DE2256902B1

DE2256902B1 - Kontinuierlich arbeitende schneckenmaschine

Info

Publication number: DE2256902B1
Application number: DE19722256902
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Millauer
Original assignee: Werner & Pfleiderer, 7000 Stuttgart
Priority date: 1972-11-20
Filing date: 1972-11-20
Publication date: 1973-08-09
Also published as: NL7315526A; FR2206973A1; DE2256902C2; DE2256902A1; US3924839A; IT996649B; CA977743A; FR2206973B1; JPS4982757A; GB1386390A

Description

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann jedem Scherquersteg ein Spaltquersteg in Fließrichtung nachgeordnet sein. Dadurch wird zuverlässig die Bildung von ruhenden Materialinseln hinter jedem Scherquersteg ausgeschaltet. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, daß jeweils einer Gruppe von Scherquerstegen ein Spaltquersteg oder mehrere Spaltquerstege in Fließriclitung nachgeordnet ist bzw. sind. Auch hierdurch wird die laminare Blockströmung ausreichend gestört, um die Bildung ruhender Materialinseln weitgehend zu vermeiden.

Vorzugsweise stimmt der Durchtrittsquerschnitt zwischen der Oberseite jedes Scherquerstegs und der Gehäuscinnenwand im wesentlichen mit dem Durchtrittsquerschnitt des Scherspalts des nachfolgenden Spaltquerstegs überein. Bei der Bemessung der Durchtrittsquerschnitte ist zu berücksichtigen, daß im wesentlichen im einen Querschnitt eine Druck- und im anderen eine Schleppströmung herrscht. Die hierdurch notwendigen Abweichungen der beiden Querschnitte sind jedoch nicht sehr groß.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich jeder Scherspalt vom freien äußeren Rand des zugehörigen Spaltquerstegs in Richtung auf dessen Fuß. Die sich frei zum äußeren Rand der Spaltquerstege öffnenden Scherspalte sind einfach herzustellen.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß jeder Scherspalt sich in Richtung auf den Fuß des zugehörigen Spaltquerstegs verjüngt. Dadurch ergibt sich eine gute Scherwirkung im Scherspalt.

Die in Fließrichtung vorne liegenden Eckwinkel zwischen jedem Spaltquersteg und den benachbarten Schneckenwindungen können bis in den Bereich des Scherspalts ausgerundet oder ausgefüllt sein. Dadurch werden ruhende Materialansammlungen in den Eckwinkeln vermieden.

Die Scherspalte können im Mittelbereich oder in einem der Randbereiche des zugehörigen Spaltquerstegs angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Teildarstellung eines Schneckengangs einer erfindungsgemäßen Schnekkenmaschine,

Fig. 2 eine Schneckenabwicklung einer erfindungsgemäßen Schneckenmaschine in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Schneckenabwicklung einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Schneckenabwicklung einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 5 einen Gesamtüberblick über eine erfindungsgemäße Schneckenmaschine.

Die aus F i g. 5 ersichtliche Schneckenmaschine S dient zum Behandeln plastischer oder sonstiger fließfähiger Massen, insbesondere zum Kneten, Mischen und Homogenisieren. Es handelt sich bei dem gezeichneten Beispiel um eine einwellige, mehrgängige Schneckenmaschine.

Die Schneckenmaschine S enthält als Kernstück eine Schnecke 1, die um ihre ideelle Achse A von einem nicht gezeichneten Motor aus über ein Reduktionsgetriebe R und eine Kupplung K zur Drehung antreibbar ist.

Die Schnecke 1 weist in üblicher Weise leistenförmige Schneckenwindungen 2 auf, die außen von einem sich eng an die äußeren Ränder der Schnekkenwindungen anschmiegenden Gehäuse G umgeben sind. Die zu behandelnden Massen werden der Schnecke 1 über einen Beschickungstrichter B, eventuell mit Stopfer St, zugeführt.

Zwischen den Schneckenwindungen 2 bilden sich Schneckengänge aus, von denen in Fig. 1 bei 3 ein Schneckengang ersichtlich ist. In den Schneckengängen sind an für den Verfahrensablauf geeigneten Stellen quer zu der sich längs der Schneckengänge

ίο erstreckenden Materialfließrichtung Scherquerstege vorgesehen. Ein solcher Scherquersteg ist insbesondere in Fig. 1 bei 4 ersichtlich. Er erstreckt sich über die gesamte Breite des Schneckenganges 3 und ist an der in der Zeichnung vorne liegenden Anströmseite in der bei 7 ersichtlichen Weise abgeschrägt und zur Schneckenkernoberfläche hin ausgerundet. Die Höhe des Scherquersteges ist geringer als die Höhe der benachbarten Schneckenwindungen 2. Dadurch verbleibt zwischen dem äußeren Rand des Scherquersteges 4 und der Gehäuseinnenseite ein Durchtrittsspalt, dessen Höhe in F i g. 1 mit α bezeichnet ist.

In Fließrichtung hinter dem Scherquersteg 4 ist im Schneckengang 3 ein sich wiederum quer zur Fließrichtung des Materials erstreckender Spaltquersteg 5 angeordnet, der sich bis zur vollen Höhe der Schneckenwindungen 2 erstreckt. Der Spaltquersteg 5 enthält einen sich vom freien, der Gehäuseinnenwand zugewandten äußeren Stegrand im wesentlichen radial zur Schnecken achse A erstreckenden Scherspalt 6. Dieser verläuft bis zum Fuß des Spaltquerstegs 5 und kann sich in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise verjüngen oder, wie in F i g. 5 angedeutet, parallele, radial zum Schneckenkern verlaufende Begrenzungswände haben. Der Spaltquersteg kann von der Anfließseite her in der in ausgezogenen Linien angedeuteten Weise geneigt und ausgerundet sein; es können aber auch die in Anströmrichtung vorne liegenden Eckwinkel zwischen dem Spaltquersteg 5 und den Schneckenwindungen 2 ausgefüllt sein, wie links in F i g. 5 gezeigt und in F i g. 1 mit gestrichelten Linien 7 angedeutet. Entsprechend können, wie bei 8 in F i g. 2 gestrichelt dargestellt, auch die in Strömungsrichtung hinten liegenden Eckwinkel ausgefüllt oder ausgerundet sein.

Der Durchtrittsquerschnitt des Scherspalts 6 entspricht im wesentlichen dem Querschnitt des zwischen dem äußeren Rand des Spaltquerstegs 4 und der Gehäuseinnenwand freibleibenden Spalts von der

so Höhe α.

Das in der Schneckenmaschine behandelte Material fließt laminar über den Scherquersteg 4 und wird durch den sich mit dem Durchtrittsspalt oberhalb des Scherquersteges 4, in Fließrichtung gesehen, kreuzenden Scherspalt 6 zu einer Drehung um 90° gezwungen. Dadurch wird die laminare Blockströmung gestört und vermieden, daß sich hinter dem Scherquersteg 4 eine ruhende Materialschicht bildet.

Aus F i g. 2 ist eine mögliche Anordnung von Scher- und Spaltquerstegen auf einer Schnecke ersichtlich. Die Darstellung der Schneckenabwicklung zeigt, daß im Schneckengang 3 zwischen den Schnekkenwindungen2 jeweils abwechselnd Scherquerstege 4 und Spaltquerstege 5 mit mittleren Scherspalten 6 angeordnet sind. Bei 7 ist wieder gestrichelt die auch in F i g. 1 ersichtliche Ausfüllung der Eckwinkel in Strömungsrichtung gesehen vor einem Spaltquersteg angedeutet. Das Material strömt in Richtung des Pfei-

5 6

les P₁. Die mögliche Ausfüllung der in Strömungs- spalte 6' in den drei aufeinanderfolgenden Spaltquerrichtung hinten liegenden Eckwinkel zeigen die ge- Stegen jeweils an gegenüberliegenden Rändern angestrichelten Linien 8. ordnet sind, so daß das Material zwischen den Spalt-

Im rechten Teil der F i g. 2 ist ein geänderter querstegen 5' im Schneckengang hin- und herfließen

Spaltquersteg 5' angedeutet, der im wesentlichen 5 muß.

senkrecht zu den Schneckenwindungen 2 verläuft Die F i g. 4 zeigt auch, daß in den Schneckenwin- und bei dem der radiale Durchtrittsspalt 6' an einem düngen 2 Scherspalte 6" vorgesehen sein können,
einer Schneckenwindung 2 benachbarten Randbe- Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausreich angeordnet ist. Das Material muß hier in den führungsbeispiele beschränkt. Namentlich ist es nicht Eckwinkel hineinströmen, wie durch den Pfeil P₂ io erforderlich, daß die Scherspalte 6 rein radial zur angedeutet. Durch diese Umlenkung zur Seite hin Schneckenachse A verlaufen. Auch zur Radialen gekann eine noch stärkere Störung der Laminarströ- neigte Scherspalte 6 bewirken die erwünschte Stömung erreicht werden. Auch hier können die Eck- rung der laminaren Strömung, soweit in Fließrichwinkel vor und hinter dem Spaltquersteg 5' ausge- tung gesehen ein Winkel zwischen dem Durchtrittsfüllt oder ausgerundet sein. 15 spalt oberhalb der Scherquerstege 4 und den Scher-

Die Fig. 3 zeigt die Abwicklung einer Schnecke, spalten6 verbleibt. Beispielsweise könnte man mehwie sie in der deutschen Auslegeschrift 1 816 440 rere Spaltquerstege in Fließrichtung hintereinander näher beschrieben ist. Dort weisen die Schnecken- anordnen, wobei die Durchtrittsspalte von einer nur windungen 2 erniedrigte Abschnitte 2 a auf, so daß unter kleinerem Winkel von der Lage der Durchlaßdas Material teilweise von einem Schneckengang in 20 spalte oberhalb der Querstege abweichenden Lage den benachbarten überströmen kann, wie durch den zunehmend zur Radialen hin gedreht sind. Hier bePfeil P₃ angedeutet ist. Bei dieser Schnecke können kommt man dann eine allmähliche Umlenkung der zwischen zwei Scherquerstegen 4 jeweils Spaltquer- Materialströmung um 90°. Auch die Form der stege 5 mit Scherspalt 6 angeordnet werden, um zu Scherspalte 6 kann anders gewählt werden, wenn das vermeiden, daß sich zwischen den Scherquerstegen 4 25 zu behandelnde Material dies erfordert. Beispielsweise ein ruhendes Materialbett bildet. Die Durchtritts- ist eine Verjüngung der Scherspalte 6 zum Fuße der spalte 6 befinden sich bei der Ausführungsform nach Spaltquerstege hin nicht unbedingt erforderlich. Viel-F i g. 3 jeweils im Mittelbereich der Spaltquerstege 5. mehr dürfte sich in den meisten Fällen eine Ausf üh-

Die F i g. 4 zeigt in einer wiederum der deutschen rung ebensogut oder sogar besser eignen, bei der die Auslegeschrift 1 816 440 entsprechenden Schnecken- 30 Scherspalte von der äußeren Begrenzung des Spaltabwicklung ein Ausführungsbeispiel, bei dem jeweils querstegs bis zum Kerndurchmesser der Schnecken-Gruppen von drei Scherquerstegen 4 und Gruppen welle parallele Wände aufweisen. Diese Ausführungsvon Spaltquerstegen 5' mit im seitlichen Randbereich form ist jedenfalls besonders einfach herzustellen, angeordneten Scherspalten 6' aufeinanderfolgen. Da- Desgleichen könnten die Scherspalte theoretisch am bei ist als Besonderheit vorgesehen, daß die Scher- 35 oberen Rand der Spaltquerstege geschlossen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

■ 1 2 daß der Scherspalt im seitlichen Randbereich des Patentansprüche: zugehörigen Spaltquerstegs angeordnet ist. 13. Schneckenmaschine nach wenigstens einem

1. Kontinuierlich arbeitende Schnecken- der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, maschine zum Behändem fließfähiger Massen mit 5 daß jeweils zwischen zwei Scherquerstegen (4) ein einem die Schnecke umschließenden Gehäuse Spaltquersteg (5) angeordnet ist.

und in den Schneckengängen angeordneten
Scherquerstegen, deren Höhe kleiner als die der

Schneckenwindung ist, dadurch ge kenn-

zeichnet, daß zusätzlich in der Höhe mit der io
Schneckenwindungshöhe im wesentlichen übereinstimmende Spaltquerstege (5) vorgesehen sind,

die je wenigstens einen sich im wesentlichen ra- Die Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich

dial zur Schneckenachse (A) erstreckenden arbeitende Schneckenmaschine zum Behandeln fließ-

Scherspalt (6) aufweisen. 15 fähiger Massen mit einem die Schnecke umschlie-

2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, da- ßenden Gehäuse und in den Schneckengängen angedurch gekennzeichnet, daß jedem Scherquersteg ordneten Scherquerstegen, deren Höhe kleiner als (4) ein Spaltque£Sleg.(6) in Fließrichtung nach- die der Schneckenwindung ist.

geordnet ist. Bei bekannten Maschinen dieser Art (z. B.

3. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, da- 20 deutsche Auslegeschrift 1816 440, USA.-Patentdurch gekennzeichnet, daß jeweils einer Gruppe schrift 3 115 674) besteht die Gefahr, daß sich in von Scherquerstegen (4) ein Spaltquersteg (5) Fließrichtung hinter den Querstegen Material ab- oder mehrere Spaltquerstege in Fließrichtung lagert, das dort haftenbleibt. Das den Scherquersteg nachgeordnet ist bzw. sind. überströmende Material gleitet dann einfach über

4. Schneckenmaschine nach wenigstens einem 25 den haftenden Materialanteil hinweg, wodurch die der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, Vermischung mangelhaft wird. Diese Gefahr besteht daß der Durchtrittsquerschnitt zwischen der Ober- insbesondere dann, wenn zwei oder mehr Scherquerseite jedes Scherquerstegs (4) und der Gehäuse- Stege hintereinander angeordnet sind. Dann bilden innenwand im wesentlichen mit dem Durchtritts- sich zwischen den Scherquerstegen Taschen aus, die querschnitt des Scherspalts (6) des nachfolgen- 3° sich mit Material vollsetzen, während die fließende den Spaltquerstegs (5) übereinstimmt. Masse ansonsten laminar über die vollgesetzten

5. Schneckenmaschine nach wenigstens einem Taschen hinwegströmt. Ein weiterer Nachteil der der Ansprüche;!, bis 4, dadurch gekennzeichnet',, bekannten Schneckenmaschinen ist, daß das behandaß jeder Scherspalt (6) sich vom freien äußeren delte Material die Schneckengänge in Form einer Rand des zugehörigen Spaltquerstegs (5) in Rieh- 35 sogenannten Blockströmung durchströmen kann, bei tung auf dessen Fuß erstreckt. welcher die äußeren Schichten zwar gegeneinander

6. Schneckenmaschine nach wenigstens einem verschoben und miteinander gemischt werden, die der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, aber in ihrer Mitte eine tote Zone aufweist. Diese daß jeder Scherspalt sich radial zur Schnecke Zone kann unter Umständen die ganze Länge der erstreckende, parallele Begrenzungswände hat. 4° Schneckenmaschine durchqueren, ohne richtig ge-

7. Schneckenmaschine nach wenigstens einem, ■ mischt zu werden. Auch beim Überqueren von Scherder Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, ' Stegen wird das Material im inneren Bereich unter daß jeder Soherspalt (6) sich in Richtung auf den Umständen nur zusammengedrückt.

Fuß des zugehörigen Spaltquerstegs (5) verjüngt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

8. Schneckenmaschine nach wenigstens einem 45 Schneckenmaschine der eingangs beschriebenen Gatder Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, tung so auszugestalten, daß ruhende Materialinseln daß der Scherspalt (6) sich bis zum Fuß des zu- hinter den Scherquerstegen vollständig oder weniggehörigen Spaltquerstegs (5) erstreckt. stens weitgehend vermieden und in einer eventuell

9. Schneckenma.schme^nach wenigstens einem ι .auftretenden laminaren Blockströmung die inneren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 5° ungemischten Bereiche zerstört werden.

daß die in Fließrichtung vorn liegenden Eck-, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gewinkel zwischen jedem Spaltquersteg (5) und den löst, daß zusätzlich in der Höhe mit der Schneckenbenachbarten Schneckenwindungen (2) bis in den windungshöhe im wesentlichen übereinstimmende Bereich des Scherspalts (6) ausgerundet oder ausr- Spaltquerstege vorgesehen sind, die je wenigstens gefüllt sind. ' 55 einen sich im wesentlichen radial zur Schneckenachse

10. Schneckenmaschine nach wenigstens einem erstreckenden Scherspalt aufweisen.

der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, Bei der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine

daß die in Fließrichtung hinten liegenden Eck- wird das Material gezwungen, nach Überströmen

winkel zwischen jedem Spaltquersteg (5) und den eines oder mehrerer Scherquerstege einen Scherspalt

benachbarten Schneckenwindungen (2) bis in den 60 zu durchfließen, der sich, in Fließrichtung gesehen,

Bereich des Scherspalts (6) ausgerundet oder aus- mit dem Durchtrittsspalt oberhalb der Scherstege

gefüllt sind. kreuzt. Dadurch wird das Material um bis zu 90°

11. Schneckenmaschine nach wenigstens einem umgelenkt, wodurch der laminare Fluß gestört und der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, eine gute Durchmischung des Materials hinter den daß der Scherspalt (6) im Mittelbereich des zu- 65 Scherstegen erreicht wird. Auf diese Weise wird die gehörigen Spaltquerstegs (5) angeordnet ist. Bildung ruhender Materialinseln hinter den Scher-

12. Schneckenmaschine nach wenigstens einem Stegen ebenso vermieden wie das Auftreten einer der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, laminaren Blockströmung.