Schneckentypen




























Schneckentypen


Dem wichtigsten Maschinenelement des Extruders, der Schnecke, muss hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung die gr√∂√üte Aufmerksamkeit geschenkt werden. Aus jahrelang gesammelten Erfahrungen haben sich f√ľr die Praxis nur wenige Schneckentypen durchgesetzt. Diese sind die 3 - Stufen - und die kernprogressive Schnecke (Abb. 1). Hierbei sind die wichtigsten Schneckenmerkmale bis auf Unterschiede im Detail einheitlich.







I: 3 - Stufen - Schnecke







II: kernprogressive Schnecke

















Abbildung 1: Schneckentypen [1]

Um den Schneckenkern windet sich ein relativ schmaler Steg mit abgerundeten Flanken. Die Vertiefungen werden als Gänge bezeichnet. Wichtige charakteristische Größen an einer Schnecke sind:

Länge (L) und Durchmesser (D) sowie das sich daraus ergebende L/D - Verhältnis,
die Gangtiefen am Schneckenumfang und - ende (h1, h2),
die Längen der Abschnitte mit verschiedenen Gangtiefen (L1, L2, L3),
die Stegbreite (e),
die Gangsteigung (t)
und der Steigungswinkel (j) (Abb. 2)








Abbildung 2: Nomenklatur der Schnecke [1]
Angaben √ľber Durchmesser und das L/D - Verh√§ltnis sind Beurteilungsgr√∂√üen f√ľr die Leistungsf√§higkeit eines Extruders. Von den Extruderherstellern werden nur Maschinen mit bestimmten Schneckendurchmessern gebaut.
Gängige Schneckenabmessungen sind:
45, 60, 90, 120, 150, 200, 250 mm f√ľr den Durchmesser und 20 bis 30 D f√ľr die Schneckenl√§ngen.

Die Gangtiefen h1 und h2 bestimmen das Kompressionsverh√§ltnis einer Schnecke und sind f√ľr die Verdichtung der KStofformmasse beim √úbergang in den Schmelzzustand notwendig.

Mit in den Zylinder eingezogene Luft, die in gesch√ľtteten G√ľtern (Pulver, Granulat) immer vorhanden ist, wird dabei nach hinten durch den Trichter zur√ľckgedr√ľckt. Die Gangtiefen h2 zu h1 der am meisten verwendeten Schnecken verhalten sich wie 1:2 bis 1:3.

Die Abmessungen f√ľr die Steigung t und die Stegbreite e werden der Gr√∂√üe der Schnecke angepa√üt und betragen in der Regel t = D und e = 0,1 D.


2 Schneckenformen


Au√üer den oben erw√§hnten und abgebildeten Schneckenformen sind f√ľr spezielle Aufgaben auch noch andere Schneckentypen im Einsatz. Erw√§hnte seien hier die Kurzkompressionsschnecken f√ľr KStoffe, die einen engen Schmelzbereich besitzen und die Entgasungsschnecke, bei der im Dekompressionsbereich fl√ľchtige Anteile aus der KStoffschmelze abgezogen werden (Abb. 3).
In Verbindung mit einer genuteten Einzugsbuchse setzt man Schnecken mit Scher - und Mischteilen ein (Abb. 4). Diese Abschnitte erzielen eine wesentliche Verbesserung der Plastifizier - und Homogenisierleistung. Die Schnecken haben zur Übertragung des Drehmoments am hinteren Ende einen Schaft mit Nut und Feder oder bei größeren Schnecken eine Mehrkeilverzahnung. Das vordere Ende der Schnecke wird von einer Spitze abgeschlossen.



1 in der Einzugszone eingängig, in der Umwandlungs - und Ausstoßzone zweigängig



2 eingängige Schnecke mit kleiner werdender Gangsteigung bei konstanter Gangtiefe



3 eingängige Kurzkompressionsschnecke



4 eingängige Entgasungsschnecke
















Abbildung 3: verschiedene Schneckenformen [1]

Normalerweise ist zwischen Schneckenstegen und Zylinder ein Spiel von wenigen zehntel Millimetern, so dass die Schnecke mit dem Zylinder keinen Kontakt besitzt. Die Schnecke "schwimmt" beim Betrieb des Extruders in der KStoffschmelze.


3 Scher - und Mischteile



Abbildung 4: Misch - und Scherteile f√ľr Schnecken [1]
An Zylinder und Schnecke werden hinsichtlich Festigkeit, Verschlei√ü und Korrosion hohe Anforderungen gestellt. Deshalb setzt man f√ľr Schnecken und Zylinder hochfeste St√§hle ein, die nitriergeh√§rtet sind. F√ľr noch h√∂here Anforderungen - speziell bei der Verarbeitung mineralisch gef√ľllter KStoffe - haben sich Ausschleuderungen f√ľr die innere Oberfl√§che des Zylinders und Aufpanzerungen der Stege bei der Schnecke mit sehr verschlei√üfesten Legierungen bew√§hrt.


4 Doppelschneckenextruder


Der Doppelschneckenextruder unterscheidet sich vom Einschneckenextruder dadurch, dass zwei nebeneinanderliegende Schnecken in einem Zylinder untergebracht sind. Der Zylinder besitzt einen achtförmigen Querschnitt. In den meisten Fällen arbeitet man mit kämmenden Schnecken d. h., die Stege der einen Schnecke greifen in die Vertiefungen (Gänge) der anderen Schnecke ein und umgekehrt ebenso (Abb. 5). Hauptsächlich werden aber Doppelschneckenextruder mit gegeneinanderlaufenden Schnecken gebaut.









Dichtkämmender gegenläufiger Doppelschneckenextruder









Dichtkämmender gleichläufiger Doppelschneckenextruder





















Abbildung 5: Kämmende Doppelschnecke [3]
Ein gr√∂√üerer maschinenbaulicher Aufwand gegen√ľber Einschneckenextrudern ist hinsichtlich der Drucklagerung und des Antriebs der Schneckenachsen notwendig. Das ergibt sich aus dem ung√ľnstigen Achsabstand der zwei nebeneinaderliegenden Schnecken. Hier hat man maschinentechnische L√∂sungen gefunden, die einen st√∂rungsfreien Dauerbetrieb garantieren. Moderne Doppelschneckenextruder besitzen Schnecken mit L√§ngen bis 22 D und immer einen Entgasungszone. Das Einsatzgebiet der Doppelschneckenextruder liegt haupts√§chlich bei der Verarbeitung von pulvrigen KStofformmassen, insbesondere von PVC.


5 Verfahrenstechnische Vorgänge im Extruder


Der Extruder hat die Aufgaben, eingegebene KStofformmassen zu fördern, zu verdichten, zu plastifizieren und zu homogenisieren.

Diese verschiedenen Verfahrensschritte werden im Schneckenzylinder vollzogen. Die Schnecke ist daher auch in mehrere Zonen unterteilt (Abb. 6). Die Unterteilung ist nicht festgelegt, sondern ergibt sich durch die unterschiedlichen Aufgabestellung von selbst.







Abbildung 6: Einteilung einer kernprogressiven 3 - Zonen - Schnecke [1]

6 Barriereschnecken - Mailleferschnecken


Neben der Dreizonenschnecke bzw. der Dreizonenschnecke mit Scher - und/oder Mischteil werden Schnecken mit Separierzonen eingesetzt. Durch Schnecken mit Schmelzetrennung
( Barriere - Schnecken, Sacknutschnecken) lässt sich prinzipiell ein Aufreißen des Feststoffbetts vermeiden.
Die Urform dieses Schneckentyps ist die sog. Maillefer - Schnecke, deren wesentliches Konstruktionsmerkmal die √úberlagerung von zwei Gewindeg√§ngen mit unterschiedlicher Steigung ist (Abb. 7). Durch das abnehmende Teilvolumen f√ľr den Feststoff und das zunehmende Teilvolumen f√ľr die Schmelze wird eine Phasentrennung zwischen Feststoff und Schmelze vollzogen.














    abgewickelter Schneckengang, a Schneckenkanal, b Barrieresteg, c Schmelzekanal Gangquerschnitte, Zone 1: Feststoff, Zone 2: Schmelzefilme, Zone 3: separierte Schmelze


















Abbildung 7: Prinzipdarstellung einer Maillefer - Schnecke [4]











A) abgewickelter Gang, B) Gangquerschnitte
Eine Weiterentwicklung dieses Konzepts ist die sog. Barriereschnecke (Abb. 8). Diese Schnecke hat in der Separierzone eine konstante Feststoffkanalbreite und eine in F√∂rderrichtung abnehmende Gangtiefe. Ihr Vorteil liegt in der nahezu konstanten W√§rme√ľbertragungsfl√§che f√ľr den gesamten Feststoffkanal.
Abbildung 8: Prinzipdarstellung einer Barriere - Schnecke [4]
Dieses Prinzip ist bei den Schnecken nach Barr, nach Dray und Lawrenze sowie Kim verwirklicht (Abb. 9). Dort ist auch eine von Ingen Housz und Meijer vorgeschlagene
Barriere - Schnecke skizziert, mit welcher mehrere Maßnahmen zur Steigerung der Aufschmelzleistung kombiniert werden (mehrere Gänge, Verringerung der Gangtiefe, Vergrößerung des Steigungswinkels).








    nach Barr nach Dray und Lawrence nach Kim nach Ingen Housz und Meijer
Abbildung 9: Barrierschnecken [2]

7 Literaturverzeichnis


Schwarz/ Ebeling/ L√ľpke: KStoffverarbeitung
Vogel Fachbuch, Technische Berufsbildung
6. Auflage, W√ľrzburg 1991
Knoppe/ Lampel/ Heuel: KStoffverarbeitung und Werkzeugbau - ein √úberblick
Carl Hanser Verlag M√ľnchen Wien, 1992
    W. Michaeli: Einf√ľhrung in die KStoffverarbeitung
Carl Hanser Verlag M√ľnchen Wien, 1992
3. Auflage
    F. Hensen, W. Knappe, H. Potente: Handbuch der KStoff - Extrusionstechnik -
I Grundlagen
Carl Hanser Verlag M√ľnchen Wien, 1989
MWB - Mitschriften 95/96; 96/97

1039 Worte in "deutsch"  als "hilfreich"  bewertet