Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Abnützungsgrades einer ein plastifiziertes Material fördernden Dichtschnecke Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Abnützungsgrades einer ein plastifiziertes Material, insbesondere Kunststoff, gegen einen Widerstandskörper fördernden Dichtschnecke, die in einem Schneckengehäuse zwischen zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Schneckenabschnitten gelagert ist und deren Gewindesteigung jener der beiden Schneckenabschnitte entgegengesetzt gerichtet ist, wobei die Gehäuse der beiden Schneckenabschnitte durch einen das von den Schneckenabschnitten geförderte Material führenden Verbindungskanal verbunden sind, an welchen eine Station zur Behandlung des in ihm flie enden Materials angeschlossen ist, insbesondere eine Filterstation, wobei der Widerstandskörper zwischen der Dichtschnecke und der Stelle liegt, an welcher der Verbindungskanal vom Gehäuse jenes Schneckenabschnittes wegführt, der vom Material zuerst durchströmt wird. Weiters bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Alle in einem Schneckengehäuse gelagerten Schnecken und - wenngleich in wesentlich geringerem Ma e - ihre Gehäuse unterliegen, auch bei bester Panzerung, einem Verschlei , insbesondere solche Schnecken, welche ein mit abrasiven Bestandteilen versetztes Material fördern, z. B. mehr oder weniger verschmutztes, vorwiegend thermoplastisches, Kunststoffmaterial aus der Recycling-Branche. Bei Schnecken, welche gegen einen Extruderkopf fördern, hat der erwähnte Verschlei zur Folge, da der für eine einwandfreie Extrusion des Materiales erforderliche Druck vor dem Extruderkopf nicht mehr verlä lich aufgebaut werden kann, da das Material in den durch den Verschlei bedingten Umfangsspalten zwischen Schnecke und Gehäuse in unkontrollierbarer Weise zurückrutscht. Besonders unangenehm ist der erwähnte Verschlei bei Dichtschnecken, welche in der eingangs beschriebenen Weise zwischen zwei Schneckenabschnitte eingeschaltet sind. Hiebei ist diese Dichtschnecke durch den eine Umgehung der Dichtschnecke bildenden Verbindungskanal überbrückt. Ein Verschlei im Bereich der Dichtschnecke, welcher schleichend auftritt, macht sich durch eine allmähliche Verschmutzung des der Weiterverarbeitung, insbesondere einem Extruderkopf zugeführten Materiales bemerkbar, soda auch das Endprodukt, in der Regel am Extruderkopf gewonnenes Granulat, verschmutzt ist. Dies führt zu Reklamationen der Endverarbeiter des Granulates. Verschmutztes Granulat verliert nicht nur an Wert, sondern es mu unter Umständen die Granulatproduktion von Wochen einem zweiten thermischen Filterproze unterzogen werden, was wiederum den Nachteil mit sich bringt, da durch die zweite erforderliche Wärmebehandlung unnötig Energie vergeudet und die Molekülketten des Kunststoffmateriales geschädigt werden.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, mü te in regelmä igen Abständen die

Dichtschnecke ausgebaut und sowohl das Gehäuse als auch die Schnecke auf den Verschlei hin geprüft werden. Diese Arbeiten werden jedoch - wie die Erfahrung gezeigt hat - kaum jemals durchgeführt, weil sie zeitaufwendig sind und von Fachkräften durchgeführt werden müssen, denn der Verschlei im Bereich der Dichtschnecke kann sowohl an dieser selbst und zwar nicht nur in Bezug auf den Au endurchmesser der Schneckengänge, sondern auch in Bezug auf den Kerndurchmesser der Dichtschnecke auftreten, als auch am zylindrischen Schneckengehäuse.

Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die Überwachung des Abnutzungsgrades einer Dichtschnecke problemlos so möglich ist, da jederzeit erkennbar ist, wie weit der Verschlei der Schnecke bzw. gegebenenfalls auch ihres Schneckengehäuses fortgeschritten ist, und dies auch während der Produktion.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, da der Druck des durch den vom Material zuerst durchströmten Schneckenabschnitt geförderten Materiales und der Druck des durch die Dichtschnecke geförderten Materiales, jeweils vor dem Widerstandskörper, gemessen wird und da die Differenz der beiden Drücke zur Anzeige des Abnützungsgrades ausgenützt wird. Die Erfindung geht hiebei von der Erkenntnis aus, da der Druck auf das von der Schnecke geförderte Material in Förderrichtung der Schnecke, also gegen den Widerstand zu, immer mehr zunimmt, solange die Schnecke einwandfrei arbeitet.

Bezeichnet man also den Druck an jener Me stelle, welche vom geförderten Material zuerst erreicht wird, mit p1 und den Me druck an der anderen Stelle mit P2, dann ist die Schneckenfunktion einwandfrei, wenn p2 grö er ist als p1. Gleichen sich beide Drücke p1 und P2 an, so bedeutet dies, da die Abnützung schon weit fortgeschritten ist, was in der Regel bereits eine kritische Grenze darstellt. Wird p2 kleiner als p1, so ist die Funktion der Schnecke nicht mehr zufriedenstellend. Im normalen Arbeitsproze fördert nämlich die intakte Dichtschnecke immer einen kleinen Teil des über den Verbindungskanal dem zweiten Schneckenabschnitt zugeführten Materiales in Richtung zum ersten Schneckenabschnitt zurück. Bei einwandfreier Funktion der Dichtschnecke ist der Massedruck an jener Me stelle, welche der Dichtschnecke näher liegt, stets grö er als der Massedruck an der anderen Me stelle. Gleichen sich beide Drücke an, so bedeutet das, da sich die Dichtschnecke neutral verhält, d. h. es wird von der Dichtschnecke keine Kunststoffschmelze in Richtung zum ersten Schneckenabschnitt gefördert. Ist der Schmelzedruck an der der Dichtschnecke benachbarten Me stelle kleiner als an der anderen Me stelle, so bedeutet dies, da die von der Dichtschnecke gebildete Dichtsektion in Richtung zum Extruderkopf oder zur sonstigen Ausla öffnung mit ungefilterter Schmelze gleichsam überfahren wird. Die Dichtwirkung der Dichtschnecke ist daher nicht mehr in genügendem Ma e gewährleistet und es werden im Endprodukt unbearbeitete, insbesondere ungefilterte Anteile des Materiales auftreten, denn die Dichtschnecke bildet dann einen unerwünschten Nebenschlu zum Verbindungskanal, welcher zur

Behandlungsstation des geförderten Materiales, insbesondere zum Filter, führt.

Wenn im vorliegenden Zusammenhang von "Gewinde" die Rede ist, so sind hiemit die Schneckengänge gemeint.

Für Kunststoffvergleichsmessungen ist es bekannt, in einem an einen Schneckenabschnitt anschlie enden, im Durchmesser verengten Rohrabschnitt den Massedruck an zwei im Abstand voneinander liegenden Stellen zu messen. Da dieser Rohrabschnitt im Durchmesser konstant ist, ist der Druck an der vom Kunststoffmaterial zuerst erreichten Stelle grö er als an der anderen Stelle, verursacht durch die Wandreibung des Kunststoffmateriales an der Innenwand des Rohrabschnittes. Au erdem liegt hier keine der beiden Me stellen im Bereich der Schneckengänge bzw. des Schneckengehäuses und die erhaltenen Me ergebnisse dienen lediglich zur Bestimmung der Eigenschaften des Kunststoffmateriales und nicht der Überwachung des Abnützungsgrades einer Schnecke.

Die erfindungsgemä e Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä en Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, da zwei voneinander in axialem Abstand angeordnete Schneckenabschnitte durch eine Dichtschnecke miteinander drehschlüssig verbunden sind, da eine Öffnung die Wand des Gehäuses des vom Material zuerst durchströmten Schneckenabschnittes im Bereich dessen Schneckengänge oder in einem daran unmittelbar anschlie enden Bereich durchsetzt und eine weitere Öffnung die Wand dieses Gehäuses oder des Gehäuses der Dichtschnecke durchsetzt, wobei die beiden Öffnungen voneinander im Abstand liegen, gemessen in axialer Richtung der Schneckenabschnitte, und der Widerstandskörper im Bereich dieses Abstandes liegt, und da an jede der beiden Öffnungen ein Druckfühler angeschlossen ist. Die Anzeigen dieser Druckfühler genügen an sich schon, um auf die zuvor erwähnte Weise den Abnützungsgrad der Schnecke bzw. ihres Gehäuses überwachen zu können. Günstiger ist es jedoch im Rahmen der Erfindung, wenn an die Druckfühler Wandler angeschlossen sind, die an ihrem Ausgang eine elektrische Grö e an eine Vergleichsschaltung abgeben, an deren Ausgang ein Anzeigegerät angeschlossen ist. Diese Vergleichsschaltung überwacht laufend die erwähnte Druckdifferenz von p1 und p2 und zeigt sie mittels des Anzeigegerätes an. Das Anzeigegerät kann in bekannter Weise so ausgebildet sein, da es ein Warnsignal abgibt, sobald die erwähnte Druckdifferenz einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Das Warnsignal kann akustisch oder optisch sein und gegebenenfalls auch unmittelbar zur Stillegung der Anlage ausgenützt werden.

Besonders günstig ist es, wenn gemä einer Weiterbildung der Erfindung zumindest eine der beiden Öffnungen in der Wand des Schneckengehäuses von einem an die Schneckengänge des Schneckenabschnittes bzw. der Dichtschnecke anschlie enden Ringkanal wegführt. Dies hat den Vorteil, da das Me ergebnis des an die betreffende Öffnung angeschlossenen Druckfühlers pulsationsfrei ist.

Gemä einer Weiterbildung der Erfindung kann der Widerstandskörper von einem zwischen den beiden Öffnungen angeordneten Staukörper gebildet sein, der auf einer die Schneckenabschnitte mit der Dichtschnecke verbindenden Welle vorgesehen ist. Dies ergibt eine einfache Bauweise, zumal dieser Staukörper in verschiedenster Weise ausgebildet werden kann. Die einfachste Ausführungsform besteht darin, da der Staukörper eine Scheibe ist, zwischen deren Umfang und der Wand des Gehäuses der Dichtschnecke ein schmaler Ringspalt besteht. Eine Weiterbildung dieser Konstruktion kann erfindungsgemä dadurch gebildet sein, da am Umfang der Scheibe zumindest eine Ringnut vorhanden ist. Diese Ringnut verursacht Wirbel in dem an ihr vorbeiströmenden plastifizierten Material, was eine Erhöhung des Widerstandes für dieses Material bedeutet.

Eine Alternative hiezu kann im Rahmen der Erfindung dadurch gebildet sein, da der Staukörper ein Gewindeabschnitt ist, dessen Gewindegänge die gleiche Förderrichtung haben wie die Schneckengänge der Dichtschnecke, jedoch feiner sind. Dieses Feingewinde kann nicht das gesamte Material fördern, welches vom vergleichsweise gröberen Gewinde der Dichtschnecke angeliefert wird. Die Differenzmenge des von der Dichtschnecke geförderten Materiales wird daher über das Feingewinde "überschoben", d.h. an den Gewindegängen des Feingewindes vorbeigedrückt, was eine Erhöhung des Druckes am Ende der Dichtschnecke bewirkt.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand anhand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer mit einer Dichtschnecke versehenen Vorrichtung, wobei der zu dieser Vorrichtung zugehörige Massedruckverlauf in Diagrammform dargestellt ist. Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante hiezu, ebenfalls mit zugehörigem Massedruckdiagramm und Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, ebenso mit zugehörigem Massedruckdiagramm. Fig. 4 zeigt ein Detail der Fig. 3 in grö erem Ma stab.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das zu verarbeitende Material, insbesondere verschmutztes, thermoplastisches Kunststoffmaterial, herrührend von Abfallprodukten, gegebenenfalls nach einer Vorzerkleinerung, in einen Trichter 1 in Richtung des Pfeiles 2 eingefüllt und gelangt so durch eine Einzugsöffnung 3 in das Innere eines Schneckengehäuses 4, in welchem eine Schnecke 5 gelagert ist. Diese Schnecke 5 hat zwei voneinander in axialem Abstand angeordnete Abschnitte 6, 7, zwischen denen eine Dichtschnecke 8 angeordnet ist, deren Steigung der Schneckengänge entgegengesetzt gerichtet ist der Steigung der Schneckengänge der beiden Abschnitte 6, 7. Die beiden Schneckenabschnitte 6, 7 und die Dichtschnecke 8 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 9, die durch einen Motor 10 so verdreht wird, da das durch die Einfüllöffnung 3 eingezogene Material von den beiden Schneckenabschnitten 6, 7 in Richtung des Pfeiles 11 gefördert wird, z. B. zu einem Extruderkopf. Zweckmä ig haben die beiden Schneckenabschnitte 6, 7 und die Dichtschnecke 8 gleichen Au endurchmesser der Schneckengänge, was den

Vorteil hat, da das alle diese Schnecken lagernde Gehäuse 4 durchgehend mit konstantem Innendurchmesser ausgebildet werden kann. Am Einzugsende der Schnecke 5 ist ein Dichtgewinde 14 mit im Vergleich zu den Schneckenabschnitten 6, 7 verringerter Steigung und verringerter Ganghöhe vorgesehen.

Zur Umgehung der Dichtschnecke 8 ist ein Verbindungskanal 13 vorgesehen, welcher die den Schneckenabschnitten 6 und 7 zugeordneten Gehäuseabschnitte zu beiden Seiten der Dichtschnecke 8 durchsetzt und in welchem das von den Schneckenabschnitten 6, 7 geförderte Material in Richtung der Pfeile 15 strömt. In den Verbindungskanal 13 ist eine Station 16 zur Behandlung des im Verbindungskanal 13 strömenden Materiales eingeschaltet. Diese Behandlung kann verschiedenster Art sein, z.B. eine Zugabe von Füllstoffen, Farbstoffen oder sonstigen Beimengungen. In den meisten Fällen, gegebenenfalls zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Möglichkeiten, ist die Station 16 als Filterstation 17 ausgebildet, deren Filter die Verunreinigungen, insbesondere Feststoffkörper aller Art, aus dem plastifizierten Kunststoffmaterial ausfiltert, soda gereinigtes Kunststoffmaterial aus dem Verbindungskanal 13 in den den Schneckenabschnitt 7 umgebenden Abschnitt des Gehäuses 4 eintritt und vom Schneckenabschnitt 7 zum Auslass, insbesondere zum Extruderkopf gefördert wird. Wie ersichtlich, ist die Reinheit des vom Schneckenabschnitt 7 zum Extruderkopf geförderten Materiales jedoch von der Dichtfunktion der Dichtschnecke 8 abhängig. Lä t diese Dichtfunktion zu wünschen übrig, etwa infolge Verschlei es der Dichtschnecke 8 und/oder ihres Gehäuses, so ist keine einwandfreie Dichtung zwischen den beiden Schneckenabschnitten 6, 7 mehr gegeben, soda vom Schneckenabschnitt 6 gefördertes, verschmutztes Material zum Schneckenabschnitt 7 gelangt, ohne den Verbindungskanal 13 und das in ihn eingesetzte Filter passiert zu haben. Dies bedeutet, da ungefiltertes, also verschmutztes Material vom Schneckenabschnitt 7 zum Extruderkopf oder zum sonstigen Ausla gefördert wird und sich letztlich durch eine Verschmutzung des produzierten Endproduktes, in der Regel Granulat, bemerkbar macht. Handelt es sich bei der Station 16 nicht oder nicht ausschlie lich um eine Filterstation 17, sondern z.B. um eine Beimengung von Zusatzstoffen, dann ist das gewünschte Mischungsverhältnis des zum Extruderkopf oder dergleichen geführten Materiales nicht verlä lich einzuhalten, sondern abhängig vom Dichtungsverhalten der Dichtschnecke 8.

Um die Dichtwirkung der Dichtschnecke 8 laufend zu überprüfen, sind zwei Öffnungen 18, 19 vorgesehen, welche die Wand 20 des Schneckengehäuses 4 durchsetzen und in Abstand voneinander, gemessen in Achsrichtung des Gehäuses 4, angeordnet sind. Die eine Öffnung 18 liegt im Bereiche des Endes der Schneckengänge des Schneckenabschnittes 6 bzw. unmittelbar anschlie end daran, die andere Öffnung 19 ist in bezug auf die Öffnung 18 in Richtung des Pfeiles 11 versetzt und in einem an die Schneckengänge des Schneckenabschnittes 6 anschlie enden Bereich des Gehäuses 4

angeordnet, jedoch noch vor der Dichtschnecke 8, gesehen in Richtung des Pfeiles 11. An jede der beiden Öffnungen 18, 19 ist mittels Druckleitungen 21 ein Druckfühler 22 bzw. 23 angeschlossen. Durch diese beiden Druckfühler 22, 23 ist also der Druck des von der Vorrichtung geförderten Materiales an der jeweiligen Stelle me bar. Zwischen den beiden Öffnungen 18, 19 liegt ein auf die Welle 9 aufgesetzter Widerstandskörper 12, welcher bei dieser Ausführungsform von einem scheibenförmigen Staukörper 26 gebildet ist, zwischen dessen Umfang und der Innenwand des den Widerstandskörper 12 aufnehmenden Gehäuseabschnittes ein schmaler Ringspalt 35 besteht, durch welchen das von der Dichtschnecke 8 geförderte Material in den Gehäuseabschnitt des Schneckenabschnittes 6 eintreten kann. Dieser Staukörper 26 trägt kein Gewinde und dient dazu, einen erhöhten Widerstand für das von der Dichtschnecke 8 geförderte Material zu bilden, welcher Widerstand von der Dichtschnecke 8 überwunden werden mu .

Eine intakte Dichtschnecke 8 fördert somit im normalen Arbeitsproze stets einen kleinen Anteil des gefilterten Materiales wieder zurück (entgegen der Pfeilrichtung 11) in das Gehäuse des Schneckenabschnittes 6. Der Widerstandskörper 12 bewirkt, da der Massedruck p2, welchen der Druckfühler 23 abfühlt, bei einwandfreier Funktion der Dichtschnecke 8 immer grö er ist als der Massedruck p1, welchen der Druckfühler 22 abfühlt. Der Differenzwert p2 - p1 ist daher ein Wert, aus welchem auf den Dichtzustand der Dichtschnecke 8 rückgeschlossen werden kann. Gleichen sich die beiden Drücke p2 und p1 an, so bedeutet dies, da sich die Dichtschnecke neutral verhält, d. h. es wird keine Kunststoffschmelze von der Dichtschnecke 8 entgegen der Pfeilrichtung 11 gefördert. Wird P2 kleiner als P1, so bedeutet das, da die von der Dichtschnecke 8 gebildete Dichtsektion in Extrusionsrichtung (Pfeil 11) von ungefilterter Kunststoffschmelze passiert wird. Die Dichtwirkung ist dann nicht mehr gewährleistet und das Endprodukt wird in unzulässiger Weise verschmutzt.

Fig. 1 zeigt auch den Verlauf des Druckes p in Abhängigkeit von der in Achsrichtung der Schnecke 5 gemessenen Weglänge s in Diagrammform. Mit vollen Linien ist der Druckverlauf im Idealzustand der Dichtschnecke eingezeichnet, mit strichlierten Linien ein Zustand, bei welchem die Dichtschnecke von ungefiltertem, plastifiziertem Kunststoffmaterial in Richtung des Pfeiles 11 "überfahren" wird. Es ist ersichtlich, da die Förderwirkung der Dichtschnecke 8 gegen den Widerstandskörper 12 bei intakter Dichtschnecke einen Druckwert am förderseitigen Ende der Dichtschnecke 8, also an- der Öffnung 19, zur Folge hat, welcher höher ist als der Druck an allen anderen Stellen der Anlage, insbesondere an jenen Stellen der Vorrichtung, welche, gesehen in Richtung des Pfeiles 11, vor der Öffnung 19 liegen. Bei unzulässig gro en Abnützungen der Dichtschnecke 8 bzw. des sie umgebenden Gehäuseabschnittes fällt jedoch der Druck an der Öffnung 19 so stark ab, da dieser Druck nicht mehr grö er ist als der Druck an der Öffnung 18, sondern geringer.

Es ist zweckmä ig, im Bereich der beiden Öffnungen 18, 19 je einen von Schneckengängen freien Ringkanal 24 bzw. 25 anzuordnen, um die Me ergebnisse der beiden Druckfühler 22, 23 unabhängig zu machen von den über die Schneckengänge eingebrachten Pulsationen.

An die beiden Druckfühler 22, 23 können Wandler 31, 32 (Fig. 1) angeschlossen sein, welche die von den Druckfühlern 22, 23 ermittelten Druckwerte in elektrische Grö en umsetzen. Der Ausgang der beiden Wandler 31, 32 ist an eine Vergleichsschaltung 33 angeschlossen, welche in an sich bekannter Weise die beiden von den Wandlern 31, 32 gelieferten elektrischen Signale miteinander vergleicht und die Differenz der beiden Signalwerte an einem Anzeigegerät 34 optisch und/oder akustisch darstellt. Das von der Vergleichsschaltung 33 gelieferte Signal kann auch dazu ausgenutzt werden, die Vorrichtung automatisch stillzusetzen, wenn sich ein ein vorbestimmtes Ma übersteigender Abnützungsgrad bemerkbar macht.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 lediglich dadurch, da am Umfang des von einem scheibenförmigen Staukörper 26 gebildeten Widerstandskörpers 12 zwei Ringnuten 36 vorgesehen sind, die in das im Spalt 35 strömende Material Wirbel hineintragen und dadurch den Widerstand für den Durchflu im Spalt 35 vergrö ern. Ansonsten entspricht die Vorrichtung nach Fig. 2 jener nach Fig. 1, die an die beiden Druckfühler 22,23 angeschlossenen Bauteile sind in Fig. 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt, ebenso nicht die Station 16.

Auch in Fig. 2 ist wieder der Druckverlauf in der Vorrichtung in Diagrammform dargestellt, wobei wieder eine volle Linie den Druckverlauf bei intakter Dichtschnecke 8 angibt, wogegen die strichlierte Linie die Verhältnisse bei mangelnder Funktion der Dichtschnecke 8 angibt.

Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von jenen nach den Fig. 1 und 2 dadurch, da der Staukörper 26 an seinem Umfang mit einem Feingewinde 37 versehen ist. Dieses Feingewinde 37 hat zwar die gleiche Steigungsrichtung wie das Gewinde bzw. die Schneckengänge der Dichtschnecke 8, ist jedoch viel feiner als letzteres Gewinde ausgebildet. Das Feingewinde 37 ist daher nicht in der Lage, das gesamte von der Dichtschnecke 8 entgegen der Pfeilrichtung 11 geförderte Material in Richtung zum Schneckenabschnitt 6 weiter zu transportieren. Ein Anteil dieses Materiales wird daher durch den Ringspalt 35 entlang der Gewindegänge 38 (Fig. 4) des Feingewindes 37 nach links (Fig. 3) transportiert, soda das Feingewinde 37 sozusagen "überfahren" wird. Der hiedurch hervorgerufene Widerstand für das von der Dichtschnecke 8 geförderte Material bewirkt bei einwandfrei arbeitender Dichtschnecke 8 - den in dem Diagramm mit vollen Linien dargestellten Druckverlauf, welcher sich auf die mit strichlierten Linien gezeigte Darstellung ändert, wenn die Dichtschnecke 8 und/oder ihr Gehäuseabschnitt einen stärkeren Verschlei zeigen.