DE3709798A1 - Mehrteilige schnecke - Google Patents
Mehrteilige schneckeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine mehrteilige Schnecke,
insbesondere Extruderschnecke für die Verarbeitung
von Kautschukmischungen, Kunststoffen o. dgl. mit
einer Innenwelle und darauf angeordneten als
einzeln austauschbare Hohlkörper geformten Schneck
kenabschnitten, wobei die Schneckenabschnitte die
Aufgabe haben, das durch eine als Einlauf dienende
Fütteröffnung zugeführte Material zu fördern, auf
zubereiten und durch eine Austrittsöffnung zu
extrudieren.
Mehrteilige Extruderschnecken sind aus der deut
schen Offenlegungsschrift 24 57 016, der deutschen
Patentschrift 20 36 010 und der deutschen
Gebrauchsmusterschrift 69 15 822 bekannt. Eine
grundlegende Schwierigkeit bei allen bekannten
mehrteiligen Schneckenausführungen ist deren ver
minderte Festigkeit gegenüber Schnecken aus einem
Stück. Dadurch ist die Leistungsfähigkeit einer
solchen mehrteiligen Schnecke gegenüber einer Voll
schnecke vermindert, insbesondere dann, wenn der
Schneckenkerndurchmesser klein ist. Bei den
heutigen Kautschukschnecken ist dies oft der Fall.
Im Verhältnis zu den Kunststoffschnecken haben die
Kautschukschnecken sehr tiefgeschnittene Schnecken
gänge. Der Kerndurchmesser liegt meistens in dem
Bereich von (0,5 bis 0,6)× Außendurchmesser.
Im Kernquerschnitt muß auch üblicherweise die
Schneckentemperierung untergebracht werden, d. h.
der Schneckenkern muß eine Bohrung haben für die
Aufnahme eines koaxialen Rohres, das meistens als
Vorlauf einer Temperierflüssigkeit wie Wasser oder
Öl dient. Der Hohlraum zwischen der Schneckenboh
rung und dem Rohr dient als Rücklauf.
Vor allem bei den Kautschukschnecken ist aus den
oben genannten Gründen sehr wenig Platz vorhanden
für die Unterbringung von Elementen für die Dreh
momentübertragung zwischen den Schneckenteilen, wie
sie in der deutschen Offenlegungsschrift 24 57 016
beschrieben sind.
Erschwerend kommt hinzu, daß das zu übertragende
Drehmoment von der Schneckenspitze bis zum Schnek
keneinlaufteil ständig zunimmt, und zwar normaler
weise überproportional. Dies hängt mit der Tempera
turabhängigkeit der Mischungsviskosität zusammen.
Es ist z. B. bei mit kalten Kautschukmischungen ge
fütterten Schnecken üblich, daß 1/3 des Gesamtdreh
moments einer Schnecke in dem Einzugsbereich ent
steht. Erst wenn die Mischung durch die Dissipa
tionswärme auf höhere Temperatur gebracht worden
ist, nimmt die Viskosität und damit die Drehmoment
übertragung zwischen Mischung und Schnecke stark
ab.
Der Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde,
eine mehrteilige Schnecke zu schaffen, die es er
möglicht, auch bei tiefgeschnittenen Schneckengän
gen große Drehmomente zu übertragen, und die für
die Aufnahme einer Schneckentemperierung geeignet
ist, wobei die gesamte Schneckengeometrie aus aus
tauschbaren Schneckenteilen bestehen soll.
Bei den bekannten Anwendungen wird häufig nur ein
Teil der Schnecke austauschbar ausgelegt, und zwar
der Austragsteil. Der Rest der Schneckengeometrie
ist dann zusammen mit dem Schneckenschaft aus einem
Stück. Damit sind zwar in dem Bereich, in dem die
Drehmomente am größten sind, die Probleme mit der
verminderten Schneckenfestigkeit aufgrund der Mehr
teiligkeit umgangen. Leider ist es aber dann nicht
möglich, die Schneckengeometrie einer Schnecke, je
nach Einsatzbereich zu variieren. Die Schnecken
geometrie im Einlaufbereich hat jedoch einen maß
gebenden Einfluß auf wichtige Schneckenparameter
wie Ausstoß, Endtemperatur des Extrudats und Homo
genität des Extrudats. Eine Schnecke nach dem Bau
kastenprinzip aufzubauen, ist also besonders erstre
benswert, wenn auch die Einlaufgeometrie dem Rest
der Schneckengeometrie angepaßt, d. h. ausgetauscht
werden kann. Daher ist es eine weitere Aufgabe der
Erfindung, auch die für die Gesamtauslegung der
Schnecke so wichtige Einlaufgeometrie austauschbar
zu gestalten.
Danach wird bei einer Schnecke der eingangs angege
benen Art vorgeschlagen, daß die Innenwelle in
ihrem gegenüber dem Einlauf des Extruders rück
wärts liegenden Teil als Schneckenschaft mit gegen
über dem Einlauf größerem Wellendurchmesser ausge
bildet ist, daß die Innenwelle vom Einlauf ab ledig
lich das Drehmoment aus den stromabwärts liegenden
Schneckenabschnitten aufnimmt und daß der dem Ein
laufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt ledig
lich mit dem Schneckenschaft drehfest verbunden
ist. Dabei ist von der Überlegung ausgegangen wor
den, daß eine mehrteilige Schnecke mit etwa gleich
wertigen Leistungen wie die einer ungeteilten
Schnecke erreicht werden soll und daß deshalb der
Kernquerschnitt in dem am meisten beanspruchten
Teil, nämlich im Einlaufbereich der Schnecke am
wenigsten geschwächt werden darf.
Im Einlaufbereich der Schnecke wird erfindungsge
mäß das Gesamtdrehmoment in zwei Anteile aufge
teilt. Der eine Anteil wird über den einen äußeren
Ringquerschnitt mit den dazugehörigen Schnecken
stegen bildenden betreffenden Schneckenabschnitt
in den Schneckenschaft hineingeleitet. Der zweite
Anteil wird durch die Innenwelle, die mit dem
Schneckenschaft fest verbunden ist, übertragen.
Zwischen dem äußeren Ringquerschnitt und der
Innenwelle ist keine form- oder kraftschlüssige
Verbindung vom Einlauf ab vorhanden, so daß der
Kernquerschnitt nur durch die zwischen diesen
Teilen notwendige Toleranzgröße geschwächt wird.
Die zwei Anteile des Gesamtdrehmoments werden
außerhalb der Schneckengeometrie im Schnecken
schaft wieder zusammengeführt, d. h. dort wo die
Anordnung ungeschwächt von Schneckengängen ist.
Diese Schneckenausführung bietet neben allen Vor
zügen einer geteilten Schnecke auch etwa die glei
chen Leistungsdaten wie eine ungeteilte Schnecke.
Günstigere Daten ergeben sich sogar in Bezug auf
die erwähnte Drehmomentaufteilung. Im Einlaufbe
reich wird die Fähigkeit der Schneckenstege, Dreh
momente zu übertragen, wie bei einer ungeteilten
Schnecke ausgenutzt, obwohl die Austauschbarkeit
uneingeschränkt vorhanden ist. Wegen der Austausch
barkeit können die verschiedenen Mischungseigen
schaften kostengünstig berücksichtigt werden, z. B.
durch Geometrieanpassungen für Mischungen in Strei
fen-, Granulat- oder Pulverform.
Weiterhin sind die Vorteile einer mehrteiligen
Schnecke hinsichtlich des Verschleißes zu erwähnen.
Verschleiß tritt meist örtlich verstärkt auf, wie
im Einlaufbereich und am Austragsteil der Schnecke.
Die betroffenen Teile können bei nachlassender
Funktionsfähigkeit einer Schnecke einfach und wirt
schaftlich ausgetauscht und ausgebessert werden.
Die Verbindung zwischen dem dem Einlaufbereich zu
geordneten Schneckenabschnitt und dem Schnecken
schaft erfolgt zweckmäßig durch einen Schrauban
schluß der unter Berücksichtigung des hier zu
übertragenden Teildrehmoments dimensioniert wird
und eine leichte Auswechselbarkeit des Schnecken
abschnitts mit sich bringt.
Der dem Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt
kann wegen des auf ihn allein entfallenden Drehmo
mentanteils auch unter Einbeziehung des Wider
standsmomentes der Schneckenstege ohne weiteres mit
einem größeren Innendurchmesser als dem der strom
abwärts liegenden Schneckenabschnitte ausgebildet
sein und damit auch einen größeren Außendurchmesser
für die Innenwelle in diesem Bereich ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Schritt der vorliegenden Er
findung sind der dem Einlaufbereich zugeordnete
Schneckenabschnitt und der entsprechende Abschnitt
der Innenwelle vom Einlauf ab mit durchgehend glatt
zylindrischer Innen- bzw. Außenfläche versehen, die
im Gleit- oder Schiebesitz aufeinanderliegen. Da
durch ist auch eine gute Wärmeübertragung zwischen
dem Temperiermedium in der Innenbohrung der
Schnecke bzw. der Innenwelle und dem Schneckenab
schnitt, mit dessen Oberfläche das Extrudat in Be
rührung kommt, gewährleistet.
Damit Verarbeitungsgut vom Schneckeneinlauf nicht
stromaufwärts getrieben wird, ist der dem Einlauf
bereich zugeordnete Schneckenabschnitt oberhalb des
Einlaufs außen mit einem Gewinde mit gegenüber den
Schneckenstegen bei gleichem Außendurchmesser er
heblich geringerer Steghöhe und Stegsteigung
versehen.
Die stromabwärts liegenden weiteren Schneckenab
schnitte sind über eine Zahnwellen- oder Vielkeil
wellenkupplung drehfest mit der Innenwelle ver
bunden. Die axiale Befestigung oder Verspannung
dieser Schneckenabschnitte, von denen einer oder
mehrere vorhanden sind, kann vom austragsseitigen
Ende der Innenwelle her erfolgen.
Die vorgeschlagene Schnecke läßt sich in sehr
günstiger Weise auch bei sog. Stiftzylindern ein
setzen, bei denen im Schneckengehäuse eine oder
mehrere Reihen von radial nach innen in den Bereich
der Schneckenstege vorspringenden Stiften angeordnet
sind. Dann empfiehlt es sich, außer Schneckenab
schnitten mit Schneckenstegen, dort wo sich Stifte
befinden, kurze steglose Schneckenabschnitte vorzu
sehen. Die für die Stifte erforderlichen axialen
Abstände zwischen den Schneckenstegen können den
Abmessungen im Stiftzylinder bei der Verwendung
von steglosen Abschnitten leicht angepaßt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Schnecke dargestellt, und zwar
in
Fig. 1 in schematisierter Gesamtansicht, in
Fig. 2 in einer ausschnittsweisen Vergrößerung
des Einlaufbereichs der Schnecke, in
Fig. 3 im Teilschnitt nach der Linie III-III in
Fig. 2, in
Fig. 4 im Teilschnitt nach der Linie IV-IV in
Fig. 2, und in
Fig. 5 in Ansicht auf eine Abwandlung stromab
wärts liegender Schneckenabschnitte.
In einem Schneckengehäuse 1 eines Schneckenextru
ders dreht sich eine Schnecke 2 mit einem
Schneckenschaft 3 einer Schneckenwelle 4 und auf
dieser wendelförmig angeordneten Schneckenstegen 5,
durch die Verarbeitungsgut vom Einlauf 6 zum Aus
tragsende an der Schneckenspitze 7 befördert wird.
Der Schneckenschaft 3 ist im Anschluß an einen am
stromaufwärts liegenden Ende der Schnecke 2 befind
lichen Abschlußbund 8 etwas abgesetzt und trägt
auf dem Absatz ein Schraubgewinde 9.
Noch vor dem Einlauf 6 des Extruders ist er noch
mals abgesetzt und setzt sich von hier als Innen
welle 10 der Schnecke bis zur Schneckenspitze fort.
Ein dem Einlaufbereich zugeordneter Schneckenab
schnitt 11 ist mit einem innen zylindrischen Teil
12 auf die Innenwelle 10 gleitend aufgeschoben und
mit einem Innengewinde 13 über das Schraubgewinde 9
gegen den Abschlußbund 8 gezogen. Dieser dem Ein
laufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt 11 trägt
etwa vom Einlauf 6 ab Schneckenstege 14 zur Förde
rung und Verarbeitung des Extrudats. Oberhalb des
Einlaufs ist er mit einem niedrigen Gewinde 15 zur
Rückförderung etwa hier eingedrungenen Verarbei
tungsgutes belegt.
Der nächstfolgende Schneckenabschnitt 16, auf dem
sich die Schneckenstege 14 fortsetzen, ist auf dem
hier nochmals etwas abgesetzten Teil 17 der Innen
welle über eine in Fig. 4 näher dargestellte Zahn
wellenkupplung 18 mit Zähnen 19 drehfest
angeordnet.
Fig. 3 dient der Erläuterung des Schiebesitzes 20
zwischen dem Teil 12 des dem Einlaufbereich
zugeordneten Schneckenabschnitts 11 und dem
entsprechenden Teil der Innenwelle 10.
Fig. 5 zeigt die Zwischenschaltung eines zur
Aufnahme einer nicht dargestellten Stiftreihe im
Schneckengehäuse bestimmten steglosen Schneckenab
schnittes 21 zwischen mit Schneckenstegen 14 be
setzten Schneckenabschnitten 16. Sie sind sämtlich
über Zahnwellenkupplungen mit der Innenwelle 10
verbunden.
Claims (7)
1. Mehrteilige Schnecke, insbesondere Extruder
schnecke für die Verarbeitung von Kautschuk
mischungen, Kunststoffen o. dgl. mit einer Innen
welle und darauf angeordneten als einzeln aus
tauschbare Hohlkörper geformten Schneckenab
schnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die In
nenwelle (10) in ihrem gegenüber dem Einlauf (6)
des Extruders rückwärts liegenden Teil als
Schneckenschaft (3) mit gegenüber dem Einlauf
(6) größerem Wellendurchmesser ausgebildet ist,
daß die Innenwelle (10) vom Einlauf (6) ab
lediglich das Drehmoment aus den stromabwärts
liegenden Schneckenabschnitten (16) aufnimmt
und daß der dem Einlaufbereich zugeordnete
Schneckenabschnitt (11) lediglich mit dem
Schneckenschaft (3) drehfest verbunden ist.
2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der dem Einlaufbereich zugeordnete
Schneckenabschnitt (11) auf den Schneckenschaft
(3) aufgeschraubt ist.
3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der dem Einlaufbereich zugeordnete
Schneckenabschnitt (11) mit einem größeren
Innendurchmesser als die stromabwärts liegenden
Schneckenabschnitte (16) versehen ist.
4. Schnecke nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der dem Einlaufbereich zuge
ordnete Schneckenabschnitt (11) und der entspre
chende Abschnitt der Innenwelle (10) vom Einlauf
(6) ab mit durchgehend glatt zylindrischer Innen-
bzw. Außenfläche versehen sind, die im Gleit-
oder Schiebesitz aufeinanderliegen.
5. Schnecke nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem
Einlaufbereich zugeordnete Schneckenabschnitt
(11) oberhalb des Einlaufs (6) außen mit einem
Gewinde (15) mit gegenüber den Schneckenstegen
(14) bei gleichem Außendurchmesser erheblicher
geringerer Steghöhe und Stegsteigung versehen
ist.
6. Schnecke nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strom
abwärts liegenden Schneckenabschnitte (16) über
eine Zahnwellen- oder Vielkeilwellenkupplung (18)
mit der Innenwelle (2) verbunden sind.
7. Schnecke nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer
Schneckenabschnitten (11, 16) mit Schnecken
stegen (14) auch kurze steglose (21) Schnecken
abschnitte vorgesehen sind, die zur Aufnahme
einer oder mehrerer Reihen von aus der Wand des
Schneckengehäuses in den Schneckenraum vor
springenden Stiften dienen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3709798A DE3709798C2 (de) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | Mehrteilige Schnecke |
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