DE2802125A1

DE2802125A1 - Schneckenmaschine zum bearbeiten von festen, fluessigen und zaehviskosen materialien

Info

Publication number: DE2802125A1
Application number: DE19782802125
Authority: DE
Inventors: Josef A Blach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-19
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1979-07-26
Also published as: DE2802125B2

Description

Beschreibung
Schneckenmaschine zum Bearbeiten von festen, flüssigen und zähviskosen Materialien Die Erfindung betrifft eine Schneckenmaschine zum Bearbeiten von festen, flüssigen und zähviskosen Materialien, welche in einem Gehäuse mindestens zwei ineinandergreifende und gleichsinnig antreibbare Wellen besitzt, deren jede in axialer Richtung hintereinander mehrere Scheibenabschnitte besitzt, die einen von einem zur Wellenachse konzentrischen Kreis abweichenden Querschnitt aufweisen, wobei die Scheibenabschnitte der einen Welle denjenigen der anderen Welle zumindest ungefähr gegenüberstehen und in einem Gehäusehohlraum umlaufen, dessen Querschnitt im Bereich der Scheibenabschnitte der Form zweier sich überlappender, zu den Wellenachsen konzentrischer Kreise entspricht.
Derartige Schneckenmaschinen werden vor allem zum Homogenisieren verwandt, worunter im folgenden alle Vorgänge verstanden werden sollen, durch die die Makro- oder Mikrostruktur von Ein- oder Mehrkomponentenmassen vergleichmäßigt wird, insbesondere also die Vorgänge Nischen, 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 Schnec]nwellen aufweisen. Jede dieser Schneckenwellen besitzt mindestens zwei der Förderung des zu verarbeitenden materials dienende SchnecIenabschnitte, 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 Schneckenwellen 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 Wellen crewählt werden muß, dichten die Wellen im Bereich der Scheibenabschnitte und der Zwischenringscheiben den Gehäusehohlraum in axialer Richtung nicht so ab, wie dies im Bereich der Schneckenabschnitte der Wellen der Fall ist; infolgedessen wird ein Teil des zu verarbeitenden .-laterials längs der zellen vorgeschoben, ohne durch jeden der Gereiche 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 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 Wert an, und gleichzeitig erfahren die 4aterialteilchen dort eine große Umlenkung. Die auf die Materialteilchen einwirkenden dynamischen kräfte sind aber proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, und Viskositäts-und Druckkräfto verändern sich @roportional mit der Geschwindigkeit.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine der eingangs crwähnten Art zu schaffen, bei der an mindestens einer vorgegelsenen Stelle tIaterialverschiebungen in Längsrichtung einer Welle mit einfachen Mitteln verhindert werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgem&'ß dadurch gelöst, daß mindestens zwischen zwei einander benachbarten Scheibenabschnitten der einen Welle ein erster, zur Wellenachse konzentrischer Kreisring vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des zu dieser Welle konzentrischen Querschnittskreises des Gehäusehohlraums an der Stelle dieses Kreisrings ist und daß auf der anderen Welle, dem ersten Kreisring gegenüberliegend, ein zweiter, zur -Iellenachse konzentrischer Kreisring vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser gleich der Differenz zwischen dem doppelten Abstand der Wellenachsen 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 Gehäusehohlraum außerhalb der Auskämmbereiche der Wellen zwischen deren Scheibenabschnitten in axialer Richtung abzudichten und Elemente in die Schneckenmaschine einzubauen, die im Bereich der Scheibenabschnitte unter anderem eine axiale Förderung des zu verarbeitenden @aterials außerhalb der Auskäranbereiche vermeiden und so bewirken, daß praktisch jedes -laterialteilchen möglichst viele oder alle zwischen den Scheibenabschnitten liegenden Auskämmbereiche durchlc.uft.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich also u.a. erreichen, daß IIaterialien besser homogenisiert werden, denn an allen Stellen, an denen die großen, ersten Kreisringe vorgesehen sind, kann man durch diese einen Vorschub der tlaterialteilchen 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 Materialteilchen müssen dort zwangsweise den Ausk-mnbereich 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 weiteren versteht es sich von selbst, daß es sich bei den Scheibenabschnitten und den Kreisringen nicht uri 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, wenn 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.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine befinden sich zwischen allen Scheibenabschnitten Kreisringe, so daß sich diese Ausführungsform dadurch auszeichnet, daß zwischen mehr als zwei aufeinanderfolgenden Scheibenabschnitten jeder Welle jeweils ein erster oder zweiter Kreisring vorgesehen ist und daß auf jeder Welle erste und zweite Kreisringe abwechseln aufeinanderfolgen. Es müssen dann praktisch alle Haterialteilchen sämtliche Auskämmbereiche zwischen den Scheibenabschnitten durchlaufen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder der nachfolgenden Beschreibung und der beiliegenden zeichnerischen Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten, zweiwelligen Schneckenmaschine; es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch die maschine, wobei die Schneckenwellen nicht geschnitten wurden, und Figur Schnitte durch die Schneckenmaschine gemäß den 2-10 Linien 2-2 bis 10-10 in Figur 1.
Die Figur 1 zeigt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Maschinengehäuse, welches eine Einfüllöffnung 12 für das zu verarbeitende Material 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 überein Getriebe 26 und eine Kupplung 28 von einem Motor 30 gleichsinnig angetrieben werden zu können.
Erfindungsgemäß nehmen bei jeder Schneckenwelle jeweils zwei Schneckenabschnitte 18a und 18c bzw. 20a und 20c ein Paket 18b bzw. 20b von Scheibenabschnitten zwischen sich auf, deren Querschnitt lediglich die eine Forderung zu erfüllen hat, daß er nämlich von einen 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 Scheibenabsehnitte und einen das jeweilige Paket von Scheibenabschnitten durchsetzenden Kernwellenabschnitt der jeweiligen Schneckern.jelle so ausbilden, daß die Scheibenabschnitte auf den Kernwellenabschnitt verdrehbar und diesem gegenüber feststellbar sind, rrie dies in der DT-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 verar beitenden :aterials im Bereich der Iiomogenisicrzonc, die von den Pal;eten 18b und 20b gebildet wird, und die in dieser liomogenisierzone in das zu bearbeitende Material eingeleitete Energie verändern und vorbestimmen.
Erfindungsgemäß ist ferner zwischen den Scheibenabschnitten 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 Schneckes zelle 13 bzw. 20 befindet, in axialer Richtung abzuteilen bzw. abzudichten, so daß der Strom des zu bearbeitenden Ilaterials längs der jeweiligen Schneckenwelle nicht über einen solchen großen Kreisring hinaus vorgeschoben werden kann, sondern auf die jeweils andere Schneckenwelle übergeben 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 Figur@n 2 - 10 erkonnen lassen, und der Radius der großen Kreisringe 32 ist nur geringfügig kleiner als der Radius der Querschnittskreise 16a und 16b -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 aschinengehäuse befestigt werden die ungefähr die Form der großen ireisringe aufweisen und eine Aussparung besitzen, durch die die jeweilige Schneckenwelle hindurchtritt. Diese Aussparung könnte z.B. U-föraige und in Richtung auf die joweils andere Schnec:enwelle randoffen sein, so daß die Trennwände von der Seite her auf die jeweilige Schneckenwelle aufgeschoben werden könnten.
Wie sich aus der Figur 1 ohne weiteres ergibt, gelangt das zu verarbeitende Material zunächst auf den Scheibenabschnitt 181 der Schneckenwelle 13, entlang welcher es sich jedoch wegen des zwischen den Scheibenabschnitten 181 und 182 bei findlichen großen Kreisrings 32 nicht weiter in Richtung auf die Auslaßöffnung 14 fördern läßt. Das Ilaterial wird deshalb auf den Scheibenabschnitt 201 der Schneckenwelle 20 übergeben und passiert dabei den Auskärninbereich der beiden Schneckenwellen 13 und 20, gelangt dann auf den Scheibenabschnitt 20, wird wegen des großen Kreisrings 32 zwischen den Scheibenabschnitten 202 und 203 wieder auf die Schneckenwelle 18 übergeben, nämlich auf deren Scheibenabschnitt 182, wobei wiederum der Aus]:ämmbereich passiert werden muß, usf.
Aus den Figuren 2-6 ergibt sich auch, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine der Abstand A zwischen den Achsen 18' und 20' der Schneckenwellen 18 und 20 gleich der SuMme der Werte R und r ist, wobei R den Abstand der höchsten Erhebung 21 der Scheibenabschnitte von der zugehörigen Wellenachse und der Wert r den Abstand der geringsten Erhebung der Scheibenabschnitte von der zugehörigen Wellenachse sowie die Radien der großen und kleinen Kreisringe 32 bzw. 34 bedeuten.
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.
Mit den erfindungsgemäßen Kreisringen lassen sich natürlich auch Gassperren errichten.
Leerseite

Claims

Patentanspruche: < Sclmeckenmaschine zum Bearbeiten von festen, flüssigen und zähviskosen Materialien, welche in einem Gehäuse mindestens zwei ineinandergreifende und gleichsinnig antreibbare Wellen besitzt, deren jede in axialer Richtung hintereinander mehrere Scheibenabschnitte besitzt, die einen von einem zur Wellenachse konzentrischen Kreis abweichenden Querschnitt aufweisen, wobei die Scheibenabschnitte der einen Welle denjenigen der anderen Welle zumindest ungefahr gegenüberstehen und in einem Gehäusehohlraum umlaufen, dessen Querschnitt im Bereich der Scheibenabschnitte der Form zweier sich überlappender, zu den Wellenachsen konzentrischer Kreise entspricht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens zwischen zwei einander benachbarten Scheibenabschnitten (z.B. 181, 182) der einen Welle (18) ein erster, zur Wellenachse 18' bzw. 20' konzentrischer Kreisring (32) vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des zu dieser Welle konzentrischen Querschnittskreises (16a) des Gehausehohlraums (16) an der Stelle dieses Kreisrings (32) ist.
2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Welle (20), dem ersten Kreisring (32) gegenüberliegend, ein zweiter, zur Wellenachse konzentrischer Kreisring (34) vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser gleich der Differenz zwischen dem doppelten Abstand der Wellenachsen (18' und 20') und dem Außendurchmesser des ersten Kreisrings (32) ist.
3. ScRmeckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Welle (18,20) mehrere erste Kreisringe (32) angeordnet sind, zwischen denen jeweils zwei Scheibenabschnitte (z.B. 182 und 183) liegen, und daß die ersten Kreisringe (32) der einen Welle (z.B. 18) gegenüber den ersten Kreisringen (32) der benachbarten Welle (z.B. 20) um die Hälfte des Abstands zwischen zwei ersten Kreisringen (32) in axialer Richtung versetzt sind.
4. Schneckenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mehr als zwei aufeinanderfolgenden Scheibenabschnitten (181, 18²...;211, 202...) jeder Welle (18,20) jeweils ein erster oder zweiter Kreisring (32,34) vorgesehen ist und daß auf jeder Welle (18,20) erste und zweite Kreisringe (32 bzw. 34) abwechselnd aufeinanderfolgen.
5. Schnec1:enmaschine nach Anspruch 2, bei der die beiden Querschnittskreise des Gehäusehohlraums gleiche Radien besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halfte des Außendurchmessers des zweiten Kreisrings (34) gleich der Differenz zwischen dem Abstand (R) der Wellenachsen (18' und 20') und dem Abstand der höchsten Erhebung (21) der Scheibenabschnitte von der zugehörigen t:Tellenachse ist und daß die tIalfte 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.

u. Schnec:enmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (18,20) zueinander parallele Achsen (18',20') besitzen.