung der Scheibenabschnitte von der zugehörigen Wellenachse ist
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