CH630285A5

CH630285A5 - Vorrichtung zum kontinuierlichen mischen fliessfaehiger materialien.

Info

Publication number: CH630285A5
Application number: CH869377A
Authority: CH
Inventors: Paul Meyer
Original assignee: Frenkel Ag C D
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1982-06-15
Also published as: JPS5818139B2; DE2731301C2; FR2358191A1; DD132051A5; DE2731301A1; IT1079297B; JPS5320171A; AU512327B2; CA1074780A; FR2358191B1; AU2702377A; US4184772A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Materialien können entweder allein oder mit Pulvern bzw. Pudern, Flüssigkeiten oder Gasen versetzt sein und auch eine hohe Viskosität haben, wie z.B. viskoelastische Materialien wie Gummi.

Es sind kontinuierlich arbeitende Mischmaschinen vorgeschlagen worden, die einen Rotor und ein Gehäuse enthalten; dabei weisen der Rotor eine äussere schraubenförmige Nut und das Gehäuse eine innere schraubenförmige Nut auf, die gegenläufig zu der Nut des Rotors sowie koaxial zu diesem angeordnet ist. Die durch einen schraubenlinienförmig verlaufenden Steg gebildeten Nuten bilden Mischzonen, in denen sich die Nut in dem einen Bauteil, beispielsweise Rotor, auf einer erforderlichen axialen Länge von ihrer vollen Querschnittsfläche auf die Querschnittsfläche Null reduziert. Während sich die Nut in dem anderen Bauteil, beispielsweise dem Gehäuse, von der Querschnittsfläche Null auf ihre volle Querschnittsfläche ändert, und umgekehrt. Beim Betrieb einer solchen Mischvorrichtung wird das in einem Bauteil am Einlass dieses Mischbereiches oder dieser Mischstufe zu transportierende Material schichtweise von dem einen Bauteil (dem «Geber») zu dem anderen Bauteil (dem «Nehmer») transferiert bzw. überführt, in den das gesamte Material dann gebracht worden ist, wenn es das Ende dieses Mischabschnittes erreicht; dadurch wird dieses Material schichtweise während dieser Überführung gemäss den Bedingungen der Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen gemischt und bearbeitet.

Für zwei nacheinander angeordnete Mischabschnitte ändern sich die Rollen des «Gebers» und «Nehmers» für den einzelnen Bauteil. Der Rotor beginnt dabei wie üblich in einem Gehäuse mit zylindrischem Querschnitt mit einem Beschickungsabschnitt, an den sich in einem Mischungsabschnitt die «Geber»-Nut für die am Gehäuseteil befindliche «Nehmer»-Nut anschliesst. Im zweiten Mischabschnitt ist dann der «Geber» die Nut am Gehäuseteil, während sich die «Nehmer»-Nut am Rotor befindet. Die Vorrichtung enthält somit in jedem Mischabschnitt je einen Scher- oder Mischteil, so dass das zu bearbeitende Gut aufeinanderfolgend beim Durchgang durch die Vorrichtung bearbeitet wird, bevor es dieselbe durch einen Extrusionskopf oder eine andere Auslasseinheit verlässt.

Wenn die Nuten in den «Geber»- und «Nehmer»-Ab-schnitten mit gegenläufiger Steigung ausgelegt sind, beispielsweise ein linksgängier bzw. linksläufiger Nutengang in dem einen Teil und ein rechtsläufiger bzw. rechtsgängiger 30 Nutengang in dem anderen Teil, so führt die relative Drehung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse zu einem Transport des aufgegebenen Materials in Vorwärtsrichtung in den beiden schraubenlinienförmigen Nuten oder Kanälen. Gleichzeitig erfolgt eine Scherbearbeitung des Materials. Je-35 der Mischabschnitt kann auch als «Doppelschrauben- bzw. Doppelschnecken-Extruder» betrachtet werden, in dem der äussere (Gehäuse) Nutengang um den inneren Nutengang am Rotor gewickelt ist, wobei die beiden Nutengänge auf das Material einwirken, und es über den zwischen Stegen am 40 Gehäuse und am Rotor befindlichen Schlitz transportieren.

Im Gegensatz zu der vorstehend geschilderten bekannten Vorrichtung kann bei einem Extruder-Mischsystem mit einem Rotor mit schraubenlinienförmigen Kanälen, der sich in einem zylindrischen Gehäuse dreht, eine Mischung und 45 eine Scherbearbeitung nur dadurch hervorgerufen werden, dass Spalte in die Schrauben- bzw. Schneckengänge eingeführt und/oder örtlich die Leckströmung, beispielsweise über jeden zweiten Steg eines Schneckengangs, erhöht werden. Dadurch ergibt sich eine Mischung und Scherbearbeitung so nur in relativ schmalen Zonen mit hoher Intensität; darüber hinaus läuft diese Mischung auf Kosten der Strömungskomponente in Vorwärtsrichtung ab. Um also ein bestimmtes Ergebnis mit einer gewissen Gleichmässigkeit zu erreichen, sind für diese «Rückströmungs»-Systeme hohe Verhältnisse 55 Länge/Durchmesser erforderlich; ausserdem ist die Anwendung dieser Systeme im allgemeinen sehr begrenzt, da die Gefahr von Überhitzungen, von örtlichen heissen Stellen und ähnlichen nachteiligen Effekten besteht, die sich trotz hochentwickelter Temperatursteuerungen nicht vermeiden 6o lassen.

Bei den bekannten Doppelschneckenextrudern wirken zwei Rotoren zusammen und können an der Schmalstelle des Gehäuses die Scherkräfte und/oder die Materialübertragung und/oder eine verstärkte Förderung in Vorwärts-65 richtung erzeugen. In Abhängigkeit davon, ob diese Schnek-ken tatsächlich miteinander in Eingriff sind, ergibt sich bei diesen Systemen eine sehr starke Förderung in Vorwärtsrichtung. Soll jedoch ein bestimmtes Gesamtergebnis mit einer

gewünschten Homogenität bzw. Gleichmässigkeit erreicht werden, so ist wegen des örtlichen Ablaufs der Misch- oder Scherwirkung ein relativ hohes Verhältnis Länge/Durchmesser erforderlich; ausserdem sind solche Doppelschneckensysteme im Vergleich mit einem einzigen Rotor mechanisch äusserst komplex und damit aufwendig und kompliziert.

Bei der Anwendung der eingangs geschilderten bekannten Vorrichtung mit Nuten bzw. Stegen am Rotor und am Gehäuse haben sich jedoch Nachteile ergeben, die insbesondere bei der Bearbeitung oder Aufbereitung und Extrusion von Gummimischungen oder Kunststoffmaterialien, aber auch bei ähnlichen Arbeitsgängen in der Verfahrenstechnik ganz allgemein und insbesondere bei den sogenannten «Erdindustrien» auftreten können. Diese Nachteile sind nicht auf schwerere, stärker viskose Materialien beschränkt, obwohl sie sich bei fliessfähigeren Materialien nicht so leicht bemerkbar machen.

Kontinuierliche Gummimischer oder Mischer-Extruder werden bekanntlich entweder kalt oder warm beschickt; bei der Kaltbeschickung ist das zugeführte Material sehr steif, praktisch ein Festkörper; bei der Warmbeschickung ist das zugeführte Material hoch viskos, obwohl es üblicherweise in bezug auf Zusammensetzung und Viskosität nicht homogen ist. In beiden Fällen lässt sich das zugeführte Material praktisch nicht zusammendrücken und «fliesst» nicht, so dass in einem Mischabschnitt die beiden Maschinenbauteile keine Kompressionskräfte ausüben dürfen, die zur einer übermässigen Erwärmung ohne eine entsprechende Scherbearbeitung oder Mischwirkung führen würden. Deshalb haben die Nutengänge an dem Rotor und dem Gehäuse im allgemeinen den gleichen Steigungs- bzw. Schrägungswinkel; ausserdem weisen sie die gleiche Zahl von schraubenlinienförmigen Kanälen parallel in jedem Abschnitt auf. Üblicherweise beginnt ein Rotor beispielsweise einen Einzelgang (einen einzigen, durch einen Schneckengang definierten Kanal) in dem Beschickungsabschnitt; während der Querschnitt und/oder der Schraubenwinkel des Rotors abnimmt, um das zugeführte Material in bezug auf möglicherweise mitgerissene Luft zusammenzudrücken, wird der Steigungswinkel in dem ersten Mischabschnitt im wesentlichen bis zu dem Punkt, an dem dieser schraubenlinienförmige Kanal verschwindet, auf dem gleichen Wert gehalten. In dem Gehäuse könnten zwei oder vier parallele Schneckengänge (Zwei- oder Vier-Gang-Schnecken) angeordnet sein; diese Schneckengänge würden wiederum praktisch den gleichen Schneckenwinkel über den gesamten ersten und zweiten Mischabschnitt beibehalten. In dem zweiten Mischabschnitt könnte der Rotor als Zweioder Viergang-Schnecke in Abhängigkeit von dem Anwendungsfall, jedoch immer auf dem gleichen Steigungswinkel zwischen 30 und 40°, beginnen. Aus geometrischen Gründen begrenzt ein solcher Steigungswinkel die Zahl von Stegen bzw. Nuten der «anwendbaren» Querschnittsform auf ein Maximum von acht.

In bezug auf die «anwendbare» Querschnittsform hat die Erfahrung gezeigt, dass in der ersten Mischsektion die Breite des schraubenlinienförmigen Kanals, insbesondere in dem «Nehmer»-Bauteil, nicht ein bestimmtes Maximum übersteigen sollte, damit kalte oder weniger gemischte und stärker viskose Klumpen vermieden werden können, die sich sogar mit sehr viel mehr als einem folgenden Mischabschnitt nicht mehr beseitigen lassen, wenn sie einmal entstanden sind.

Geometrische Überlegungen für die Benutzung von Kanälen bestimmter Breite mit gleichen Schraubenwinkeln sowohl in dem «Geber» als auch in dem «Nehmer» haben gezeigt, dass die Zahl von schraubenlinienförmigen, parallelen Kanälen (die Zahl der Gänge einer Schraube) für jeden solchen Winkel begrenzt ist. Die Zahl der Gänge bzw. An3 630 285

schnitte wird jedoch um so grösser, je grösser der Schneckenwinkel ist, d.h. je mehr er sich einem Winkel von 90° nähert, wenn es sich um mehrere parallele Keilwellennuten bzw. Schiebekeile bzw. Nutenwellen in dem Rotor oder dem Ge-5 häuse handelt.

Eine zusätzliche Anforderung ist, dass das Verhältnis Tiefe/Breite eines jeden Kanals für die Bedingungen des Transportes in Vorwärtsrichtung nicht zu gross werden darf, damit das durch Scherbearbeitung am Scherteil überführte io Material in jedem Kanal gehalten werden kann.

Aufgrund der obigen Bedingungen hat sich in der Praxis folgendes gezeigt:

A. Die Mischung/Bearbeitung bzw. Aufbereitung oder die Anforderungen an kompliziertere Kaltbeschickungs-Ex-15 trusionen, wie beispielsweise die Extrusion von zähen bzw. harten bzw. festen Massen oder die Abschlussmischung und die Extrusion in einem Arbeitsgang auf Vorrichtungen mit kleinerem Durchmesser, führten zwangsläufig zu einer grösseren Zahl von Mischabschnitten;

20 B. es ist schwierig, Mischer-Extruder, insbesondere kaltbeschickte Vorrichtungen, massstabsgerecht zu vergrössern, während gleichzeitig die Leistungen beibehalten werden, die sich mit Maschinen mit kleinerem Durchmesser erreichen lassen.

25 Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, um die Nachteile bekannter Ausführungen zu vermeiden, beispielsweise für kaltbeschickte Mischer-Extruder für Gummi, und um insbesondere bei hoher Qualität des Extrudates mit einer Vorrichtung 30 mit einem kleinen Verhältnis Länge/Durchmesser, wie es bei einer Bauweise mit zwei Scherungs- oder Mischabschnitten oder -zonen gegeben ist, hohe Durchsatzeinheiten in bezug auf den Schneckendurchmesser zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 de-35 finierten Massnahmen gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 umschrieben.

Vorzugsweise liegt der Steigungswinkel der Stege am Gehäuse komplementär zum Steigungswinkel der Stege am Ro-40 tor vor.

Auf diese Weise ist es möglich, Betriebsvorteile bei niedrigen Verhältnissen Länge/Durchmesser zu realisieren, wie beispielsweise eine geringe Temperaturschwelle des mechanisch bearbeiteten Materials mit dem Erreichen der ge-45 wünschten hohen Gleichmässigkeit sogar gegen geringen oder gar keinen Austrittswiderstand. Es kann dadurch eine etwa notwendige grössere bzw. stärkere Bearbeitung bei der Eingabe durch einfache Drosseleinrichtungen erreicht werden, um einen erforderlichen unteren Energieeingabewert so ohne Verlust der Gleichmässigkeit, ohne Gefahr einer Überhitzung und ohne Bedarf an zu starke Kühlung und komplexe Temperatursteuerung zu erzielen.

Ferner ist es möglich, sich dem adiabatischen Betrieb für jede erforderliche «Bearbeitung» zu nähern, damit die Vor-55 richtungen mit höheren Drehzahlen laufen können und sich dadurch höhere Durchsätze erreichen lassen; ausserdem wird z.B. der mechanische Aufbau der Vorrichtung vereinfacht, wodurch die Kosten in bezug auf mechanische Untersetzungsgetriebe und Heiz- oder Kühleinrichtungen gesenkt 6o werden können.

Weiterhin kann die Vorrichtung in bezug auf ihre wesentlichen Abmessungen, wie beispielsweise Länge und Durchmesser (konstantes Verhältnis Länge/Durchmesser) ohne Verlust der wünschenswerten Eigenschaften mit zuneh-65 mender Grösse vergrössert werden, sowie unter Berücksichtigung der Scherungszonen eine Unterteilung herbeigeführt werden, die z.B. für die Anforderungen an die Mischung und Verarbeitung bzw. Aufbereitung ausreichend ist.

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Gemäss einer Ausführungs form der Vorrichtung hat z. B. der Nehmer-Bauteil für den Fall eines Mischabschnittes, bei dem der Geber-Bauteil einen Steg mit einem Steigungswinkel a < 45° hat, im wesentlichen den komplementären Steigungswinkel 90°-a. Da der Transport des Materials in einem schraubenlinienförmigen Kanal, soweit er durch den Steigungswinkel beeinflusst wird, proportional zu dem Produkt sin a x cos a ist, wird der Transportfaktor'gleich für die beiden Bauteile, während die Zahl der Gänge in dem Nehmer grösser sein kann als die in dem Geber.

Wird beispielsweise als «Geber» ein Rotor mit einem Steigungswinkel von 32°30' für den eingängigen Steg verwendet, dem ein Beschickungsabschnitt folgt, so könnte ein «Nehmer»-Gehäuse mit dem gleichen Steigungswinkel ein Maximum von acht Stegen haben. Bei einem komplementären Steigungswinkel von 57°30' kann er jedoch ein Maximum von weit über dreissig Stegen haben, wobei er z.B. bis zu der gleichen effektiven Querschnittsfläche wie der «Geber» hinaufgeht, um keine zu starke Kompression hervorzurufen.

Bei einer massstabsgerechten Vergrösserung müssen die tatsächlichen Abmessungen der Querschnitte der Nuten einer kleineren Vorrichtung nicht zwangsläufig exakt bei einer grösseren Vorrichtung reproduziert werden. Zum Beispiel nimmt bei den Bedingungen für die massstabsgerechte Vergrösserung für Gummimaschinen, bei der für alle Grössen die Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren gleich ist, d.h. die Drehzahl proportional zu dem Rotordurchmesser verringert werden muss, die Verweilzeit mit der Grösse der Vorrichtung zu. Wenn also beispielsweise eine Vorrichtung mit einem Durchmesser von 120 mm ein Gehäuse mit zu Beginn zwanzig Stegen hätte, so müsste eine Vorrichtung mit einem Durchmesser von 250 mm, also näherungsweise dem doppelten Durchmesser, nicht notwendigerweise zu Beginn vierzig Stege haben, sondern es könnten beispielsweise auch zwei-unddreissig Stege für die Anwendung bei der Plastifizierung ausreichen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht z.B. die notwendigen Unterteilungen für die Aufrechterhaltung der Qualität mit zunehmendem Durchmesser mit unterschiedlichen Vergrösserungsfaktoren, beispielsweise für einen Rotor mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, der eine Durchsatzrate liefert, die mit der dritten Potenz des Durchmessers zunimmt, wie es bei weniger viskosen Materialien der Fall ist. Gegenüber den bekannten eingangs geschilderten kontinuierlich arbeitenden Mischern ist z. B. in vorteilhafter Weise die Ausnutzung erhöht, und zwar sowohl in bezug auf Mischaufgaben mit grösserem Schwierigkeitsgrad für Vorrichtungen mit kleinerem Durchmesser als auch in bezug auf einen gewissen Leistungsstandard bei massstabsgerechten Vergrösserungen geometrisch ähnlicher, wesentlicher Abmessungen.

Als Drosseleinrichtungen können herkömmliche Arten, wie beispielsweise Unterbrecherplatten oder Siebplatten bzw. Sperrpackungen, für die stufenweise Einstellung des Strömungswiderstandes oder kontinuierlich einstellbare Nadelventileinrichtungen verwendet werden, die mit einer axialen Relativbewegung für die Regulierung arbeiten. Gemäss den Ansprüchen 4 bis 6 lässt sich auch während des Betriebes eine kontinuierliche Einstellung erzielen.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, dabei zeigen:

Fig. 1 zum Vergleich einen Rotor einer bekannten Schnecke in Seitenansicht,

Fig. 2 bis 4 je einen Rotor einer Schnecke in Seitenansicht,

Fig. 5 bis 8 je ein Gehäuseteil eines Schneckenextruders im Längsschnitt,

Fig. 9 und 10 je einen Nutenquerschnitt des Gehäuseteils von Fig. 8,

5 Fig. 11A und 11B je einen kontinuierlich einstellbaren Drosselflansch im Schnitt bzw. in einer Seitenansicht und Fig. 12A und 12B je einen weiteren kontinuierlich einstellbaren Drosselflansch im Schnitt bzw. in einer Seitenansicht.

io Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist der Hauptteil eines Rotors 1 einer Schnecke einen Eintrittsabschnitt 2, einen Kompressionsabschnitt 3 in einem zylindrischen Gehäusebereich (nicht dargestellt), einen ersten Scherungsabschnitt oder Scherteil 4 und einen zweiten Scherungsabschnitt oder 15 Scherteil 5 auf, die einem der beiden in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Seherungsabschnitte von Gehäusen angepasst werden können und Mischabschnitte darstellen; ausserdem ist noch ein herkömmlicher Austrittsabschnitt 6 in einem zylindrischen Gehäuse (nicht dargestellt) vorgesehen.

20 Durch die Abschnitte 2 bis 4 erstreckt sich schrauben-bzw. wendeiförmig ein durchgehender Steg 7, der einen einzigen, d.h. durchgehenden schraubenlinienförmigen Kanal 8 bildet, dessen Querschnittsfläche sich im ersten Scherungsabschnitt 4 auf null verringert. Der Kanal 8 kann auch als Nut 25 bezeichnet werden, die von den schraubenförmigen Windungen des Steges 7 begrenzt wird. Im Scherungsabschnitt 4 liegt ein durch den Kamm des Steges 7 gebildeter konischer Mantel vor. Im zweiten Scherungsabschnitt 5 und im Austrittsabschnitt 6 ist die Schnecke mittels Stegen 9 zweigängig 30 ausgebildet, durch welche schrauben- bzw. wendeiförmige Kanäle 10 dieser Abschnitte gebildet sind, deren Querschnittsfläche vom Beginn des Scherungsabschnittes 5 ausgehend von null an zunimmt.

Nach Fig. 2, in der gleiche Bezugszeichen für die gleichen 35 Teile von Fig. 1 vorüegen, ist zusätzlich im ersten Scherungsabschnitt 4 ein zweiter Steg 11 vorgesehen, der allmählich vom Grund des Kanals 8 ansteigt und die beiden schraubenlinienförmigen Kanäle 12 bildet.

Von seinem Anstieg her ist ein Teil des Steges 11 zu-40 nächst als ein Teilsteg ausgebildet, bevor er gleiche Höhe und Form wie der Steg 7 annimmt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3, bei der wiederum gleiche Bezugszeichen für die gleichen Teile wie in Fig. 1 vorliegen, sind drei Teilstege 13 vorgesehen, die vom Boden 45 oder Grund des Kanals 8 im ersten Scherungsabschnitt 4 ansteigen. Die Form der Stege 13 ändert sich allmählich so, dass vier schraubenlinienförmige Kanäle oder Nuten 14 für den letzten Teil des Scherungsabschnittes 4 gebildet werden. Im zweiten Scherungsabschnitt 5 sind zusätzlich zu den so beiden ursprünglichen Stegen 9 zwei weitere Stege 15 vorgesehen, die zusammen vier schraubenlinienförmige Kanäle oder Nuten 16 bilden. Sowohl die Stege 9 und 15 als auch die Kanäle 16 erstrecken sich gleichlaufend und parallel zueinander.

55 Am Ende des zweiten Scherungsabschnittes 5 enden die beiden Stege 15 relativ abrupt, und der Austrittsabschnitt 6 weist nur die beiden schraubenlinienförmigen Kanäle 10 auf.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 mit ebenfalls gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile wie in Fig. 1 sind sieben 60 zusätzliche Stege 17 vorgesehen, die im ersten Scherungsabschnitt 4 ansteigen, um acht schraubenlinienförmige Kanäle oder Nuten 18 zu bilden. Es kann dadurch eine Unterteilung des ursprünglichen einen Kanals 8 in die acht schraubenlinienförmigen Kanäle 18 erreicht werden. Der erste zusätzli-65 che Steg 17 beginnt in der Nähe der vorderen Kante des Steges 7 kurz nach dem Beginn des ersten Scherungsabschnittes 4, kurz danach folgen der zweite Steg 17 sowie nacheinander die weiteren Stege 17. Dadurch wird die Materialströmung,

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die vor der vorderen Kante des Steges 7 zusammengedrückt wird, während sie an der hinteren Kante des Steges 7 locker bzw. lose und klumpig bzw. in Stückform vorliegen kann, in komprimierter Form über den Kanal 8 verteilt sowie das Material zu schraubenlinienförmigen Kanälen in einen Stator getrieben, wie er nachfolgend noch beschrieben wird.

Im zweiten Scherungsabschnitt 5 bilden acht Stege 19 acht schraubenlinienförmige Kanäle oder Nuten 20 in gleicher Weise aus und reduzieren sich dann ziemlich abrupt, so dass der Austrittsabschnitt 6 nur noch die Stege 9 aufweist.

In Fig. 5 ist ein Gehäuseteil 31 eines Schneckenextruders dargestellt, das den Scher- oder Mischteil der Schnecke umgeben kann und das mit dem Einlassabschnitt 2, dem Kompressionsabschnitt 3 und dem Austrittsabschnitt 6 des Rotors 1 (siehe Fig. 1) verbunden sein kann. Drei schraubenlinienförmige Stege 32 an der Innenwand des Gehäuseteils 31 bilden ein dreigängiges Innengewinde mit drei schraubenlinienförmigen Kanälen 33 mit einem Verhältnis Breite/Tie-ge, das sehr viel grösser als eins ist, und mit einer Querschnittsform, die z.B. für den Transport von Gummi bzw. Kautschuk vorteilhaft ist; dabei kann für die Stege 32 ein Steigungswinkel von 32°30' verwendet werden. Gehäuseteile mit einem derartigen Steigungswinkel der Stege wurden bisher jedoch zusammen mit einem Rotor verwendet, der ähnliche Steigungswinkel für seine Stege aufwies. Wie oben erwähnt, ist der Steigungswinkel der Stege 32 jedoch komplementär zum Steigungswinkel der Stege am Rotor.

Nach Fig. 6 mit gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile wie in Fig. 5 sind acht Stege 34 vorgesehen, die ein achtgängiges Innengewinde mit acht schraubenlinienförmigen Kanälen 35 mit dem gleichen Steigungswinkel von 32°30' wie in der Ausführungsform nach Fig. 5 bilden. Es lässt sich erkennen, dass nicht mehr als acht Kanäle parallel aufgenommen werden können, während gleichzeitig die gleiche Querschnittsfläche wie in Fig. 5 verwendet wird, falls nicht das Verhältnis Breite/Tiefe des maximalen Kanalquer-•• schnittes (in der Zeichnungsebene betrachtet) unter eins verringert wird.

In Fig. 7 mit ebenfalls gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile wie in Fig. 5 bilden zwölf Stege 36, die jedoch nun auf einem komplementären Steigungswinkel 90-32° 30', d.h. 57°30', liegen, eine zwölfgängige schraubenförmige Kanalstruktur 37, die zusammen mit einem der Rotoren 1 nach den Fig. 2 bis 4 verwendet werden kann. Es lässt sich erkennen, dass der neue, komplementäre Steigungswinkel es möglich macht, analog zu der Ausführungsform nach Fig. 5 ein grosses Verhältnis Breite/Tiefe für den maximalen Querschnitt der Kanäle zu verwenden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 mit wiederum gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile wie in Fig. 5 bilden zwanzig Stege 38 mit einem Steigungswinkel von 57°30' eine 20gängige schraubenlinienförmige Kanalstruktur 39. Das Verhältnis Breite/Tiefe des maximalen Querschnittes ist ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 6 näherungsweise 1, während wegen des komplementären Steigungswinkels die Zahl der Stege und damit Kanäle um das 2,5fache erhöht wird.

Aus fertigungstechnischen Gründen, unabhängig davon, ob die Fertigung durch Giessen oder durch maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung erfolgt, ist es z.B. vorteilhaft, wenn die Zahl der Gänge durch vier teilbar ist, d.h. der zu der Mittellinie senkrechte Schnitt sollte symmetrisch um zwei rechtwinklige Achsen sein.

Wird z.B. der bekannte Rotor 1 nach Fig. 1 mit einem der Statorgehäuseteile nach Fig. 5 bis 8 kombiniert, so können Kreuzungsstellen der Stege pro Flächeneinheit der Sche-rungsabschnitte in einer Dichte erreicht werden, die grösser ist als z.B. bei der Kombination des achtgängigen Innengewindes am Gehäuseteil 31 nach Fig. 6 mit Rotoren, deren Stege Steigungswinkel aufweisen, die denjenigen im Gehäuse annähernd gleich sind.

Mit dieser, durch die komplementären Steigungswinkel s erreichten grösseren Dichte der Steg-«Schneidpunkte» und dadurch der Unterteilung der Ströme wird z.B. ein sehr wesentlicher Fortschritt in bezug auf die Schwierigkeit der Mischaufgaben erreicht, die durchgeführt werden können. So ist es beispielsweise ohne die Verwendung der Merkmale io nach der vorliegenden Erfindung ganz unmöglich, die letzte Mischung plus die Extrusion der Kautschukmasse in der Form von nutzbaren Reifenlaufflächen in einem Durchgang zu erreichen, wenn man mit Kugeln bzw. Pellets aus einer Russ-Grundmischung beginnt, die vorher mit vulkanisieren-i5 den Chemikalien in Pulverform vermischt oder vordosiert worden sind. Das Gleiche gilt für die Mischung/Aufbereitung von pulverförmigem Kautschuk bzw. Gummi mit Russ, Füllern bzw. Streckmitteln und vulkanisierenden Chemikalien in einem Durchgang. Diese Feststellungen beziehen 20 sich auf das Erreichen eines qualitativ hochwertigen Resultates auf einer Vorrichtung vorgegebener Grösse mit einem Durchsatz, der für diese Grösse charakteristisch ist, im Gegensatz zu Resultaten mit untypisch kleinen Ausgabeleistungen, die auf Maschinen mit kleinem Durchmesser mit ver-25 schiedenen herkömmlichen Mischern/Extrudern im wesentlichen mit zylindrischen Gehäusen erreicht werden können; denn es ist praktisch unmöglich, solche Vorrichtungen in wesentlich grösserem Massstab zu «kopieren».

In Fig. 11 ist ein Flansch 50 in einer Schnittansicht 30 (Fig. IIA) und in einer seitlichen Schnittansicht (Fig. IIB) dargestellt. Dieser Flansch 50 wird an dem Ende des Gehäuses installiert, d.h. zwischen dem Auslassflansch des Gehäuses, der bündig mit dem Ende des Rotors enden kann, und dem Extrusionskopf, der Schneideinrichtung oder einer 35 anderen Auslassvorrichtung.

Der Endabschnitt 51 des Drosselorgans weist eine parallele, zylindrische Bohrung mit einem kleineren Durchmesser als die Auslassbohrung des Gehäuses auf, wodurch eine feste Begrenzung bzw. Verengung erreicht wird, die sich auf unge-40 fähr 60% des Auslassquerschnittes des Gehäuses beläuft. Der Einlassabschnitt 52 des Drosselflansches hat eine konische Bohrung, die den Enddurchmesser des Drosselflansches gleich dem des Gehäuses macht; dadurch wird eine gewisse Kontinuität mit einem Extrusionskopf erreicht, dem das Ge-45 häuse direkt angepasst wird.

Das Drosselelement 53 kann in seiner einfachsten Form eine Schraube mit relativ feinem Gewinde 54 sein, so dass sich unter Druck eine Abdichtung gegen den Kautschuk ergibt; wenn die Schraube beispielsweise aus Stahl hergestellt so wird, würde sie beispielsweise in einer Messinghülse (nicht dargestellt) montiert, um eine Bindung zu vermeiden. Sowohl das Drosselelement 53 als auch der Flansch 50 können mit Bohrungen bzw. Nuten versehen sein, so dass ein Heiz-/ Kühl-Medium auf herkömmliche Weise in Umlauf durch 55 diese Teile geführt werden kann.

Das Drosselelement 53 hat ein kugelförmiges Ende 55 mit dem gleichen Radius wie die Bohrung des Endabschnittes 51 des Drosselventils, so dass sich eine enge Passung ergibt, wenn das Drosselelement vollständig eingeführt wor-6o den ist. In diesem Fall wird die Strömung des Mediums auf zwei symmetrisch angeordnete Segmente 56 des Strömungsquerschnittes begrenzt. Für einen Kaltbeschickungs-Kau-tschukextruder kann die kombinierte Fläche dieser Segmente weniger als 5% der Querschnittsfläche der Austrittsboh-65 rung des Gehäuses betragen, wobei sich immer noch eine befriedigende Laufflächenextrusion ergibt, die fünfmal so gross wie die Breite der Bohrung des Gehäuses ist, wie Versuche gezeigt haben.

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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 12A und 12B weist der Drosselflansch 60 eine geradlinige, durchgehende Bohrung 61 mit dem gleichen Durchmesser wie die Auslassbohrung des Gehäuses auf.

Vier Drosselelemente 62 sind symmetrisch auf radialen Achsen angeordnet; jedes Drosselelement 62 hat eine konische Spitze 63. Die durchgezogenen Linien zeigen die Drosselelemente in der vollständig eingeführten Stellung, während die gestrichelten Linien die Drosselelemente in der vollständig zurückgezogenen Stellung zeigen. In dem zuletzt erwähnten Fall hat die maximale Öffnung dann Kreuzform, die an den äusseren Enden durch Keile 64 begrenzt ist, die in den kleinen Segmenten angebracht sind, die durch die zylindrischen Teile der Drosselelemente definiert werden, wenn diese vollständig eingeführt worden sind. Obwohl diese Keile nicht unbedingt erforderlich sind, handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform, weil sich die beste bzw. meiste Steuerung dann durchführen lässt, wenn die Drosselelemente ziemlich weit eingeführt worden sind, so dass in dem anderen Fall die vier offenen Segmente eine zu grosse Quer-schnittsfläche für die Strömung freilassen.

Damit eine vorher bestimmte Strömungsmenge über die gesamte Bohrung verteilt werden kann, können halbkreisförmige oder anders geformte Nuten 65 in den konischen Enden der Drosselelemente vorgesehen sein, so dass diese im geschlossenen Zustand die Wirkung einer Unterbrecherplatte erzeugen.

Im Vergleich mit der Ausführungsform nach Fig. 11, bei der nur ein einziges Drosselelement verwendet wird, ist bei dieser Ausführungsform nach Fig. 12, bei der vier Drosselelemente vorgesehen sind, eine sehr viel kleinere radiale Bewegung der Drosselelemente zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung erforderlich. Da bei der Einstellung, nach einer bevorzugten Ausführungsform während des Be-5 triebs, das Drosselelement in einen Kautschukstrom unter Druck eindringen muss, können grosse Kräfte auftreten. Deshalb wird aus mechanischen Gründen eine Schraube mit einer relativ feinen Steigung ausgewählt, damit eine grosse Zahl von Drehungen und damit eine längere Zeitspanne er-io forderlich ist, um bei der Ausführungsform mit einem einzigen Drosselelement eine äquivalente Wirkung wie bei der Ausführungsform mit vier Drosselelementen zu erzeugen.

Dabei gilt die folgende Beziehung: Je mehr Drosselelemente eingebaut werden, umso schneller lässt sich die Vor-15 richtung einstellen und umso gleichmässiger sind die Öffnungen für die gedrosselte Strömung über den Strömungsquerschnitt verteilt, wodurch sich eine bessere Strömung in dem Extrusionskopf ergibt.

Die Drosselwirkung kann umso wirkungsvoller ablaufen, 20 je mehr die Strömung in dem vorhergehenden Mischabschnitt oder den Abschnitten unterteilt worden ist. Wenn nur sehr wenige Unterteilungen oder praktisch gar keine vorgenommen worden sind, wie es bei einem herkömmlichen Extruder der Fall ist, so führt diese Drosselung zu einer 25 «Rückströmung» in den Schneckennuten, die sich gegen die angestrebte gleichmässige Behandlung auswirkt.

Wie bereits erwähnt, kann auch umgekehrt im Mischabschnitt der Steigungswinkel für die Stege am Gehäuse im Bereich von 0 bis 45° und derjenige der Stege am Rotor im Be-30 reich von 45 bis 90° hegen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen fliessfähi-ger Materialien, mit einem Gehäuse und mit einem koaxial im Gehäuse angeordneten Rotor, wobei in einem Mischabschnitt die Innenwand des Gehäuses und die Aussenwand des Rotors mit durch Stege gebildeten Nuten versehen sind, die sich kreuzen, und wobei die Querschnittsfläche der Nuten der Innenwand sich entgegengesetzt zu deq'enigen der Nuten am Rotor ändert, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischabschnitt (4, 5; 31) die Summe der Steigungswinkel der Stege (32,34, 36, 38) am Gehäuse (31) und der Stege (7,11, 13,19) am Rotor (1) mindestens angenähert 90° beträgt, wobei der eine Steigungswinkel im Bereich von 90 bis 45° liegt, wenn der andere Steigungswinkel im Bereich von 0 bis 45° liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Steigungswinkel der Stege (7,11, 13,19) am Rotor (1) und derjenigen (32, 34, 36, 38) am Gehäuse (31) gleich 90° ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31) mehr als acht Stege (36, 38) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kontinuierlich verstellbare Drosselvorrichtung (50,53;

s 60, 62) für die Strömung der gemischten Materialien.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselvorrichtung (50, 53; 60, 62) mindestens ein Element (53; 62) aufweist, das zur Verkleinerung der Öffnung radial in eine Verlängerung (50) des Gehäuses beweg-

lo bar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, radial bewegbare Elemente (62) zur Verkleinerung der Öffnung und damit zur entsprechenden Reduzierung des Durchflusses vorhanden sind.

15 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischabschnitt (4, 5; 31) der Steigungswinkel der Stege (32, 34, 36, 38) am Gehäuse (31) im Bereich von 45 bis 90° und der Steigungswinkel der Stege (7,11,13,19) am Rotor (1) im Bereich von 0 bis 45° liegen.