Misch- und Kneteinrichtung
An kontinuierlich arbeitenden Misch- und Knetmaschinen, die z. B. für chemische Reaktionsprozesse oder zum Aufbereiten von gekneteten Mischungen in der Plastik-, Gummi- oder Lebensmittelindustrie eingesetzt sind, wurde bisher das Fehlen einer einfachen, rasch wirksamen und zuverlässigen Schliessvorrichtung für den Austritt der Misüh-- und Knetkammer als nachteilig empfunden. Eine -solche Schliesseinrichtung ist an und für sich erforderlich, um beim Anfahren sicherzustellen, dass die Misch- und Knetkammer gut volläuft, damit die gewünschte Reaktion anspringen kann, worauf dann rasch der Austritt geöffnet werden sollte, ohne dass die Reaktion dabei abreisst.
-Bisherige Versuche, dieses Problem mittels einer Schwenkklappe, Sperrschieber, Verstellring oder Kugelventil zu lösen, brachten nur teilweisen Erfolg, und zwar einmal, weil ein Festsetzen von Material am Schliesskörper nicht verhindert werden konnte und sich ausserdem bei dem notwendigen raschen Öffnen eine unsymmetrisch geformte Druckwelle bilden konnte, die in der Misch-und Knetkammer oftmals zu einem Abreissen der Anfahr-Reaktion führte. Auch mit Drosseleinrichtungen bekannter Art, wie sie z.
B. an Schneckenpressen verwendet werden, konnte das Problem nicht zufrieden stellend gelöst werden, da id;ise diese Erurichtungen zur Fein- regelung Ides Arbeitsdrucks in der Mischkammer dienen und daher, selbst wenn mit Fernverstellung motorangetrieben, nicht rasch genug von einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung gebracht werden können.
Es wird nun eine Misch- und Kneteinrichtung vorgeschlagen, mit welcher die oben geschilderten Nachteile überwunden werden sollten. Die erfindungsgemässe Misch- und Kneteinrichtung weist mindestens eine in einer Misch-und Knetkammer angeordnete Schnecken- welle auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass am Austritt der Miseh- und Knetkammer eine gleichachsig mit der Schneckenwelie angeordnete Schliesseinrichtung vorgesehen ist, welche ein achsial verschiebbares und drehbares Schliessorgan aufweist, das unter Wirkung eines Spannorganes und eirtes Arretierorganes steht.
Vorzugsweise kann die Schliesseinrichtung einen koaxial mit der Schneckenwelle an der Austrittsöffnung angeordneten Düsenring und einen gleichachsig mit der Schneckenwelle angeordneten, mit dem Düsenring zusammenwirkenden und in einem Gehäuse mit Austritts öffnung gelagerten Schliessdorn aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den mit der Schliesseinrichtung versehenen Teil der Misch- und Kneteinrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Düsenring mit geraden Führungselementen und
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Düsenring mit gebogenen Führungselementen.
Die vorgeschlagene Einrichtung weist ein Gehäuse 17 auf, das eine Misch- und Knetkammer 1 umschliesst, in welcher eine Schneckenwelle 14 angeordnet ist. Am Austritt der Misch- und Knetkammer 1 ist ein Düsenring 2 koaxial zur Schneckenwelle 14 angeflanscht. Dieser Düsenring 2 weist eine zylindrische Bohrung auf, die nach beiden Seiten konisch erweitert ist.
An den Düsenring 2 ist ein Gehäuse 3 angeflanscht, das eine Austrittsöffnung 3' aufweist. Ferner weist das Gehäuse 3 einen zylindrischen Sitz für eine Lagerbüchse 4, eine ebene Tragfläche für einen Motor 5 sowie einen Tragarm 18 für ein Arretierorgan 6 auf. Die Lagerbüchse 4 wird einerends von einer Ringmutter 4' im Gehäuse 3 fixiert und trägt andernends ein drehbares, vom Motor 5 angetriebenes Messerrad 7. Ferner weist die Lagerbüchse 4 innen zwei zylindrische Lagerflächen zur Aufnahme eines Schliessdornes 8 auf und ist zwischen den beiden Lagerflächen mit einem steilgängigen Trapezgewinde versehen.
Der Schliessdorn 8 weist einen ersten zylindrisch geformten Teil 8' auf, der an seinem dem Düsenring 2 zugekehrten Ende konisch mit abgerundeter Spitze ausgebildet ist. In einem zweiten mittleren Teil 8" ist der Schliessdorn 8 mit einem Trapezgewinde versehen, wel ches komplementär zum Trapezgewinde in der Lagerbüchse 4 ausgebildet ist und in dieses eingreift. Der dritte Teil 8"' des Schliessdornes 8 trägt ein Gewinde, auf welches eine Mutter 10 aufgeschraubt ist, sowie eine Scheibe 12, die im Durchmesser grösser als der Schliessdorn ist und am dem Düsenring 2 abgekehrten Ende desselben angeordnet ist. Zwischen der Scheibe 12 und einem mit dem Gehäuse 3 verbundenen Bügel 11 ist ein Spannorgan in Form einer Schraubenfeder 13 angeordnet, die einen Druck auf den Schliessdorn 8 in Richtung von dem Düsenring 2 weg ausübt.
Die Mutter 10 ist zur Begrenzung der achsialen Bewegung des Schliessdornes in der einen Richtung verstellbar und kann mit einer Stellschraube 15 blockiert werden. Sie weist eine umlaufende Ringnut 10' auf, in welche der Stift 6' des am Tragarm 18 angeordneten Arretierorganes 6 eingreift. Dieser Stift 6' wird durch die Feder 6" in die Nut 10' gedrückt, wobei die Federspannung mittels einer Überwurfmutter 6"' einstellbar ist.
Ferner ist am Bügel 11 eine Stellschraube 16 vorgesehen, die die achsiale Bewegung des Schliessdornes 8 in der anderen Richtung einstellbar begrenzt.
Der Düsenring 2 trägt an der von der Austritts öffnung der Misch- und Knetkammer abgekehrten konischen Innenfläche Führungselemente 9, die im Querschnitt keilförmig sind und mit der Spitze gegen die Austrittsöffnung der Misch- und Knetkammer 1 gerichtet sind. Diese Führungselemente 9 sind gleichmässig entlang des Umfanges der konischen Innenfläche angebracht und können gerade oder gebogen ausgebildet sein.
Das Messerrad 7 trägt eine Anzahl Messerarme 7' mit einstellbaren Messern 7". Die Messer 7" bewegen sich bei Rotation des Messerrades 7 an der ringförmigen Öffnung vorbei, welche durch den Düsenring 2 und den Schliessdorn 8 begrenzt wird.
Zu Beginn des Arbeitsprozesses befindet sich der Schliessdorn 8 in der in Fig. 1 gezeichneten Lage. Die Misch- und Kneteinrichtung nimmt die Arbeit auf und im Material in der Misch- und Knetkammer 1 baut sich ein Druck auf. Sobald dieser eine gewisse Grösse erreicht hat, wird der Stift 6' aus der Nut 10' entgegen der Wirkung der Feder 6" herausgedrückt und der Schliessdorn 8 bewegt sich, unterstützt durch die Feder 13, in eine geöffnete Stellung weg vom Düsenring 2. Diese Bewegung geht nicht nur rasch vor sich, sondern ist mit einer Drehbewegung des Schliessdornes 8 überlagert, was eine saubere Trennung der abgerundeten Spitze des Schliessdornes 8 vom gestauten Material bewirkt.
Diese kombinierte Längs- und Drehbewegung kommt durch das Trapezgewinde zustande, über welches der Schliessdorn 8 mit dem Gehäuse 3 bzw. der Lagerbüchse 4 verbunden ist.
Das Material fliesst nun durch die vom Düsenring 2 und vom Schliessdorn 8 begrenzte ringförmige Öffnung hinaus, wobei es durch die Führungselemente 9 in mehrere Stränge unterteilt, und, bei Bedarf, durch das rotierende Messerrad 7 zerschnitten wird.
Um die Schliesseinrichtung wieder in ihre Ausgangslage, das heisst in die geschlossene Stellung zu bringen, genügt es, den Schliessdorn 8 solange in Richtung zum Düsenring hin zu verschieben, bis der Stift 6' des Arretierorganes 6 wieder in die Nut 10' der Mutter 10 eingreift. Dies kann gegebenenfalls auch durch eine automatische Einrichtung geschehen.
Der zur Öffnung der Schliesseinrichtung benötigte Druck kann einesteils mittels der Vorspannung der Feder 6" des Arretierorganes 6, andernteils durch die Vorspannung der Feder 13 beeinflusst werden.
Die Mutter 10 wird so eingestellt, dass sie die Bewegung des Schliessdornes 8 in Richtung zum Düsenring 2 so begrenzt, dass zwischen dem konischen Ende des Schliessdornes 8 und der konischen Innenflache des Düsenringes 2 ein kleines Spiel bestehen bleibt, um die Gefahr des Verklemmens der beiden Konusse zu verhindern.
Um den Anforderungen gewisser Reaktionsprozesse zu genügen, können sowohl der Düsenring 2 als auch der Schliessdorn 8 heiz- oder kühlbar ausgebildet sein.
Die beschriebene Misch- und Kneteinrichtung weist die nachfolgenden besonderen Vorteile auf:
Es wird ein rasches und volles Öffnen erreicht bei ausgeglichener Druckverteilung. Die Schliesseinrichtung ist selbstreinigend und die Öffnungs-Stellung einstellbar.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Anpassung an die Forderung, dass die meisten Materialien nach Verlassen des Austritts der Misch- und Knetkammer in eine Anzahl Materialstränge aufgeteilt werden sollen, die dann je nach Erfordernis noch in Stücke geteilt werden müssen. Dies ist besonders beim Aufbereiten von gekneteten Mischungen aus härtbaren Kunststoffen aber auch bei Thermoplasten, wie z. B. Hart- und Weich-PVC, erforderlich.
Mixing and kneading device
On continuously working mixing and kneading machines that z. B. are used for chemical reaction processes or for the preparation of kneaded mixtures in the plastic, rubber or food industry, the lack of a simple, quickly effective and reliable locking device for the exit of the mixing and kneading chamber was felt to be disadvantageous. Such a closing device is necessary in and of itself to ensure that the mixing and kneading chamber is full when starting up so that the desired reaction can start, whereupon the outlet should be opened quickly without the reaction breaking off.
Previous attempts to solve this problem by means of a swivel flap, gate valve, adjusting ring or ball valve were only partially successful, namely once because it was not possible to prevent material from sticking to the closing body and, in addition, an asymmetrically shaped pressure wave formed when it opened quickly which often led to the start-up reaction breaking off in the mixing and kneading chamber. Even with throttle devices of a known type, as they are, for.
B. be used on screw presses, the problem could not be solved satisfactorily, because these devices are used for fine control of the working pressure in the mixing chamber and therefore, even if motor-driven with remote adjustment, not quickly enough from a closed position to a open position can be brought.
A mixing and kneading device is now proposed, with which the disadvantages outlined above should be overcome. The mixing and kneading device according to the invention has at least one screw shaft arranged in a mixing and kneading chamber and is characterized in that at the outlet of the mixing and kneading chamber there is a closing device arranged coaxially with the screw shaft, which is an axially displaceable and rotatable closing element has, which is under the action of a clamping element and eirtes locking element.
The closing device can preferably have a nozzle ring arranged coaxially with the worm shaft at the outlet opening and a locking pin arranged coaxially with the worm shaft, interacting with the nozzle ring and mounted in a housing with an outlet opening.
An embodiment of the subject of the invention is shown in the accompanying drawings, namely show:
1 shows a cross section through the part of the mixing and kneading device provided with the closing device,
2 shows a cross section through a nozzle ring with straight guide elements and
3 shows a cross section through a nozzle ring with curved guide elements.
The proposed device has a housing 17 which encloses a mixing and kneading chamber 1 in which a screw shaft 14 is arranged. At the outlet of the mixing and kneading chamber 1, a nozzle ring 2 is flanged coaxially to the worm shaft 14. This nozzle ring 2 has a cylindrical bore which is conically widened on both sides.
A housing 3 is flanged to the nozzle ring 2 and has an outlet opening 3 '. Furthermore, the housing 3 has a cylindrical seat for a bearing bush 4, a flat support surface for a motor 5 and a support arm 18 for a locking element 6. The bearing bush 4 is fixed at one end by an annular nut 4 'in the housing 3 and at the other end carries a rotatable knife wheel 7 driven by the motor 5. Furthermore, the bearing bush 4 has two cylindrical bearing surfaces on the inside for receiving a locking mandrel 8 and is between the two bearing surfaces with a provided steep trapezoidal thread.
The locking pin 8 has a first cylindrically shaped part 8 'which is conical with a rounded tip at its end facing the nozzle ring 2. In a second central part 8 "of the locking mandrel 8" is provided with a trapezoidal thread which is complementary to the trapezoidal thread in the bearing bush 4 and engages in it. The third part 8 "'of the locking mandrel 8 has a thread on which a nut 10 is screwed on, as well as a disk 12, which is larger in diameter than the locking pin and is arranged at the end of the same facing away from the nozzle ring 2. A tensioning element in the form of a helical spring 13 is arranged between the disk 12 and a bracket 11 connected to the housing 3, which tension member exerts a pressure on the locking mandrel 8 in the direction away from the nozzle ring 2.
The nut 10 is adjustable in one direction in order to limit the axial movement of the locking pin and can be blocked with an adjusting screw 15. It has a circumferential annular groove 10 'in which the pin 6' of the locking member 6 arranged on the support arm 18 engages. This pin 6 'is pressed into the groove 10' by the spring 6 ", the spring tension being adjustable by means of a union nut 6" '.
Furthermore, an adjusting screw 16 is provided on the bracket 11, which limits the axial movement of the locking pin 8 in an adjustable manner in the other direction.
On the conical inner surface facing away from the outlet opening of the mixing and kneading chamber, the nozzle ring 2 carries guide elements 9, which are wedge-shaped in cross-section and are directed with the tip towards the outlet opening of the mixing and kneading chamber 1. These guide elements 9 are attached uniformly along the circumference of the conical inner surface and can be straight or curved.
The knife wheel 7 carries a number of knife arms 7 'with adjustable knives 7 ″. When the knife wheel 7 rotates, the knives 7 ″ move past the annular opening which is delimited by the nozzle ring 2 and the locking mandrel 8.
At the beginning of the work process, the locking pin 8 is in the position shown in FIG. 1. The mixing and kneading device takes up work and a pressure builds up in the material in the mixing and kneading chamber 1. As soon as this has reached a certain size, the pin 6 'is pushed out of the groove 10' against the action of the spring 6 "and the locking pin 8, supported by the spring 13, moves into an open position away from the nozzle ring 2. This movement not only happens quickly, but is superimposed with a rotary movement of the locking pin 8, which causes a clean separation of the rounded tip of the locking pin 8 from the jammed material.
This combined longitudinal and rotary movement is brought about by the trapezoidal thread via which the locking pin 8 is connected to the housing 3 or the bearing bush 4.
The material now flows out through the annular opening delimited by the nozzle ring 2 and the locking mandrel 8, whereby it is divided into several strands by the guide elements 9 and, if necessary, is cut by the rotating knife wheel 7.
In order to bring the locking device back into its starting position, that is to say in the closed position, it is sufficient to move the locking pin 8 in the direction of the nozzle ring until the pin 6 'of the locking element 6 engages in the groove 10' of the nut 10 again . If necessary, this can also be done by an automatic device.
The pressure required to open the closing device can be influenced partly by the bias of the spring 6 ″ of the locking element 6, and partly by the bias of the spring 13.
The nut 10 is set so that it limits the movement of the locking mandrel 8 in the direction of the nozzle ring 2 so that there is a little play between the conical end of the locking mandrel 8 and the conical inner surface of the nozzle ring 2 to avoid the risk of the two jamming To prevent cones.
In order to meet the requirements of certain reaction processes, both the nozzle ring 2 and the locking pin 8 can be designed to be heatable or coolable.
The mixing and kneading device described has the following special advantages:
A quick and full opening is achieved with a balanced pressure distribution. The locking device is self-cleaning and the opening position is adjustable.
Another important advantage is the adaptation to the requirement that most materials, after leaving the outlet of the mixing and kneading chamber, are to be divided into a number of strands of material which then have to be divided into pieces as required. This is particularly important when preparing kneaded mixtures of curable plastics, but also with thermoplastics, such as. B. hard and soft PVC, required.