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Schneckenpresse mit zwangläufiger Förderung in der Einzugszone Bei
Einschneckenpressen besteht vielfach das Problem, den Vorschub des Fördergutes auch
dann zu gewährleisten, wenn dieses zum Anhaften an den Gängen der in ihrem Gehäuse
rotierenden Arbeitsschnecke neigt. In besonders ungünstigen Fällen laufen Stoffe
dieser Art gemeinsam mit der Schnecke im Gehäuse um, wobei also zwischen Material
und Gehäusewandung 100 O/o Schlupf besteht und keinerlei Vorschub zustande kommt.
In anderen Fällen ist der Schlupf kleiner als 1000/o, aber doch noch so groß, daß
die Ausstoßleistung der Maschine erheblich gemindert wird. Nicht selten wird auch
ein zeitlich wechselnder Schlupf festgestellt. Dann ist mit einem pulsierenden Ausstoß
der Maschine zu rechnen. Dies gilt besonders für die Bautypen, deren Schnecke am
Ausstoßende keine oder nur eine sehr kurze Ausgleichszone hat.
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Bei all diesen Erscheinungen spielen sowohl die Art und Konsistenz
des Fördergutes als auch die Form und Abmessungen des Schneckenganges bzw. der Schneckengänge,
die Oberflächenbeschaffenheit der Schnecke und der Gehäuseinnenwandung sowie die
eingestellten Betriebstemperaturen eine Rolle.
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In typischer Weise treten die verschiedenen Förderschwierigkeiten
vor allem bei einigen Kunststoffrohstoffen auf. Sie sind jedoch keineswegs auf diese
beschränkt. Die Keramikindustrie, Mühlenbetriebe, die Seifenindustrie, die Betriebe
für die Erzeugung und Verarbeitung von Düngemitteln, für die Förderung landwirtschaftlicher
Erzeugnisse und andere Wirtschaftszweige kennen entsprechende Probleme ebenfalls.
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Allgemein sind Stoffe mit geringer innerer Reibung wie Pulver (Puder,
Mehl) mit niedrigem Schüttgewicht bzw. großen Anteilen eingeschlossener Luft Hartgranulate
mit kugelförmigen Einzelkörnern (Perlgranulat, z. B. Perlpolystyrol), gewisse pastöse
Massen und die meisten dünnflüssigen Stoffe für die Beschickung von Einschneckenpressen
weniger geeignet als Stoffe mit hoher innerer Reibung (grobkörnige Pulver mit hohem
Schüttgewicht, grobe Schnitzel, Zylindergranulat, Würfelgranulat, Bandmaterial usw.).
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Zur Verbesserung des Massevorschubs in den Schneckengängen wird die
Schneckenoberfläche im allgemeinen so ausgeführt, daß die Reibung zwischen ihr und
der zu fördernden Masse möglichst klein ist, die Innenfläche des Gehäuses dagegen
so, daß an ihr die Masse möglichst nur axial gleitet, sie also mit Längsnuten usw.
versehen ist. Bei thermoplastischen Massen wählt man, da die Reibungszahl zwischen
Kunststoffrohstoffen und Metallflächen mit der Temperatur ansteigt, für die ersten
Gänge der Schnecke im allgemeinen eine etwas niedrigere Temperatur als für die Wandung
des diese umgebenden Gehäuseabschnittes.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Förderschnecke in ihrer ganzen
Länge als eine um einen festen Kern rotierende Bandwendel auszuführen. Dabei wird
das Fördergut von der stehenden Innenfläche des Gehäuses, der ebenfalls stehenden
Oberfläche des Kerns und den umlaufenden Stirnflächen der Bandwendel eingeschlossen.
Die Gefahr des Mitdrehens des Fördergutes ist damit, besonders wenn der Reibungswiderstand
der stehenden Flächen durch entsprechende Gestaltung (Längsnuten, Längsriefen usw.)
verstärkt wird, praktisch ausgeschaltet. Es kann dann erwartet werden, daß die Bandwendel
das eingebrachte Gut vorwiegend in Achsrichtung bewegt, ähnlich wie eine gegen Verdrehen
gesicherte Gewindemutter auf einer rotierenden Spindel.
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Bei zähplastischen Massen kann diese Wirkung bis zu einem gewissen
Grad auch schon durch die bloße Anwendung einer durchgehenden und in geeigneter
Weise profilierten Längsnutung der Gehäuseinnenwandung erreicht werden.
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Ein Nachteil dieser Systeme, bei denen das Material ähnlich wie eine
Gewindemutter »vorwärts geschraubt« wird, besteht jedoch darin, daß diese keine
Möglichkeit vorsehen, das Fördergut auf seinem Wege zwischen der Beschickungsöffnung
und der Austrittsöffnung einer inneren Umwälzung oder Scherung zu unterwerfen, d.
h. eine Mischwirkung zu erreichen. Eine Mischwirkung ist besonders bei der Verarbeitung
von thermoplastischen Massen notwendig, wenn das als Strang ausgestoßene Erzeugnis
in sich einheitlich sein und die vorgeschriebenen Prüfwerte erreichen soll.
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Dies gilt für die gleichmäßige Durchwärmung der Masse ebenso wie
für die Dispergierung von Farb-
stoffen, Füllstoffen und anderen
Zusätzen. Beispielsweise wurde bei der Verarbeitung von weichmacherfreiem Polyvinylchlorid
auf einer Schneckenpresse mit durchgehender Längsnutung der Gehäuseinnenwandung
beobachtet, daß die die beheizte Gehäusewandung berührende Masseschicht bis zum
Eintritt in das Spritzwerkzeug überhitzt worden war, während die inneren Schichten
noch nicht genügend durchwärmt und teilweise sogar noch im Rohzustand geblieben
waren.
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Andererseits versagen Schneckenpressen mit durchgehender Längsnutung
bei weniger zähen und erst recht bei dünnflüssigen Stoffen - z. B. Polyamid oder
Polyäthylen im Schmelzzustand, besonders bei hohen Temperaturen -, weil der durch
das Zusammenwirken der Förderschnecke mit dem Spritzwerkzeug aufgebaute Druck die
Masse durch die Längsnuten der Gehäusewandung über die Schneckenstege nach rückwärts
treibt (sogenannte »Leckströmung«), so daß die Ausstoßleistung der Maschine zurückgeht
oder der Ausstoß sogar vollständig zum Erliegen kommt.
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Ganz entsprechend sind die Verhältnisse bei Maschinen mit durchgehender
Bandwendelschnccke, weil hier zwischen der rotierenden Schnecke einerseits und den
stehenden Elementen (Gehäuse und Kern) andererseits immer ein relativ großes Einbauspiel
vorgesehen werden muß, um der durch den Massedruck hervorgerufenen Zusammendrückung
und der dadurch bedingten Durchmesseränderung der Bandwendelschnecke Rechnung zu
tragen. Die Zusammendrückung kann bei der relativ großen Länge der Bandwendel und
den üblichen Massedrücken sehr erheblich sein. Im übrigen ist die Herstellung einer
maßhaltigen Bandwendel mit der bei Kunststoff-Schneckenpressen üblichen Länge, meist
15-25 D (D = Durchmesser), außerordentlich schwierig.
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Es ist auch bekannt, bei Schneckenpressen eine in die Einzugszone
der normalen Schnecke eingeschraubte Bandwendel zu verwenden, um die Kompression
der Schnecke, d. h. das Volumenverhältnis zwischen den Gängen der Einzugszone und
denen der Ausstoßzone zu verändern. Dabei wird aber, da ein stehender Kern nicht
vorhanden ist, ein zwangläufiger oder auch nur verbesserter Vorschub des Fördergutes
weder bezweckt noch erreicht.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schneckenpresse mit zwangläufigem
Vorschub des Fördergutes, die die Nachteile aller bisher bekannten Systeme ähnlicher
Art vermeidet. Das Hauptmerkmal ist eine nur in der Eingangszone koaxial-konzentrisch
zum Schaft der Arbeitsschnecke, zwischen einer festen Umhüllung und einer zu dieser
koaxial-konzentrischen festen Hülse angeordnete, mit der Drehzahl der Arbeitsschnecke
angetriebene Bandwendel, die das eingebrachte Material zwangläufig in den Gang bzw.
die Gänge der Arbeitsschnecke fördert und dabei gleichzeitig verdichtet.
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Ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Schneckenpresse
zeigen die Abt. 1 und 2. Dabei ist nur der zur Erläuterung der Erfindungsmerkmale
wesentliche Teil der Maschine dargestellt.
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In dem durch das Trichterstück 1 und den Zylinder2 gebildeten und
mit Büchsen 3, 4 ausgefutterten Gehäuse ist eine Bandwendel 5 und in dieser als
fester Kern die Hülse 6 angeordnet, durch
deren Bohrung der Schaft 7 der Schnecke
8 geführt ist. Die Bandwendel 5 und die Schnecke 8 werden gemeinsam von der Schaftwelle
9 angetrieben. Die Drehmomentübertragung zwischen der Schaftwelle 9 und der Schnecke
8 erfolgt über die Längsverzahnung 10, die Drehmomentübertragung auf die Bandwendel
5 über die Stirnflächenverbindung 11. Die koaxialkonzentrisch zum Zylinder 2 und
zu der Schnecke 8 angeordnete Hülse 6 ist mit ihrer Halterung 12 zwischen den Stirnflächen
der beiden Büchsen 3 und 4 eingespannt. Der zylindrische Ansatz der Bandwendel ist
außen mit einem Sperrgewinde 13 versehen, das etwa eingedrungenes Material in den
Arbeitsraum zurückfördert.
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Das Schneckengehäuse 1, 2 und/oder die Hülse 6 ebenso wie die Bandwendel
5 können statt zylindrisch in ihrer ganzen Länge oder in Teillängen auch kegelig
ausgeführt werden etwa um eine besondere Verdichtung des Fördergutes zu erreichen.
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Im Betrieb der Maschine gelangt das durch die Beschickungsöffnung
14 des Trichterstücks 1 eingebrachte Material in den zwischen den Stegflächen der
Bandwendel 5 offenen Raum 15, dessen feste Begrenzungen durch die Trichterstückbüchse
3 und Hülse 6 gebildet werden. Durch das Zusammenwirken der Schubfianken der umlaufenden
Bandwendel 5 mit den von dem Fördergut berührten stehenden Flächen der Büchse 3
und Hülse 6 erfährt das Material Vorschub in Achsrichtung. Dabei wird eine Drehbewegung
des Fördergutes nicht nur durch die von diesem berührten Flächen der Büchse 3 und
Hülse 6, sondern - bei der Konstruktion nach A b b. 1 - auch durch die radialen
Stege der Halterung 12 verhindert. Zusätzlich kann noch eine Längsnutung der Wandung
der Büchse 3 und/oder der Oberfläche der Hülse 6 vorgesehen werden. Das praktisch
fast ohne jeden Schlupf, also mit einem Volumenwirkungsgrad von nahezu 1000/o, geförderte
Material gelangt nach Durchlaufen der Halterung 12 in den Gang bzw. die Gänge der
Schnecke 8, und zwar je nach Auslegung der Bauelemente (vor allem der Bandwendel
5) in einer mehr oder weniger vorverdichteten oder sogar vollkommen kompakten Form.
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Dadurch wird, im Unterschied zu den bekannten Ausführungen von Schneckenpressen,
der Füllungsgrad des Schneckeneingangs in jedem Falle gleichmäßiger und höher als
bisher. Die Schnecke 8 übernimmt die Weiterförderung und den Ausstoß des Materials,
bei thermoplastischen Massen auch deren Durchplastizierung bzw. Aufschmelzung und
Homogenisierung.
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Die Anfertigung der relativ kurzen Bandwendel 5 bietet keinerlei
besondere Schwierigkeiten, vorausgesetzt, daß dafür ein thermisch entspannter Stahl
verwendet bzw. das Werkstück während der verschiedenen Bearbeitungsgänge durch Zwischenglühen
entspannt wird. Wegen der kurzen Baulänge sind auch die betriebsmäßigen Beanspruchungen
der Bandwendel nur gering, zumal die nach dem Antriebsende der Wendel gerichtete
axiale Pressung und die entgegen dem Drehsinn der Wendel angreifenden Umfangskräfte
sich in ihren Wirkungen - Zusammendrückung bzw. Durchmesseränderung - weitgehend
aufheben.
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Für die Reinigung der Maschine nach Betriebsschluß, bei Chargenwechsel
usw. ist es zweckmäßig, das Trichterstück 1 und den Zylinder 2 auf einem in
Achsrichtung
abfahrbaren Rahmenwagen anzuordnen, wobei zwischen dem Trichterstück 1 und dem (in
den Abbildungen nicht dargestellten) Getriebestock eine schnell lösbare Verbindung
vorgesehen ist, etwa ein Bajonettgewindering.
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Die Maschine nach der Erfindung gewährleistet einen ungestörten Einzug
und Vorschub des Fördergutes auch bei Materialien, die zum Anhaften oder Ankleben
an der Schneckenoberfläche neigen. Bei Stoffen mit hohem Schüttgewicht wie Pulver
und Flocken bewirkt die rotierende Bandwendel 5 im Zusammenwirken mit der Büchse
3 und Hülse 6 eine Vorverdichtung, so daß die eigentliche Arbeitsschnecke 8 in jedem
Falle mit kompaktem Material gespeist werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die
Maschine die volle Ausnutzung der von anderen Sohneckenpressen her bekannten Wirkungen,
insbesondere der Misch- und Homogenisierwirkung. Die bei Schneckenpressen mit einer
über die ganze Länge durchgehenden Bandwendel unvermeidlichen fertigungstechnischen
und betriebstechnischen Schwierigkeiten bzw. Probleme treten bei der nach der Erfindung
ausgeführten relativ kurzen Bandwendel nicht auf.