Wie wirkt sich die Geometrie des Schneckengangs auf die Misch- und Scherfähigkeit des Zylinders aus?

Die Geometrie des Schneckengangs spielt in mehrfacher Hinsicht eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Misch- und Scherfähigkeit des Zylinders:

Steigung: Die Steigung des Schneckengangs bestimmt den axialen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Gängen. Eine kleinere Steigung führt zu kürzeren Abständen zwischen den Schneckengängen und erhöht dadurch die Häufigkeit von Materialwechselwirkungen mit der Zylinderwand beim Drehen der Schnecke. Diese verstärkte Wechselwirkung fördert eine gründlichere Durchmischung, indem sie die auf das Material ausgeübten Scherkräfte verstärkt. Die kürzere Steigung erhöht die Anzahl der Scherzonen entlang der Schneckenlänge und erleichtert so eine stärkere Materialverdrängung und Durchmischung. Materialien, die einem kürzeren Pitch ausgesetzt werden, erfahren eine verbesserte Dispersion und Mischung, was für die Erzielung einheitlicher Eigenschaften im Endprodukt entscheidend ist. Eine größere Steigung kann einen Teil dieser Mischeffizienz zugunsten einer verbesserten Förderkapazität opfern, da dadurch größere Materialmengen entlang der Schneckenachse transportiert werden können.

Flugtiefe: Die Flugtiefe, auch Flughöhe genannt, wirkt sich direkt auf das von der Schnecke geförderte Materialvolumen und die Intensität der Vermischung aus. Tiefere Flügel bieten eine größere Oberfläche für den Materialkontakt mit der Fasswand und erleichtern so eine umfassendere Durchmischung. Diese vergrößerte Kontaktfläche ermöglicht, dass das Material den Scherkräften, die während der Schneckenrotation entstehen, stärker ausgesetzt wird, was eine bessere Mischung und Dispersion fördert. Je tiefer jedoch der Schneckengang ist, desto höher ist der Drehmomentbedarf zum Antrieb der Schraube, da ein größerer Materialeingriff zu einem erhöhten Widerstand führt. Während tiefere Flüge bessere Mischfähigkeiten bieten, können sie eine höhere Leistungsaufnahme erfordern, um die Betriebseffizienz aufrechtzuerhalten.

Flugbreite: Die Breite des Schneckengangs bestimmt die verfügbare Oberfläche für Materialkontakt und Scherung. Ein breiterer Flügel sorgt für eine breitere Kontaktfläche zwischen dem Material und der Zylinderwand und ermöglicht so eine effizientere Mischung und Verteilung. Diese vergrößerte Kontaktfläche verbessert die Übertragung der Scherkräfte von der Schnecke auf das Material und fördert so eine gründliche Durchmischung im gesamten Zylinder. Zu breite Mitnehmer können dazu führen, dass das Material entlang der Trommelwand stärker verrutscht, was möglicherweise die Fördereffizienz beeinträchtigt. Bei der Optimierung der Förderbreite muss ein Gleichgewicht zwischen der Maximierung der Kontaktfläche für eine bessere Vermischung und der Minimierung des Schlupfes zur Aufrechterhaltung der Fördereffektivität gefunden werden.

Spiralwinkel: Der Spiralwinkel, definiert als die Neigung der Schneckengänge entlang der Schneckenachse, beeinflusst maßgeblich die Materialförderung und Mischeffizienz. Ein höherer Spiralwinkel führt zu einem steileren Schraubengewinde, was eine aggressivere Materialbewegung und erhöhte Scherkräfte im Zylinder fördert. Diese verbesserte Scherwirkung ermöglicht eine hervorragende Materialverteilung und -mischung, was besonders bei der Verarbeitung von viskosen oder scherempfindlichen Materialien von Vorteil ist. Zu steile Spiralwinkel können zu erhöhter Schererwärmung und Materialverschlechterung führen und erfordern sorgfältige Überlegungen, um nachteilige Auswirkungen auf die Produktqualität zu verhindern. Kleinere Spiralwinkel reduzieren die Intensität der Scherkräfte, können jedoch die Fördereffizienz verbessern, indem sie den Materialwiderstand entlang der Schneckenachse minimieren.

Flugkonfiguration: Die Flugkonfiguration spielt eine entscheidende Rolle beim Erreichen spezifischer Mischziele, die auf die Anforderungen der Anwendung zugeschnitten sind. Vorwärtsfördernde Flügel erleichtern den Materialtransport entlang der Schneckenachse, sorgen für eine effiziente Förderung und fördern gleichzeitig eine ausreichende Durchmischung. Rückwärtsfördernde Förderschnecken induzieren einen rückwärts gerichteten Materialfluss und verbessern die Vermischung, indem sie das Material zusätzlichen Scherkräften aussetzen, während es sich entgegen der Drehrichtung der Schnecke bewegt. Durch die Integration spezieller Mischelemente wie Knetblöcke oder Mischpaddel in das Flugdesign werden die Scherkräfte weiter verstärkt und eine gründliche Vermischung der Materialien gefördert. Diese Mischelemente stören Materialflussmuster, schaffen zusätzliche Scherzonen und verstärken intermolekulare Wechselwirkungen, um eine optimale Dispersion und Homogenität zu erreichen.

Vorläufer – Injektionsfass