AT393989B

AT393989B - Extrudermischer

Info

Publication number: AT393989B
Application number: AT0907982A
Authority: AT
Original assignee: Rapra Techn Ltd
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1992-01-10
Also published as: ATA907982A; SE8402071D0; NO834033L; DK520083D0; CH662778A5; DK520083A; DK160750B; SE8402071L; NO162183B; WO1983003222A1; NO162183C; BR8208088A; DK160750C; SE438282B

Description

AT 393 989 B

Die Erfindung bezieht sich auf Extradermischer für viskose Flüssigkeiten, wie geschmolzene Kunststoffe und Gummis, und befaßt sich im besonderen mit Extradermischem jener Type, bei welcher das Mischgut aus Vertiefungen heraus in andere Vertiefungen übergeben wird, also sogenannte "cavity-transfer type"-Mischer.

Ein Beispiel eines solchen bekannten Extradermischers ist in der GB-PS 930 339 geoffenbart, und umfaßt einen hohlzylindrischen Statorteil und einen zylindrischen Rotorteil, der innerhalb des Stators drehbar ist. Die gegenüberliegenden zylindrischen Oberflächen des Rotors und des Stators weisen je eine Mehrzahl von Reihen länglicher, sich in Längsrichtung erstreckender Nuten auf. Die Reihen der Nuten in jedem Teil erstrecken sich in Umfangsrichtung um den Teil herum und sind axial in Abständen angeordnet, und die Reihen an ein und demselben Teil sind in axialer Richtung gegenüber den Reihen des anderen Teiles versetzt, wobei eine axiale Überlappung der Nuten von Stator und Rotor gegeben ist. Zufolge dieser Anordnung von sich überlappenden geschlossenen Nuten des Stators und des Rotors hat sich das durch den Mischer fortschreitende Material in einem Weg zu bewegen, welcher zwischen den Rotor- und den Statomuten abwechselt. Wo sich eine Nut an einem Teil gerade gegenüber einem Grat an dem anderen Teil befindet, wird das Material einer einfachen Scherbeansprachung unterworfen, so daß es in Hälften zerschnitten wird, bevor es zu seiner ursprünglichen Richtung annähernd rechtwinkelig verlagert wird, wenn es sich in die nächste Nut fortbewegt. Eine andere bekannte Maschine dieser Type ist in der GB-PS 1 475 216 beschrieben.

Es hat sich herausgestellt, daß solche Mischer dann zufriedenstellend arbeiten, wenn sie in einem kleinen, laboratoriumsmäßigen Maßstab konstruiert sind, wohingegen bei einer auf Großproduktion vergrößerten Maschine der Wirkungsgrad des Mischers absinkt, wobei eine Größenbegrenzung dann erreicht ist, wenn entweder das Produkt unverwendbar ist oder die notwendige zusätzliche Länge die technische Kompliziertheit unwirtschaftlich macht. Dies deshalb, weil sich die Ausstoßrate pro Schraubenumdrehung eines Extruders proportional zur dritten Potenz des Schraubendurchmessers vergrößert, wogegen sich die verfügbare Mischerfläche nur mit dem Quadrat des Schraubendurchmessers vergrößert, wenn das Verhältnis der Länge zum Durchmesser des Mischers konstant gehalten wird.

Wenn man versucht, die Mischleistung dadurch zu vergrößern, daß man die Nuten tiefer macht, dann besteht jedoch, beispielsweise im Falle geschmolzener Kunststoffe, die Gefahr einer Stagnation und eines Qualitätsverlustes des Polymers in den Ecken der Vertiefungen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Extrudermischer und ein Mischverfahren vorzusehen, welches ein Arbeiten in großem Maßstab ermöglicht, u. zw. bei gleichzeitiger Verringerung der oben auseinandergesetzten Probleme bekannter Mischer.

Dies wird bei einem Extrudermischer mit einem hohlzylindrischen Stator, einem innerhalb des Stators gelagerten zylindrischen Rotor, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Rotors und des Stators jede für sich eine Mehrzahl paralleler, sich über den Umfang erstreckender Reihen von Höhlungen aufweisen, erreicht, wenn erfindungsgemäß die Höhlungen in benachbarten Reihen des Stators einerseits sowie des Rotors anderseits in Umfangsrichtung und die Reihen der Höhlungen im Stator und im Rotor gegeneinander axial versetzt sind.

Durch diese Ausbildung kann überall eine Vergrößerung der Mischleistung für denselben Oberflächenbereich erhalten werden, u. zw. unter Erzielung einer gewünschten exponentiellen Mischungscharakteristik, bei welcher einfaches Mischen und Scheren wiederholt durch Schneid- und Wendevorgänge unterbrochen wird.

Vorzugsweise ist sowohl am Stator als auch am Rotor die in Umfangsrichtung gegebene Versetzung zwischen den Höhlungen in einander benachbarten Reihen gleich der Hälfte des in Umfangsrichtung gegebenen Abstandes zwischen den Mittelpunkten benachbarter Höhlungen in einer Reihe.

Die axiale Versetzung der Reihen des Stators und des Rotors ist vorzugsweise gleich der Hälfte des axialen Abstandes zwischen benachbarten Stator- bzw. Rotorreihen.

Besonders dann, wenn die Versetzung in Umfangsrichtung, der Hälfte des Abstandes zwischen den Mittelpunkten benachbarter Höhlungen in einer Reihe entspricht, und wenn die axiale Versetzung derart ist, daß die benachbarten Ränder der Höhlungsmündungen in jedem Paar benachbarter Reihen auf dem Stator oder auf dem Rotor, auf oder benachbart der Mittellinie der Höhlungen in ein»- Reihe auf dem Rotor bzw. auf dem Stator liegen, können die Höhlungen so dicht nebeneinander angeordnet sein, daß sie ungefähr 60 % oder mehr der Stator- bzw. Rotoroberflächen einnehmen und so die Anzahl der Übergangsstellen zwischen dem Rotor und dem Stator, verglichen mit bekannten Mischern, vergrößern und somit ein besseres Mischen zustandebringen. Die sich daraus ergebende Zickzackanordnung bewirkt ein besseres Mischen durch Teilen der Ströme der Schmelzen, eine bessere Übergabe des Materials und daher eine höhere Ausstoßrate bei gleichem Druckabfall.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weisen die Rotor- und Statorhöhlungen halbkugelige Gestalt auf. Die halbkugelförmige Gestalt ergibt eine hervorragende Stromlininenführung, so daß eine polymere Stagnation nicht auftreten wird und ein Reinigen wirkungsvoll ist, wenn ein Wechsel der Polymere vorgenommen wird. Die halbkugelförmigen Höhlungen können mit einem ein kugelförmiges Ende aufweisenden Fräser ausgeschnitten werden, was die Bearbeitung verhältnismäßig einfach macht Glätten ist ebenfalls leicht möglich, so daß die gesamten Herstellungskosten verringert werden. Das Entfernen von Polymer aus den halbkugelförmigen Höhlungen ist verhältnismäßig einfach, was die für das Reinigen des Mischers »forderliche Zeit und damit die Totzeit zwischen den Produktionsvoigängen verringert

Die Erfindung wird im folgenden näher an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, u. zw. unter -2-

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Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen zusammengebauten erfindungsgemäßen Mischer;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Rotor allein, u. zw. nach Linie (Π-Π) der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Stator allein, u. zw. nach Linie (ΠΜΠ) der Fig. 1;

Fig. 4 ist eine flach abgewickelte Ansicht eines Teiles des Rotors und des Stators, welche die axiale Versetzung der halbkugelförmigen Vertiefungen im Rotor und im Stator veranschaulicht; und

Fig. 5 ist ein auf Versuchen beruhendes Diagramm, welches die verbesserte Mischcharakteristik eines erfindungsgemäßen Mischers verglichen mit einem bekannten Mischer veranschaulicht.

Der dargestellte Mischer umfaßt einen Rotor (10), der drehbar innerhalb einer grundsätzlich zylindrischen Bohrung (12) eines Stators (14) angebracht ist. Das in Fig. 1 rechts gelegene Ende des Rotors ist so beschaffen, daß es mit dem Ausgangsende eines (nicht dargestellten) Schneckenförderers verkeilt werden kann, und das linke Ende des Stators (14) ist so beschaffen, daß es an einem (nicht dargestellten) Strangpreßwerkzeug angebracht werden kann, wobei das behandelte Material, z. B. Polymer, zwischen Rotor und Stator gezwungen wird, vom Schneckenförderer zum Strangpreßwerkzeug überzugehen. Die beschriebene Anordnung ist soweit üblich.

Wie in den Zeichnungen gezeigt, sind die gegenüberliegenden Oberflächen (16 und 12) des Rotors und des Stators mit einer Mehrzahl von halbkugelförmigen Höhlungen (18 bzw. 20) versehen. Die Höhlungen (18) im Rotor sind in einer Mehrzahl von sich über den Umfang erstreckenden Reihen angeordnet. Wie in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt, sind einander benachbarte Reihen am Rotor in Umfangsrichtung so versetzt, daß der Mittelpunkt jeder Höhlung einer gegebenen Reihe auf halbem Weg zwischen den Mittelpunkten der zwei nächsten Höhlungen der oder jeder benachbarten Reihe liegt. Dies kann am besten der in eine Fläche abgewickelten Ansicht gemäß Fig. 4 entnommen werden, wo beispielsweise die Kreise (18a, 18b, 18c) die Höhlungen einer am Rotor befindlichen Reihe darstellen, und die Kreise (18a*, 18b* und 18c* und 18a", 18b" und 18c") die Höhlungen in den benachbarten Rotorreihen darstellen. Es sei hervorgehoben, daß der mit (18b) bezeichnete Kreis in Umfangsrichtung gegenüber den benachbarten Kreisen (18a', 18b', 18a" und 18b") um die Hälfte des Abstandes zwischen den Mitten jeder der zwei benachbarten Höhlungen in einer Reihe versetzt ist, z. B. zwischen den Mittelpunkten der Höhlungen (18a und 18b).

In gleicher Weise sind die Höhlungen (20) des Stators in ein» Mehrzahl von sich endang des Umfanges erstreckenden Reihen angeordnet, wobei benachbarte Reihen am Stator wieder in Umfangsrichtung gegenseitig so verschoben sind, daß die Höhlungen einer gegebenen Reihe um die Hälfte des Abstandes zwischen den Mittelpunkten jeder der zwei benachbarten Höhlungen in ein» Reihe versetzt sind.

Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Versetzungsweise benachbarter Höhlungsreihen am Rotor und am Stator sind, wie am besten der Fig. 4 entnommen w»den kann, auch die gegenseitigen axialen Stellungen der Reihen am Rotor und am Stator versetzt, u. zw. derart, daß die Umfangslinie, welche die Mittelpunkte jeder gegebenen Reihe von Höhlungen des Stators verbindet, sich in derselben axialen Stellung befindet, wie eine Umfangslinie, die auf halbem Wege zwischen den zwei Umfangslinien liegt, welche die Mittelpunkte der Höhlungen in zwei benachbarten Rotorreihen verbindet. So liegen beispielsweise in Fig. 4 die Mittelpunkte der Statorhöhlungen (20a, 20b) auf ein» Umfangslinie, die auf halbem Wege zwischen der die Mittelpunkte der Rotorhöhlungen (18a", 18b" und 18c") verbindenden Umfangslinie und der die Rotorhöhlungen (18a, 18b, 18c) verbindenden Umfangslinie liegt.

Diese Anordnung ergibt verschiedene praktische Vorteile im Vergleich mit den eingangs beschriebenen bekannten Anordnungen. Die Mischleistung für den gleichen Ob»flächenbereich ist verglichen mit den eingangs beschriebenen Anordnungen wesentlich erhöht. Die Anordnung der halbkugelförmigen Höhlungen kann so getroffen werden, daß Üb»lappungen zwischen drei Höhlung»i zu jed» gegebenen Zeit auftreten, so daß ein zusätzliches Vermischen oder Vermengen durch wiederholtes Teilen der Schmelzströme erhalten wird. Die halbkugelförmige Gestalt ergibt eine hervorragende Stromlinienführung, so daß eine polymere Stagnation nicht auftreten wird und ein Reinigen wirkungsvoll ist, wenn ein Wechsel der Polymere vorgenommen wird. Die halbkugelförmigen Höhlungen können mit einem ein kugelförmiges Ende aufweisenden Fräser ausgeschnitten werden, was die Bearbeitung verhältnismäßig einfach macht. Glätten ist ebenfalls leicht möglich, so daß die gesamten Herstellungskosten verringert werden. Das Entfernen von Polymer aus den halbkugelförmigen Höhlungen ist verhältnismäßig einfach, was die für das Reinigen des Mischers erforderliche Zeit und damit die Totzeit zwischen den Produktionsvorgängen verringert

Bei einem experimentellen Vergleich eines.oben beschriebenen Mischers mit einem Mischer d» bekannten eingangs beschriebenen Type ergaben Messungen der Schli»endicke flexibl»PVC-Prob»i, die dem ausgebauten Stator des vorliegenden Mischers entnommen wurden nachdem vor dem Mischer eine Schwarzschliereninjektion eingebracht wurde, ein Diagramm (Fig. 5) des logarithmischen Schlierendickenverhältnisses bezogen auf das Mischerstadium, welches eine steilere Steigung (Kurve (A)) aufweist, als wenn derselbe Versuch mit einem bekannten Mischer wiederholt wird (Kurve (B)), das heißt, daß das Mischen in dem vorliegenden Mischer verbessCTt wurde.

Obwohl als rein halbkugelförmig wiedergegeben, können die Rotor- und Statorhöhlungen auch die Form von Zylindern oder abgerundeten Zylindern, das ist eine zylindrische Vertiefung, die ein gerundetes geschlossenes Ende hat, oder die Form von Zylindern und Halbkugeln aufweisen, das ist eine Höhlung, die ein -3-

Claims

AT 393 989 B halbkugelförmiges geschlossenes Ende hat. Die zylindrische Ausbildung wird jedoch nicht bevorzugt, da sie tote Räume ergeben kann, wo sich unvermischtes Material absetzen kann. Andere Gestaltungen von Höhlungen, wie rhombisch geformte, sind möglich, doch wird es für die Höhlungen bevorzugt, daß sie kreisförmige Öffnungen aufweisen. Wenngleich sich die vorstehende Beschreibung im besonderen mit dem Mischen geschmolzener Kunststoffe und Gummis befaßt, ist der vorliegende Mischer und Mischvorgang auch für Mischverfahren mit anderen viskosen Flüssigkeiten, wie Seifen, Teige, Lehme und Margarine, brauchbar. Ferner findet der oben beschriebene Mischer auch nützliche Anwendungen in Spritzgußsystemen, u. zw. für das an einer in bezug auf die Spritzdüse oder die Spritzdüsen flußaufwärts gelegenen Stelle erfolgende Vermischen der zum Spritzgießen dienenden Komponenten. PATENTANSPRÜCHE 1. Extrudermischer mit einem hohlzylindrischen Stator, einem innerhalb des Stators gelagerten zylindrischen Rotor, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Rotors und des Stators jede für sich eine Mehrzahl paralleler, sich über den Umfang erstreckender Reihen von Höhlungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlungen (18, 20) in benachbarten Reihen des Stators (14) einerseits sowie des Rotors (10) anderseits in Umfangsrichtung und die Reihen der Höhlungen (18, 20) im Stator (14) und im Rotor (10) gegeneinander axial versetzt sind.
2. Extrudermischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl am Stator (14) als auch am Rotor (10) die in Umfangsrichtung gegebene Versetzung zwischen den Höhlungen (18, 20) in einander benachbarten Reihen gleich ist der Hälfte des in Umfangsrichtung gegebenen Abstandes zwischen den Mittelpunkten benachbarter Höhlungen (18,20) in einer Reihe.
3. Extrudermischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Versetzung der Reihen des Stators (14) und des Rotors (10) gleich ist der Hälfte des axialen Abstandes zwischen benachbarten Stator-bzw. Rotorreihen.
4. Extrudermischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor- und die Statorhöhlungen (18, 20) halbkugelige Gestalt aufweisen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen