DE2243039A1 - Kontinuierlich arbeitende schneckenknet- und mischmaschine - Google Patents

Kontinuierlich arbeitende schneckenknet- und mischmaschine

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Description

WERNER & PFLEIDERER Stgt.-Feuerbach,
3o. August 1972 Pat.-Be/ep PE 7121
Kontinuierlich arbeitende Schnecken-Knet- und Mischmaschine
Die Erfindung betrifft einen kontinuierlich arbeitenden Schneckenknetmischer mit einer in einem"Gehäuse drehbar angeordneten und mit unterbrochenen Schneckenstegen versehenen Mischerwelle, sowie mit von der Gehäusewand in den Raum zwischen den Schneckenstegen hineinragenden Mischelementen.
Kontinuierlich arbeitende Knet- und Mischmaschinen dieser Art werden für das Verarbeiten und Behandeln von weich·* plastischen, elastischen, pulvrigen und flüssigen Stoffen benutzt. Als Beispiele für ihren Einsatz seien die Chemie-, Kunststoff- und Gummi-Industrie, die Herstellung von Elektrodenmassen, die Aufbereitung von Formsand und die Lebensmittelherstellung genannt. "
Es sind die verschiedensten Ausführungen derartiger Maschinen bekannt. So kennt man beispielsweise Misch- und Kneteinrichtungen, die eine rotierende und gleichzeitig in Axialrichtung oszillierende Schnecke besitzen, die aus in Abständen voneinander auf einer Welle angeordneten Schnecken-
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flügeln oder -Segmenten bestehen (DT-AS 1 241 417 und US-PS 3 458 894). Im Schneckengehäuse angeordnete Knetzähne wirken mit den unterbrochenen Schneckenflügeln so zusammen, daß bei jeder Drehung der Schnecke die Knetzähne durch die Unterbrechungen hindurchtreten und Teile des behandelten Materials in den angrenzenden Schnekkengang schieben. Der Nachteil dieser Einrichtungen liegt darin, daß mit ihnen nicht in jedem Fall das Optimum an Knet- und Mischwirkung erreicht werden kann. Während des Betriebes kann praktisch nur die Drehzahl des Antriebes verändert werden, was sich wiederum auf den Durchsatz auswirkt. Eine Anpassung der Mischerelemente an sich verändernde Stoffeigenschaften kann nur bei Stillstand der Maschine durch zeitraubende Umbauarbeiten erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Knet- und Mischwirkung der beschriebenen Maschinen auch während des Betriebes jederzeit optimieren, insbesondere auch die Mischintensität in weiten Grenzen ändern zu können, und dies weitgehend unabhängig von Änderungen des Durchsatzes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß die Mischelemente drehbar gelagert und mit einem eigenen Antrieb versehen sind.
Eine sehr leichte Anpassung an die jeweilige Aufgabe läßt
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sich bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß mehrere in einer Ebene senkrecht zur Schneckenachse über den Gehäuseumfang verteilt angeordnete Knetelemente mit einem gemeinsamen Verstellantrieb versehen sind.
Bei Mischern für große Durchsätze wird der für die Steuerung nötige Aufwand nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vermindert, indem die in zwei oder mehr Ebenen senkrecht zur Schneckenachse angeordneten Mischelemente alle einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.
Die zur Mischung nötige Snergieeinleitung kann bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sehr genau dosiert werden, bei der die Knetelemente die Form eines sich zur Schnekkenachse hin verjüngenden Kreisringsegmentes aufweisen, das innen durch eine konkav kugelförmige Fläche begrenzt ist, und bei der der den Knetelementen zugeordnete stegfreie Bereich der Schneckenwelle eine konvex kugelförmige äußere Oberfläche besitzt.
Eine sehr hohe Drosselwirkung läßt sich nach einer weiteren Ausbildung öer Erfindung erzielen durch eine parallele Anordnung· aller in einer Ebene liegenden verstellbaren Knetelemente, die eine Stellung maximalen Durchflußwiderstandes " und senkrecht dazu eine Stellung minimalen Widerstandes aufy/eisen. Besonders intensiv wird die Mischwirkung in Wei-
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tergestaltung der Erfindung dadurch, daß die Knetelenente mit einem Drehantrieb versehen sind.
Um eine besonders intensive Mischwirkung ohne allzu gros~ sen Aufwand zu erreichen, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung mehrere in einer Ebene senkrecht zur Schnockcnachse über den Gehäuseumfang verteilt angeordnete Knotel einen te mit einem gemeinsamen Drehantrieb versehen.
Die mit der Erfindung ersielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß mit relativ einfachen Mitteln die Mischwirkung sehr erhöht und gleichzeitig die Betriebssicherheit der Mischer verbessert wird. Durch die Möglichkeit, die Mischwirkung sehr fein und kontinuierlich verändern zu können, ist die Voraussetzung gegeben, den Mischvorgang selbsttätig zu steuern. Die Verweilzeitbreite für die einzelnen Mischungsbestandteile kann weitgehend verändert werden, ohne Nachteile in Bezug auf Durchsatz oder Mischgüte in Kauf nehmen zu müssen.
Einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Außenansicht eines Schneckenknetmischers von oben,
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Mischer nach Fig. 1, mit um 90° verdrehten linken Mischelementen ,
Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie Ill-Ill durch den Mischer nach Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-TV durch den Mischer nach Fig. 2,
Fig. 5 verschiedene Ausführungsformen von Mischelementen, Ansicht in Richtung von Pfeil V in Fig. 4,
Fig. 6 eine andere Ausführung eines Schneckenknetmischers im Längsschnitt,
Fig. 7 einen Schnitt gemäß Linie VII-VII durch den Mischer nach Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt gemäß Linie VIII-VIIT. durch den Mischer nach Fig. 6 und
Fig. 9 eine ebene Abwicklung einer Schneckenwelle mit verschiedenen Ausführungen von Mischelenienten für einen Mischer nach Fig. 6«,
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In einer Draufsicht (Fig. 1) auf einen Schneckenknetmischer ist ein aus verschiedenen Teilstücken la bis Ie zusammengesetztes Gehäuse 1 zu erkennen. Das Teilstück Ie enthält einen Eingabetrichter 2 für das zu behandelnde Material. Durch die öffnung des Trichters 2 ist eine mit Schneckenstegen 3 versehene Mischerwelle 4 zu sehen. Zwei Gehäuse-Zwischenstücke Ib und Id dienen der Aufnahme von Mischelementen 5, von denen hier nur die Achse 5a zu erkennen ist. Die Achse 5a ist mit einem Hebel 6 verbunden, der an seinem anderen Ende mit einem Bolzen 7 in ein Langloch 8 eines Verstellringes 9 eingreift (siehe auch Fig. 2). Die beiden Verctellringe 9 sind über Stäbe Io mit einem Verstellantrieb verbunden, der hier aus zwei Hydraulikzylindern 12 besteht, in denen an die Stäbe Io befestigte Kolben 13 hin- und herbewegt v/erden können. Hierzu kann aber auch jeder andere Antrieb eingesetzt werden; im Falle daß die Mischelemente nicht häufig verstellt werden müssen, genügt beispielsweise auch ein Handrad. Im mittleren Teilstück Ic des Gehäuses ist noch ein Entgasungsstutzen 14 zu erkennen. An dem das Austragsende der Mischerwelle 4 umfassenden Gehäuse-Teilεtück la ist ein Kopfstück 15 mit Spritzdüse 16 (Fig. ?.) befestigt, mit der aus dem Schneckenknetmischer ausgepreßten Strängen ein bestimmtes Profil gegeben wird.
Einzelheiten der Mischerwelle und der Mischelemente sind in
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Pig. 2 dargestellt,. Die Schneckenstege 3 der Mischerwelle 4 - im vorliegenden Fall ist es eine dreigängige Schnek-ke - sind in dem Bereich der in den Mischraum 17 hineinragenden Mischelemente 5 unterbrochen. Die Mischerwelle weist in diesen Bereichen jeweils einen Bund 18 mit konvex kugelförmig gedrehter Außenfläche, auf. Der wirksame Teil der Mischelemente 5 hat die Form eines Kreisringsegmentes mit sich 2ur Schneckenachse hin verjüngendem (keilförmigem) Querschnitt. Seine innere Begrenzungsfläche ist konkav kugelförmig gedreht (siehe auch Fig. 5) und bildet dadurch mit dem Bund 18 einen Spalt, der praktisch in jeder Drehlage gleich stark ist. Am übergang zu ihrer Achse- 5a haben die Mischelemente einen tellerförmigen Bund 5b, um im Mischraum tote Ecken für die Strömung zu vermeiden. Die Achse 5a ist in einer mit dem Gehäuse-Zwischenstück Ib verschraubten Bundhülse 19 gelagert und mittels einer Stopf büchse 2o mit Dichtungen 21 abgedichtet. Ein Dichtungsring 22 verhindert, daß zwischen Bundhülse 19 und der sie aufnehmenden Gehäusebohrung Material durchtreten kann. Ein den rechten Abschluß der Mischerwelle 4 bildendes Gewinde 23 geringer Steigung und Gangtiefe dichtet den Durchtritt des zuiTi Antriebsmotor (nicht dargestellt) führenden Wellenendes 24a gegen Materialaustritt ab. Die weiteren Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie bei Fig. 1.
Alle in einer senkrecht zur Mischerachse liegenden Ebene
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"•ft"""
angeordneten Mischoleraente 5 werden über den Verstellring 9 gemeinsam angetrieben bzw. in ihrer Winkellage festgehalten. Die Mischelemente sind im Normalfall parallel zueinander angeordnet und ergeben in der in Fig. 2 links und in Fig.. 3 dargestellten Lage einen minimalen Strömungswiderstand für das behandelte Gut, während sie in der Stellung nach Fig. 2 rechts und Fig. Ί eine maximale Drosselung bewirken. Bei entsprechender Gestaltung der Mischelemente läßt sich der Gutstrom in dieser Stellung auch vollständig abstauen. Je nach Lage der Verstellringe 9 zu den Stäben Io (diese sind in Fig. 2 nicht dargestellt), liegen die Mischelemente der Ebene II-II parallel zu denen der Ebene III-IJI, senkrecht zu diesen oder in jeden beliebigen Phasenlage dazwischen.
Die Bezugszeichen in Fig. 3 und Fig. 4 haben die oben erläuterte Eedeutung. Zusätzlich ist in der Mischerwelle 4 eine Mittelbohrung 24b zu erkennen, durch die ein flüssiges oder gasförmiges Temperiermedium strömen kann. Zuganker oder Schraubenbolzen 25 halten die Gehäuseteil- und -Zwischenstücke la bis Ie zusammen.
In Fig. 5 sind verschiedene Ausführungsformen von Mischelementen 5 dargestellt, und zwar von der Mischerlängsachse aus gesehen (in Richtung von Pfeil V in Fig. 4). Zu erkennen sind der tellerföriäge Bund 5b, die konkav kugelförmige
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innere Fläche 5c und die dazwischenliegenden Flanken 5d und 5e.
Der Antrieb des Mischers nach Fig. 1 bis Fig. 5 über Stäbe und Hydraulikzylinder eignet sich in erster Linie für, eine mehr oder wenig periodisch Hn- und hergehende Verstellung der Misc hei entente. Je nach Bedarf, können diese auch in einer bestimmten.Lage festgehalten werdeno Mit einem derartigen Verstellantrieb ist die Grundlage für eine selbsttätige Steuerung der Mischwirkung gegeben.
Der in Fig. 6 dargestellte Mischer eignet sich zwar ebenso für die selbsttätige Steuerung der Mischwirkung, wird aber vorzugsweise in Fällen eingesetzt, in denen eine besonders intensive Verstärkung der Mischwirkung und der Knetarbeit gewünscht wird. Ähnlich wie bei Fig. 2 bis 4 in einein Gehäusezwischenstück Ib1 drehbar gelagerte Mischelemente 51 weisen einen eigenen, vom Antrieb der Mischerwelle 4 unabhängigen Drehantrieb auf. In der zur Mischerachse senkrechten Ebene VII-VII sind drei Mischelemente in gleichen Winkelabständen im Gehäuse angeordnet (siehe auch Fig. 7). Auf den Achsen 5a1 der Mischerelemente sind kegelige Zahnritzel 26 befestigt,' die gemeinsam von einem großen Kegelrad 27 angetrieben werden. Dieses Kegelrad ist über ein Gleitlager 28 auf dem Gehäusezwischenstück.Ib' gelagert und weist auch eine Außenverzahnung auf, über die es mittels eines stirn-
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verzahnten Ritzels 29 von einem Elektromotor 3o angetrieben wird. Der Elektromotor ist am Gehäuseteilstück Ic1 angeflanscht.
Für einzelne im Gehäuse gelagerte Mischelemente eignet sich ein in der Ebene VIII-VIIT von Fig. 6 und in Fig. 8 dargestellter Drehantrieb. Die Achse 5a1' wird über eine Kupplung 31 von einem Elektromotor 32 angetrieben. Dieser Motor ist über eine Platte 33 und ein Distanzstück 34 mit dem Gehäuse-Zwischenstück Id* verbunden. Weitere Bezugszeichen in Fig. 6 bis Fig. 8 haben die oben beschriebene Bedeutung, wobei zur Unterscheidung abweichender Ausführungen hochgestellte Striche verwendet v/erden.
Fig. 9 zeigt eine ebene Abwicklung eines Teils einer Mischerwelle mit Schneckenstegen 3 und Schneckengängen 4g und in Verbindung damit eine Reihe Beispiele von Mischelementen 51 für den Mischer nach Fig. 6 bis 8. Dargestellt ist die Projektion den aktiven Teils der Mischelemente senkrecht zur Mischerachse. Man erkennt, wie die aur. den Schnekkengängen 4g austretenden Gxitstränge im stegfreien Bereich von den Mischelementen erfaßt, geteilt, umgelenkt und teilweise verwirbelt werden. Dadurch wird eine sehr intensive Mischwirkung erreicht.
Die Mischv/irkung tritt auch bei festgehaltener Lage der
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Mischelemente ein und hängt dann außer von der Form von der Winkellage der Mischelemenfce ab. Bei rotierenden
Mische!ementen hängt die Wirinsng stark von ihrer Drehzahl ab. Die Mischelemente nach Figs. 9.1, 9.5, 9.6 und 9*7 sind besonders für rotierenden Antrieb geeignet. Es ist leicht einzusehen, daß die Größe der von den Mischelementen jeweils erfaßten Gutvolumina außer von den genannten Parametern auch noch von der Drehzahl und von
der Aiisahl Gänge der Mischerweile abhängt.
Die Vorteile, die sich aus der durch die Erfindung ermöglichten präzisen Beeinflussisag des Mischvorgangs ergeben, lassen sich e.uch bei mehr welligen Mischern nutzen.
-Patentansprüche™
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Claims (7)

WERNER & PFLEIDERER Stgt.-Feuerbach, 3o. August 1972 Pat.-Be/ep PE 7121 Patentansprüche
1.j Kontinuierlich arbeitender Schneckenknetmischer mit einer in einem Gehäuse drehbar angeordneten und mit unterbrochenen Schneckenstegen versehenen Mischerwelle, sowie mit von der Gehäusewand in den Raum zwischen den Schneckenstegen hineinragenden Mischelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (5; 51) drehbar gelagert und mit einem eigenen Antrieb (6 bis 13; 26 bis 32) versehen sind.
2. Schneckenknetmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in einer Ebene (III) senkrecht zur Schneckenachse über den Gehäuseumfang verteilt angeordnete Mischelemente (5) mit einem gemeinsamen Verstellantrieb (6 bis 13) versehen sind.
3. Schneckenknetmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in zwei oder mehr Ebenen (III; IV) senkrecht zur Schneckenachse angeordneten Mischelemente (5) alle einen gemeinsamen Antrieb (6 bis 13) aufweisen,
4. Schneckenknetirtischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
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dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (5) die Form eines sich zur Schneckenachse hin verjüngenden Kreisringsegmentes aufweisen, das innen durch eine konkav kugelförmige Fläche begrenzt 1st, und daß der den Mischelementen (5) zugeordnete stegfreie Bereich (18) der Mischerwelle (4) eine konvex kugelförmige äußere Oberfläche besitzt.
5. Schneckenknetmischer nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine parallele Anordnung aller in einer Ebene liegenden verstellbaren Mischelemente (5), die eine Stellung maximalen Durchflußwiderstandes (Fig.4) und senkrecht dazu eineStellung minimalen Widerstandes (Fig.3) aufweisen.
6. Schneckenknetmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (51) mit einem Drehantrieb (26 bis 3ö? 31,32) versehen sind*
7. Schneckenknetmischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in einer Ebene senkrecht zur Schneckenachse über den Gehäuseumfang verteilt angeordnete Mischelemente (51) mit einem gemeinsamen Drehantrieb (26 bis 3o) versehen sind.
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