DE102004010553A1

DE102004010553A1 - Schneckenmaschine

Info

Publication number: DE102004010553A1
Application number: DE102004010553A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Heidemeyer; Peter Von Hoffmann
Original assignee: Coperion GmbH; Coperion Werner and Pfleiderer GmbH and Co KG
Current assignee: Coperion GmbH
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: DE102004010553B4

Abstract

Eine Schneckenmaschine weist ein Gehäuse (1) mit zwei einander unter Bildung von Zwickeln (10, 11) durchdringenden Bohrungen (6, 7) mit Bohrungs-Wänden (35, 36) mit einem Bohrungs-Durchmesser (D¶B¶) auf. In den Bohrungen (6, 7) sind drehfest auf Wellen (12, 13) angebrachte, kämmende Behandlungs-Elemente (26, 27) angebracht, die jeweils einen Kern (32) und mindestens einen Kamm (33) aufweisen. Das Kamm-Spiel (S¶B¶) zwischen dem jeweiligen Kamm (33) und der Bohrungs-Wand (35, 36) beträgt 2,0% bis 10,0% des Bohrungs-Durchmessers (D¶B¶) und das Kern-Spiel (S¶i¶) zwischen einem Kern (32) und einem Kamm (33) beträgt höchstens 1,0% des Bohrungs-Durchmessers (D¶B¶).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenmaschine, und zwar insbesondere einen Extruder, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartige Schneckenmaschinen bestehen die Behandlungs-Elemente in der Regel aus Schnecken-Elementen und gegebenenfalls auch aus Knet-Elementen. Benachbarte Schnecken-Elemente greifen ineinander, sind also kämmend ausgebildet. In gleicher Weise greifen die Knet-Scheiben ineinander. Das Kern-Spiel zwischen dem Schnecken-Steg beziehungsweise Kamm eines Schnecken-Elementes und dem Kern eines benachbarten Schnecken-Elementes ist sehr gering; es beträgt höchstens 1,0% vom Bohrungs-Durchmesser. Hierdurch wird erreicht, dass die Schnecken selbstreinigend sind. Entsprechendes gilt für die aneinander abrollenden Knet-Scheiben. Üblicherweise ist weiterhin das Kamm-Spiel zwischen den Schnecken-Kämmen beziehungsweise den Kämmen der Knet-Scheiben und der Bohrungs-Wand im Bereich von höchstens 1,0% des Bohrungs-Durchmessers.

Die geschilderte übliche Ausgestaltung kann dazu führen, dass eine zu hohe Scherung in den zu behandelnden beziehungsweise aufzubereitenden Materialien auftritt. Insbesondere im Zwickel-Bereich können solche extremen Scherungen auftreten. Außerdem erfolgt dort eine intensive Umlenkung.

Zur Beseitigung dieser Probleme ist in der Praxis üblich, die Kämme der Schnecken-Elemente abzuschleifen, wodurch das jeweilige Kamm-Spiel zwischen dem Schnecken-Kamm und der Bohrungs-Wand vergrößert wird. Die Konsequenz ist, dass die ineinandergreifenden Schnecken-Elemente oder Knet-Scheiben nicht mehr dicht-kämmend arbeiten, also nicht mehr selbstreinigend sind. Außerdem sind die Gehäuse im Zwickel-Bereich abgeschliffen worden, um an dieser Stelle das Spiel zu vergrößern. Schließlich sind auch als nichtmaschinentechnische Maßnahmen den Materialien Rezepturbestandteile zugegeben worden, die die Scherung im Material reduzieren. All diese Maßnahmen sind unbefriedigend.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, dass sie für scherempfindliche Materialien eingesetzt werden kann, ohne dass die Selbstreinigung der Behandlungselemente verloren geht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass einerseits ein großes Kamm-Spiel, das heißt, dass einerseits durch ein relativ großes Spiel über den Umfang der jeweiligen Bohrungs-Wand und insbesondere auch im Zwickel-Bereich eine Reduktion der Sicherung gegeben ist, dass andererseits aber durch das geringe Kern-Spiel die Selbstreinigung der Behandlungs-Elemente erhalten bleibt.

Anspruch 2 gibt einen optimalen Bereich für das Kamm-Spiel wieder.

Anspruch 3 gibt wieder, dass zusätzlich zu Behandlungs-Elementen mit großem Kamm-Spiel auch noch solche mit dem konventionellen geringen Kamm-Spiel eingesetzt werden können, wobei diese dann als Stütz-Elemente dienen.

Die Ansprüche 4 und 5 stellen dar, dass die Behandlungs-Elemente die Schnecken-Elemente einerseits und Knet-Elemente andererseits sein können.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt
1 einen Extruder in schematischer Darstellung,
2 einen horizontalen Teil-Längs-Schnitt durch den Extruder,
3 einen vertikalen Querschnitt durch den Extruder gemäß der Schnittlinie III-III in 1, wobei die Schnecken-Kämme sich im Zwickel-Bereich befinden,
4 einen vertikalen Querschnitt durch den Extruder gemäß der Schnittlinie IV-IV in 1, wobei ein Schnecken-Kamm mit einem benachbarten Schnecken-Kern kämmt,
5 einen vertikalen Querschnitt durch den Extruder gemäß der Schnittlinie V-V in 1, der die Knet-Elemente zeigt,
6 einen horizontalen Teil-Längs-Schnitt durch einen Extruder in gegenüber 2 leicht abgewandelter Ausführung,
7 einen Querschnitt durch den Extruder gemäß der Schnittlinie VII-VII in 6,
8 einen horizontal Teil-Längs-Schnitt durch einen Extruder in einer gegenüber den 2 und 6 leicht abgewandelten Form und
9 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IX-IX in 8.
Bei der in 1 bis 5 schematisch dargestellten Schneckenmaschine handelt es sich um einen Extruder, dessen Gehäuse 1 aus mehreren Gehäuse-Abschnitten 2, 3, 4, 5, sogenannten Gehäuse-Schüssen, gebildet ist, von denen nur vier dargestellt sind. Im Gehäuse 1 sind zwei einander durchdringende Bohrungen 6, 7 ausgebildet, deren Achsen 8, 9 parallel zueinander verlaufen. Im Durchdringungsbereich der Bohrungen 6, 7 weisen die Gehäuse-Abschnitte 2 bis 5 sogenannte Zwickel 10, 11 auf. In den Bohrungen 6, 7 sind koaxial mit den Achsen 8, 9 Wellen 12, 13 angeordnet, die von einem Antriebsmotor 14 antreibbar sind. Zwischen den Wellen 12, 13 und dem Motor 14 ist ein Verzweigungs-Getriebe 15 angeordnet, wobei wiederum zwischen dem Motor 14 und dem Getriebe 15 eine Kupplung 16 angeordnet ist. Die Wellen 12, 13 werden gleichsinnig, d. h. in gleichen Drehrichtungen 17, 18 angetrieben.
Auf dem dem Getriebe 15 benachbarten ersten Gehäuse-Abschnitt 2 ist ein Material-Zuführ-Trichter 19 angeordnet, durch den aufzubereitendes beziehungsweise zu bearbeitendes Material in die Bohrungen 6, 7 eingegeben werden kann. Das zu bearbeitende beziehungsweise zu aufzubereitende Material wird in einer Förderrichtung 20 von dem ersten Gehäuse-Abschnitt 2 bis zum letzten Gehäuse-Abschnitt 5 durch das Gehäuse 1 gefördert und verlässt den Extruder beispielsweise durch eine das Gehäuse 1 abschließende Düsenplatte 21. In einer Standardausführung weist der Extruder in Förderrichtung 20 hintereinander eine Einzugs-Zone 22, eine Aufschmelz-Zone 23, eine Knet-Zone 24 und eine Druckaufbau-Zone 25 auf.
Auf den als Zahnwellen ausgebildeten Wellen 12, 13 sind – in Förderrichtung 20 hintereinander – jeweils einander paarweise zugeordnete gleich ausgebildete Schnecken-Elemente 26, 27, Knet-Elemente 28, 29 und wieder Schnecken-Elemente 30, 31 jeweils als Behandlungs-Elemente angeordnet. Sowohl die Schnecken-Elemente 26, 27 und 30, 31 als auch die Knet-Elemente 28, 29 greifen ineinander, sind also dicht kämmend ausgebildet.
Die Schnecken-Elemente 26, 27 und 30, 31 weisen jeweils einen Schnecken-Kern 32 mit einem Kern-Durchmesser D_i auf. Die Schnecken-Elemente 26, 27 und 30, 31 weisen weiterhin Schnecken-Kämme 33 auf, die schraubenlinienförmig angeordnet sind und einen Außendurchmesser D_K aufweisen. Die Bohrungen 6, 7 weisen einen Durchmesser D_B auf.
Die Knet-Elemente 28, 29 weisen einander paarweise zugeordnete Knet-Scheiben 34 auf, die der jeweiligen Bohrungs-Wand 35, 36 benachbarte Kämme 37 und Flanken 38 aufweisen. Die Knet-Scheiben 34 weisen einen Kamm-Durchmesser oder Außen-Durchmesser d_K und einen Flanken- beziehungsweise Kern-Durchmesser beziehungsweise Innen-Durchmesser d_i auf. Wie die 3 und 4 einerseits und 5 andererseits erkennen lassen, ist in der üblichen Weise der Querschnitt durch die Schnecken-Elemente 26, 27 und 30, 31 einerseits und durch die Knet-Elemente 28, 29 identisch dargestellt.
Die Schnecken-Kämme 33 haben ein Kamm-Spiel S_B gegenüber der Bohrungs-Wand 35 beziehungsweise 36, für das gilt: S_B = (D_B – D_K)/2. Für das Spiel S_B gilt: 0,02 D_B ≤ S_B ≤ 0,1 D_B und bevorzugt 0,03 D_B ≤ S_B ≤ 0,05 D_B. Mit anderen Worten heißt dies, dass das Spiel zwischen Bohrungs-Wand 35 beziehungsweise 36 und Schnecken-Kamm 33, d. h. dem Kamm des Schnecken-Stegs 2% bis 10% und bevorzugt von 3% bis 5% des Bohrungs-Durchmessers D_B beträgt.
Demgegenüber ist das Kern-Spiel S_i zwischen einem Schnecken-Kamm 33 eines Schnecken-Elementes 28 beziehungsweise 30 und des Schnecken-Kerns 32 des zugeordneten Schnecken-Elements 29 beziehungsweise 31 sehr viel kleiner. Es gilt: S_i ≤ 0,01 D_B. Mit anderen Worten heißt dies, dass das Kern-Spiel S_i höchstens 1% vom Bohrungs-Durchmesser D_B beträgt.
Wie 5 entnehmbar ist, gelten die Angaben zu den Spielen S_B und S_i auch für die Knet-Scheiben 34. Für das Kamm-Spiel s_B zwischen Kamm 37 und Bohrungs-Wand 35 beziehungsweise 36 gilt: s_B = (D_B – d_K)/2 und entsprechend 0,02 D_B ≤ s_B ≤ 0,1 D_B und bevorzugt 0,03 D_B ≤ s_B ≤ 0,05 D_B. Entsprechend gilt für das Kern-Spiel s_i zwischen Kamm 37 und Flanke beziehungsweise Kern 38 zweier paarweise einander zugeordneter Knet-Scheiben 34 s_i ≤ 0,01 D_B.
Wie anschaulich der 3 entnommen werden kann, ist dann, wenn die Schnecken-Kämme 33 beider einander zugeordneter Schnecken-Elemente 26, 27 sich im Bereich eines Zwickels 10 befinden, aufgrund des relativ großen Kamm-Spiels S_B die Scherung des zu behandelnden beziehungsweise aufzubereitenden Materials in diesem Bereich deutlich reduziert. Gleiches gilt für die Umlenkung des Materials. Andererseits ist durch das geringe Kamm-Kern-Spiel S_i sichergestellt, dass die Schnecken-Elemente 26, 27 selbstreinigend sind, da sie sich gegenseitig abstreifen. Entsprechendes gilt naturgemäß für die Knet-Scheiben 34.
Bei der Ausgestaltung nach 6 und 7 sind die Knet-Elemente 28, 29 identisch zum vorherigen Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die Schnecken-Elemente 26', 27' beziehungsweise 30', 31' weisen nur ein geringes Kamm-Spiel S'_B gegenüber der Bohrungs-Wand 35 beziehungsweise 36 auf, und zwar ein übliches Spiel, für das gilt: S'_B ≤ 0,01 D_B. Für das Kern-Spiel S_i gilt das zuvor Ausgeführte. Bei dieser Ausgestaltung haben die Schnecken-Elemente 26', 27' beziehungsweise 30', 31' gleichzeitig die Funktion von Stützelementen für die Knet-Elemente 28, 29. Selbstverständlich kann dies auch insoweit abgewandelt werden, dass eine beliebige Zahl von Schnecken-Elementen und/oder Knet-Elementen in dieser Form als Stützelemente ausgebildet sind.
Das Ausführungsbeispiel nach 8 und 9 unterscheidet sich von dem nach den 2 bis 5 dadurch, dass die Schnecken-Elemente 26, 27 beziehungsweise 30, 31 dadurch zu Stützelementen gemacht worden sind, dass der Bohrungs-Durchmesser D'_B der Bohrungs-Wand 35' beziehungsweise 36' in den zugeordneten Gehäuse-Abschnitten 3', 5' verkleinert worden ist, so dass gilt: S'_B ≤ 0,01 D'_B. Im Übrigen gilt die vorstehende Beschreibung.

Claims

Schneckenmaschine, – mit einem Gehäuse (1), – mit zueinander parallele Achsen (8, 9) aufweisenden, einander unter Bildung von Zwickeln (10, 11) durchdringenden Bohrungen (6, 7) mit Bohrungs-Wänden (35, 36) mit einem Bohrungs-Durchmesser (D_B), – mit konzentrisch zu den Achsen (8, 9) angeordneten, in gleicher Drehrichtung (17, 18) drehantreibbaren Wellen (12, 13), – mit drehfest auf den Wellen (12, 13) angebrachten, kämmenden Behandlungs-Elementen (26, 27, 30, 31, 28, 29), die jeweils einen Kern (32, 38) mit einem Kern-Durchmesser (D_i, d_i) und mindestens einen Kamm (33, 37) mit einem Kamm-Durchmesser (D_K, d_K) aufweisen, wobei zwischen dem mindestens einen Kamm (33, 37) und der Bohrungs-Wand (35, 36) ein Kamm-Spiel (S_B, s_B) und zwischen einem Kamm (33, 37) und einem unmittelbar benachbarten Kern (32, 38) ein Kern-Spiel (S_i, s_i) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamm-Spiel (S_B, s_B) 2,0% bis 10,0% des Bohrungs-Durchmessers (D_B) beträgt und dass das Kern-Spiel (S_i, s_i) höchstens 1,0% des Bohrungs-Durchmessers (D_B) beträgt.
Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamm-Spiel (S_B, s_B) 3,0% bis 5,0% des Bohrungs-Durchmessers (D_B) beträgt.
Schneckenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Behandlungs-Elemente (26', 27', 30', 31') vorgesehen sind, deren Kamm-Spiel (S'_B) gegenüber der Bohrungs-Wand (35, 36) höchstens 1,0% vom Bohrungs-Durchmesser (D'_B) beträgt.
Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungs-Elemente als Schnecken-Elemente (26, 27, 30, 31; 26', 27', 30', 31') ausgebildet sind.
Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungs-Elemente als Knet-Elemente (28, 29) mit Knet-Scheiben (34) ausgebildet sind.