DE4034989A1 - Schneckenmaschine mit heizelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Schneckenmaschinen werden üblicherweise mit Heizplat­ ten oder Heizschalen beheizt, die auf den Außenflächen des Gehäuses der Schneckenmaschine angeordnet werden und die in ihrem Inneren mit elektrischen Widerstands- Heizelementen versehen sind, die über ihre Länge je­ weils einen konstanten elektrischen Widerstand haben, die also über ihre Länge bei einer entsprechenden Spannung bzw. einem entsprechenden Strom eine konstan­ te spezifische Heizleistung abgeben, d. h. eine kon­ stante Heizleistung pro Flächeneinheit oder - bezogen auf den Umfang des Gehäuses - pro Umfangs-Abschnitt. Wegen der konstruktionsbedingt unterschiedlichen Wege, die der Wärmestrom von den Außenflächen des Gehäuses zur Wand der Bohrung bzw. Bohrungen zurücklegen muß, treten unterschiedliche Temperaturen an der Wand der Bohrung auf. Der Wärmeübergang von der Wand der Boh­ rung auf das zu behandelnde Material ist also über deren Umfang und gegebenenfalls auch über deren Länge nicht konstant.

Aus dem DE-GM 68 00 967 ist es für eine Schneckenma­ schine mit ringzylindrischem Gehäuse bekannt, in dem Gehäuse einerseits Kanäle für ein Kühlmedium und an­ dererseits achsparallel und konzentrisch zur Achse der Bohrung Heizelemente vorzusehen. Bei dieser speziellen Ausgestaltung ist die Temperatur an der Wand der Boh­ rung über ihren Umfang konstant; das vorstehend ge­ schilderte Problem tritt daher dort nicht auf. Ver­ gleichbare Ausgestaltungen sind aus der DE-OS 24 17 067 und der US-PS 25 41 201 bekannt. Aus der DE 30 23 393 A1 ist eine zweiwellige Schneckenmaschine bekannt, die parallel zu den Achsen der Bohrungen verlaufende Temperierkanäle aufweist. Im Bereich der Bohrungssättel sind diese Bohrungen in die Sättel hineingeführt, um eine gleichmäßige Temperie­ rung des Schneckengehäuses trotz der unterschiedlichen Abstände zwischen der Brillenbohrungskontur und der Außenfläche des Verschleißeinsatzes zu erreichen.

Aus dem DE-GM 19 04 371 ist eine elektrisch beheizbare Pressenplatte bekannt, die über ihre ganze Fläche eine gleichmäßige Temperatur aufweist, und zwar insbeson­ dere in ihrem Rand, wozu in diesem Randbereich die Heizelemente verdichtet angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine der gattungsgemäßen Art so auszubil­ den, daß trotz der unterschiedlichen Abstände der die Heizelemente tragenden Außenflächen des Gehäuses von der Wand der mindestens einen Bohrung über die Wand der Bohrung eine zumindest annähernd konstante Tempe­ ratur erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Grund­ gedanke der Erfindung ist es, dadurch an der Wand der mindestens einen Bohrung und gegebenenfalls zumindest über einen Teil ihrer Länge einen annähernd konstanten Temperaturverlauf zu erreichen, daß in Außenflächen- Abschnitten, die zusammen mit einem entsprechenden Wand-Abschnitt einen Wärmestrom-Sektor erhöhten Wärme­ widerstandes begrenzen, mehr Wärme zugeführt wird als in anderen Außenflächen-Abschnitten, die Wärmestrom- Sektoren geringeren Widerstandes begrenzen. Die spezi­ fische Heizleistung, d. h. die Wärmezufuhr pro Flächen­ einheit oder - bezogen auf den Querschnitt des Gehäu­ ses - pro Umfangsabschnitt wird also unterschiedlich gestaltet. Für die Lösung und Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens sind verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen vorgesehen, die in den Ansprüchen 3 bis 5 niedergelegt sind, wobei diese Ausgestaltungen einzeln oder in Kombination angewendet werden können. Um den Wärmefluß durch die einzelnen Wärmestrom-Sek­ toren noch genauer zu kanalisieren, kann es von Vor­ teil sein, die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 6 in den Weiterbildungen nach den Ansprüchen 7 und 8 vorzusehen. Die Heizelemente sind in üblicher Weise nach Anspruch 9 in Heizplatten untergebracht, wobei der Begriff Heizplatte nicht zwingend voraussetzt, daß diese eben sind, es kann sich also auch um Heizschalen handeln. Diese können - wie in der Praxis üblich - je nach geforderter Heiztemperatur aus Messing, Grauguß oder Aluminiumbronze bestehen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Schneckenmaschine im Längsschnitt in sche­ matischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1 durch die Schneckenmaschine,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schneckenmaschine mit Heizplatten in einer ersten Ausführungs­ form,

Fig. 4 einen Teil-Querschnitt durch die Heizplatten nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schneckenmaschine mit einer zweiten Ausführungsform von Heiz­ platten,

Fig. 6 einen Teil-Querschnitt durch die Heizplatten nach Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Schneckenmaschine mit einer dritten Ausführungsform von Heiz­ platten,

Fig. 8 einen Teil-Ausschnitt aus Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform einer Heizplatte und

Fig. 10 einen Teil-Längsschnitt durch ein abgewandel­ tes Ausführungsbeispiel eines Gehäuses mit Heizplatten.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch eine zweiwellige Schneckenmaschine dargestellt, die ein Gehäuse 1 auf­ weist, in dem zwei Bohrungen 2, 3 angeordnet sind, de­ ren Achsen 4, 5 parallel zueinander verlaufen und die einander durchdringen, so daß sie im Querschnitt etwa die Form einer 8 haben. Im Durchdringungsbereich sind entsprechend im Gehäuse 1 sogenannte Sättel 6, 7 gebil­ det. In jeder Bohrung 2 bzw. 3 ist jeweils eine Welle 8 angeordnet, die in üblicher Weise drehantreibbar ist. Zugeordnet zu einer an einem Ende des Gehäuses 1 angeordneten Eingabeöffnung 9 für zu behandelndes Mate­ rial sind auf jeder Welle 8 Schneckenelemente 10 ange­ ordnet. In der Eintragszone 11 wird das durch die Ein­ gabeöffnung 9 eingegebene Material zuerst eingezogen, gefördert und der für die weitere Verarbeitung erfor­ derliche Druck aufgebaut. Hieran schließt eine Plasti­ fizierzone 12 an, in der auf jeder Welle 8 Knetschei­ ben 13 angeordnet sind, wie sie allgemein beispiels­ weise aus der DE-PS 9 14 109 (entsprechend US-PS 28 14 472) bekannt sind. An die Plastifizierzone 12 schließt sich wiederum eine Homogenisierzone 14 an, in der das aufgeschmolzene Material homogenisiert wird. Es sind auf jeder Welle 8 wiederum Schneckenelemente 15 angebracht. An die Homogenisierzone 14 schließt sich schließlich eine Austragszone 16 an, in der auf jeder Welle 8 Schneckenelemente 17 mit im Vergleich zu den Schneckenelementen 10 und 15 geringerer Steigung angeordnet sind, damit der notwendige Austragsdruck erzeugt wird. In der Homogenisierzone 14 ist eine Ent­ gasungsöffnung 18 angebracht. Das Gehäuse 1 hat - wie Fig. 2 erkennen läßt - in der üblichen Weise einen rechteckigen Querschnitt. Soweit die Schneckenmaschine bis hierher beschrieben ist, ist sie ganz allgemein bekannt und ganz allgemein in der Praxis üblich.

Über die ganze Länge des Gehäuses 1 können in diesem Kanäle zur Führung eines Kühlmediums vorgesehen sein. In den meisten Anwendungsfällen ist es notwendig, in der Austragszone 16 das fertig behandelte Material zu kühlen, während es in der Regel notwendig ist, in der Eintragszone 11 und in der Plastifizierzone 12 dem Material Wärme von außen durch Heizen zuzuführen. Wo und in welchem Umfang im einzelnen Wärme durch Heizen zugeführt wird und wo und in welchem Umfang gekühlt wird, hängt naturgemäß von der gewünschten Behandlung des Materials und der Art des Materials selber ab.

Auf den Außenflächen 19, 20, 21, 22 des Gehäuses 1 sind Heizplatten angebracht, die nachfolgend noch in ver­ schiedenen Ausführungsformen geschildert werden. Wenn diese Heizplatten bzw. Heizschalen - wie beim Stand der Technik - aufgrund der Verteilung der verwendeten Heizleiter konstanten Widerstandes eine konstante spe­ zifische Heizleistung pro Flächeneinheit aufweisen, dann stellen sich an den Wänden 23, 24 der Bohrungen 2 bzw. 3 über deren Umfang unterschiedliche Temperaturen ein, d. h. es stellt sich ein jeweils tangential zur Achse 4 bzw. 5 der jeweiligen Bohrung 2 bzw. 3 gerich­ teter Temperaturgradient ein. Die niedrigste Tempera­ tur stellt sich im Bereich der Sättel 6 bzw. 7 ein. Dies liegt daran, daß konstruktionsbedingt von einzel­ nen Bereichen der Außenflächen 19 bis 22 zu den Wänden 23 bzw. 24 der Bohrungen 2 bzw. 3 unterschiedliche Wärmedurchgangswiderstände auftreten, die zu unter­ schiedlichen Temperaturgefällen auf dem Weg von der entsprechenden Außenfläche 19 bis 22 zur Wand 23 bzw. 24 und damit zu den erwähnten Temperaturgradienten führen. Hinzu kommt, daß einzelnen Abschnitten der Außenflächen 19 bis 22 unterschiedlich große Abschnit­ te der Wände 23 bzw. 24 zugeordnet sind, von denen Wärme an das zu behandelnde Material abgegeben wird. Wünschenswert ist also, daß der spezifische Wärmestrom von den Außenflächen 19 bis 22 des Gehäuses 1 zu den Wänden 23, 24 über die Fläche der Wände 23, 24 konstant ist und damit auch über vorgegebene Abschnitte über den Umfang der Bohrungen 2, 3 im Bereich der Wände 23, 24 konstant ist. In Fig. 2 sind Umfangs-Abschnitte 26 jeweils gleicher Größe, also auch gleichen Winkels a, bezogen auf die jeweilige Achse 4 bzw. 5 der Wände 23 bzw. 24 eingezeichnet, denen wiederum deutlich unterschiedliche Außenflächen-Abschnitte 27a, 27b, 27c, 27d zugeordnet sind. Die Zuordnung dieser Außenflä­ chen-Abschnitte 27a bis 27d zu den Umfangs-Abschnitten 26 ist in der Weise vorgenommen, daß sie jeweils außen die Sektoren begrenzen, durch die der Wärmestrom von einem solchen Außenflächen-Abschnitt 27a . . . zu einem inneren Umfangs-Abschnitt 26 fließt. Im Ausführungs­ beispiel sind über einen Viertel-Querschnitt des Ge­ häuses 1 vier derartige in der geschilderten Weise begrenzte Wärmestrom-Sektoren 28a, 28b, 28c, 28d darge­ stellt. Wegen der doppelten Symmetrie des Querschnit­ tes des Gehäuses 1 zum einen zur Mittelebene 25 und zum anderen zur senkrecht zur Mittelebene 25 verlau­ fenden und die Sättel 6, 7 schneidenden Sattelebene 29 sind die entsprechenden Nummerierungen der Außenflä­ chen-Abschnitte und der Wärmestrom-Sektoren viermal wiederholt. Es zeigt sich bereits anschaulich, daß den den Sätteln 6, 7 zugeordneten Wärmestrom-Sektoren 28a besonders kleine Außenflächen-Abschnitte 27a zugeord­ net sind, daß hier also eine hohe spezifische Heizlei­ stung erforderlich ist. Entsprechendes gilt - wenn auch in quantitativ geringerem Maße - für die Wärme­ strom-Sektoren 28b jeweils beiderseits der vorstehend erwähnten Wärmestrom-Sektoren 28a und bezüglich der beiderseits der Mittelebene 25 befindlichen Wärme­ strom-Sektoren 28d. Umgekehrt ist die erforderliche spezifische Heizleistung im Bereich der über die Ecken 30 des Gehäuses 1 geführten Wärmestrom-Sektoren 28c aufgrund der diesen zugeordneten großen Außenflä­ chen-Abschnitte 27c relativ gering.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform darge­ stellt, bei der auf den Außenflächen 19, 20, 21, 22 des Gehäuses 1 Heizplatten 31, 32 angebracht sind, die in ihrem Inneren elektrische Widerstands-Heizelemente 33 aufweisen, die über ihre Länge - wie aus Fig. 4 her­ vorgeht - unterschiedlichen Widerstand haben und dem­ zufolge über ihre Länge unterschiedliche Heizleistung aufweisen. In Fig. 4 ist ein Bereich 34 höherer Heiz­ leistung durch entsprechend verdichtete Darstellung der Heizwendeln 35 des Heizelementes 33 angedeutet. Einen entsprechenden Aufbau haben alle Heizplatten 31 bzw. 32, so daß im Bereich der Sättel 6 bzw. 7 bzw. im Bereich der Mittelebene 25 eine im Vergleich zum Be­ reich der Ecken 30 höhere spezifische Heizleistung auf das Gehäuse 1 aufgebracht wird.

Eine alternative Ausführungsform ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Hierbei sind wiederum Heizplatten 36, 37 an den Außenflächen 19 bis 22 des Gehäuses 1 ange­ bracht, die im wesentlichen über ihre volle Quer­ schnittsbreite mit elektrischen Widerstands-Heizele­ menten 38 versehen sind, die über ihre volle Länge einen konstanten elektrischen Widerstand haben und demzufolge auch über ihre volle Länge eine konstante spezifische Heizleistung abgeben, was in Fig. 6 durch eine über die Länge konstante Dichte der Heizwendeln 39 dargestellt ist. Im Bereich einer höheren spezifi­ schen Heizleistung sind zusätzliche Heizelemente 40 gleichermaßen im Stapel mit den Heizelementen 38 vor­ gesehen; wobei diese zusätzlichen Heizelemente 40 ebenfalls über ihre Länge eine konstante spezifische Heizleistung haben. Die Heizelemente 38 und 40 sind getrennt an Spannung anlegbar, wie durch die entspre­ chenden elektrischen Anschlüsse 41 bzw. 42 in Fig. 6 angedeutet ist.

Um noch eine genauere Kanalisierung des Wärmeflusses, d. h. eine Kanalisierung der einzelnen Wärmeströme durch die in Fig. 2 dargestellten Wärmestrom-Sektoren 28a bis 28d zu erreichen, können entsprechend der Dar­ stellung in den Fig. 7 und 8 hierbei in den Außenflä­ chen-Abschnitten 27a und 27b, den über die Ecken 30 gehenden Außenflächen-Abschnitten 27c und den im Be­ reich der Mittelebene 25 liegenden Außenflächen-Ab­ schnitten 27d jeweils voneinander getrennte Heizplat­ ten 43, 44, 45 angeordnet sein, wobei die Heizplatten 44 über die Ecken 30 verlaufen, also winkelförmig ausge­ staltet sind. Durch die unterschiedliche Dicke der Heizplatten 43, 44, 45 ist angedeutet, daß sie unter­ schiedliche spezifische Heizleistungen haben, sei es in der Ausgestaltung entsprechend Fig. 4 oder sei es in der Ausgestaltung entsprechend Fig. 6. Die einzel­ nen Heizplatten 43, 44, 45 sind jeweils durch einen Spalt 46 bzw. 47 voneinander getrennt, wobei diese Spalte - wie beim Spalt 46 angedeutet - mit Isolier­ material 48, wie Glasseide, Steinwolle oder ähnlichem, gefüllt sein können, oder aber - wie beim Spalt 47 angedeutet - als Luftspalt ausgebildet sein können.

Eine gegenüber den Ausführungsformen nach den Fig. 3, 4 bzw. 5, 6 bzw. 7, 8 vereinfachte Ausführungsform ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei ist eine Heizplatte 49 vorgesehen, in die ein elektrisches Widerstands-Heiz­ element 50 mit über seiner Länge konstantem Widerstand und damit über seiner Länge konstanter spezifischer Heizleistung angeordnet ist. Durch unterschiedlich dichte Anordnung des Heizelementes in der Fläche der Heizplatte 49 wird in einem Bereich 34 höherer Heiz­ leistung eine höhere spezifische Heizleistung der Heizplatte erzielt. Diese Ausgestaltung ist primär nützlich, wenn die insgesamt auf das Gehäuse 1 zu übertragende Heizleistung relativ niedrig ist.

In Fig. 10 ist angedeutet, daß die unterschiedliche spezifische Heizleistung nicht nur über den Umfang des Gehäuses 1 bezogen auf seinen Querschnitt von Nutzen sein kann, sondern auch in Längsrichtung des Gehäuses 1, also in Richtung der Achsen 4, 5. Wenn - wie in der Praxis sehr oft üblich - ein Gehäuse 1′ aus einzelnen Gehäuseschüssen besteht, von denen zwei Gehäuseschüsse 52, 53 angedeutet sind, die mittels Flanschen 54 mit­ einander verbunden sind, dann ist es aus konstruktiven Gründen nicht möglich, im Bereich dieser Flansche 54 Heizplatten vorzusehen. Hierbei entstehen dann benach­ bart zu den Flanschen 54 Bereiche erhöhten spezifi­ schen Heizbedarfs, denen Bereiche 55 erhöhter Heizlei­ stung zugeordnet werden. An den hier vorgesehenen Heizplatten 56 werden dann die vorstehend geschilder­ ten Maßnahmen getroffen, um den erhöhten Heizbedarf in diesem Bereich zu decken.

Die vorstehend insbesondere im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 9 geschilderten Maßnahmen sind in gleicher Weise anwendbar bei einwelligen Schneckenmaschinen, wenn deren Gehäuse einen nichtkreisförmigen Außen­ querschnitt, also beispielsweise einen quadratischen Querschnitt hat. Weiterhin sind diese Maßnahmen an­ wendbar bei mehrwelligen Schneckenmaschinen mit kreis­ förmigem Außenquerschnitt, da bei mehrwelligen Schneckenmaschinen die Bohrungen insgesamt keinen kreisförmigen konzentrisch zum Außenquerschnitt ver­ laufenden Querschnitt aufweisen.

Claims (9)

1. Schneckenmaschine mit einem Gehäuse (1, 11), mit mindestens einer Gehäuse-Bohrung (2, 3), in der eine mit mindestens über einen Teil ihrer Länge mit Schneckenelementen (10, 15) versehene Welle (8) ange­ ordnet ist, mit Außenflächen (19 bis 22) des Gehäuses (1, 1′), die nichtkonstanten Abstand zur Wand (23, 24) der mindestens einen Bohrung (2, 3) aufweisen, und mit auf den Außenflächen (19 bis 22) angeordneten elektri­ schen Widerstands-Heizelementen (33, 38, 40, 50), dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenflächen (19 bis 22) des Gehäuses (1, 1′) abschnittsweise Heizelemente (33, 38, 40, 50) unterschiedlicher spezifischer Heizlei­ stung angeordnet sind, die derart ausgebildet sind, daß die Heiztemperatur an der Wand (23, 24) der min­ destens einen Bohrung (2, 3) annähernd konstant ist.

2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenflächen (19 bis 22) in Außen­ flächen-Abschnitte (27a bis 27d) aufgeteilt sind, in denen jeweils Heizelemente (33, 38, 40, 50) annähernd konstanter spezifischer Heizleistung angeordnet sind.

3. Schneckenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (50) unter­ schiedlich dicht angeordnet sind (Fig. 9).

4. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich erhöhter Heiz­ leistung (34) Heizelemente (38, 40) im Stapel angeord­ net sind (Fig. 5, 6).

5. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (33) Heizwendeln (35) mit über ihrer Länge unterschiedlich Widerstand aufweisen.

6. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente benachbarter Außenflächen-Abschnitte voneinander getrennt sind.

7. Schneckenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizelemente durch Isoliermaterial (48) voneinander getrennt sind.

8. Schneckenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizelemente durch Luftspalte (47) voneinander getrennt sind.

9. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (33, 38, 40, 50) in Heizplatten (31, 32; 36, 37; 43, 44, 45; 49; 56) angeordnet sind.