CH633990A5

CH633990A5 - Vorrichtung zum kontinuierlichen mischen von materialien.

Info

Publication number: CH633990A5
Application number: CH874577A
Authority: CH
Inventors: Paul Meyer
Original assignee: Frenkel Ag C D
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1983-01-14
Also published as: IL52506A0; CA1077922A; DE2731438C2; IL52506A; IN148237B; US4136969A; JPS5818138B2; JPS5310169A; SE7708044L; IT1079296B; DD132171A5; SE427740B; ATA510277A; AT369316B; FR2358189A1; DE2731438A1; AU2702577A; AU507061B2; BR7704638A; FR2358189B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss Oberbe-40 griff des Anspruchs 1.

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

45 Es sind kontinuierliche Mischmaschinen vorgeschlagen worden, die einen Rotor und ein Gehäuse enthalten; dabei weist der Rotor einen äusseren Schneckengang und das Gehäuse einen inneren Steggang auf, der gegenläufig zu dem Schneckengang des Rotors sowie koaxial zu diesem ist. Dabei so kann einer der Gänge einen Teil einer Einzugszone bilden, während die beiden folgenden Gänge eine Mischzone bilden; auf einer gegebenen axialen Länge ändert sich der Gang in einem der Bauteile (z.B. im Rotor) von einer vollen Querschnittsfläche der Nut näherungsweise auf die Querschnittsflä-55 che Null der Nut, während sich der Gang des anderen Bauteils (z.B. des Gehäuses) näherungsweise von dem Querschnitt Null der Schneckennut zu einem vollen Querschnitt der Nut ändert, und umgekehrt für eine etwa folgende Mischzone. Dadurch wird das Medium, das sich in der Eintrittszone in der Nut des 60 einen Bauteils befindet, vom Anfang der Mischzone ab kontinuierlich schichtweise von der Nut des einen, des «Geber»-Bauteils in die Nut des anderen, des «Nehmer»-Bauteils transferiert, also bewegt, bis gegen Ende der Mischzone der grösste Teil des oder der gesamte Mediumfluss in die Nut des anderen 65 Bauteils überführt worden ist und dabei mit einer Intensität, die der relativen Bewegung zwischen den beiden Bauteilen entspricht, kontinuierlich schichtweise — ohne Auslass oder Mehrfachwirkung — gemischt und bearbeitet worden ist.

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Wegen dieser Wirkungsweise kann man eine solche Mischzone auch als Kombination des Überführens und Mischens bezeichnen.

Die grundsätzliche Mischwirkung einer solchen Mischzone hängt jedoch nicht von einer relativen Rotation zwischen den beiden Bauteilen ab, sondern wirkt auch bei zu einander stationären Bauteilen, wenn das Medium durch sie gepumpt oder auf andere Weise transportiert wird.

So kann, zum Beispiel, eine Mischzone durch ein System von schneckenförmigen Leitflächen in einem Durchgang mit grundsätzlich kreisringförmigem Querschnitt gebildet werden, durch den das Medium zum Wärmeaustausch durch die oder mit den Wänden des Durchgangs gepumpt wird; dabei wirken dann die schneckenförmigen Leitflächen als Sekundär-Wärme-austauschwände. In einem solchen Wärmetauscher kann das Medium auch eine Flüssigkeit oder ein Gas, gegebenenfalls pudertragend, sein, und beim Durchfluss können Aggregat-zustandsveränderungen des Mediums stattfinden.

Demnach kann die eingangs geschilderte Misch-Vorrichtung allgemeiner definiert werden als:

eine kontinuierliche Mischvorrichtung mit einem äusseren Bauteil mit einer inneren Wirkungsfläche, die einen Steggang bildet, und mit einem inneren Bauteil mit einer äusseren Wir-kungsfläche die einen Steggang bildet, der eine andere Steigung als der Steggang der inneren Wirkungsfläche hat, aber koaxial zu diesem verläuft; diese Gänge liegen einander gegenüber und bilden einen Durchgang für ein zu mischendes Medium, wobei die Hüllfläche der Kante oder Krone des inneren Stegganges einen ausreichend kleinen Abstand zu der Hüllfläche der Kante oder Krone des äusseren Schneckenganges hat oder damit zusammenfällt; die Querschnittsfläche der Nuten in den gegenüberliegenden Gängen ändern sich auf einer bestimmten Länge des Mischdurchgangs in entgegengesetztem Sinne zwischen je einem minimalen und einem maximalen Wert. Wenn das Medium durch den Mischdurchgang bewegt wird, werden seine Schichten nacheinander zwischen den gegenüberliegenden Nuten, die als «Geber» und «Nehmer» dienen, transferiert und erfahren dabei zumindest eine Änderung ihrer Flussrichtung und ihrer relativen Lagen im Gesamt-fluss des Mediums.

Die Misch-Vorrichtung kann ganz allgemein als eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Anwendung einer Flächen- oder einer Kanten-Wirkung auf einen Mengenfluss eines Mediums angesehen werden, um schrittweise eine Zustandsgrösse dieses Mengenflusses mit vorbestimmter Gleichförmigkeit zu ändern.

In diesem Sinne ist der Wärmeaustausch ein Beispiel für eine Oberflächenwirkung. Die Anwendung von Scherkräften ist, in Abhängigkeit von der Konsistenz des Mediums, ein Beispiel für eine Kantenwirkung oder eine kombinierte Kanten- und Flächen-Wirkung. Zum Beispiel bei der Plastifika-tion einer Gummimischung-als kalter Feststoff findet zuerst eine Scherwirkung zwischen einander kreuzenden Stegkanten der beiden Bauteile statt. Bei der Scherbearbeitung eines zähflüssigen Mediums ergibt sich eine kombinierte Kanten- und Flächenwirkung, indem zusätzlich zu der Scherwirkung die Kante des einen Stegganges die Nut des anderen Stegganges überquert und die Scherbeanspruchung, die von der Adhäsion an den Oberflächen herrührt, durch das Medium selbst übertragen wird. In einem solchen Fall werden die Verhältnisse Breite/Tiefe der Nuten zu einem Faktor bei der Anwendung der Scherbeanspruchung des Mediums und damit, unter anderem, bei der Pumpwirkung einer rotierenden Misch-Vorrichtung auf das Medium.

Ein Mengenfluss wird als die Gesamtheit der Flüsse in beiden Bauteilen in jedem Querschnitt der Misch-Vorrichtung definiert, der vielfach grösser ist als der Teil (die Schicht) des Flusses, der bei diesem Querschnitt gerade von einem Bauteil in den anderen transferiert und dabei der intensivsten Bewegung ausgesetzt wird. Unter anderen Eigenschaften unterscheidet sich diese Misch-Vorrichtung dadurch von anderen Mahlwerken, zum Beispiel Kolloid-Mühlen, in denen der bearbeitete Fluss im wesentlichen identisch mit dem gepumpten Gesamtfluss ist.

Ordnet man Misch-Vorrichtungen der Reihe nach hintereinander an, kann man die erforderliche Intensitäten der Kanten» oder Flächenwirkungen auf einen Mengenfluss erzielen oder einen Mengenfluss einer Reihe von verschiedenen Wirkungen nacheinander aussetzen, und zwar jeweils mit einer Gleichförmigkeit, die von der jeweiligen Geometrie bestimmt wird. Als eines von vielen Beispielen kann ein Gummi- oder Plastik-Mischextruder angeführt werden, bei dem Plastifika-tion oder Schmelzwirkung in einer oder mehreren Mischzonen geliefert werden, mit Scherwirkung und Wärmetausch, und mit Mischwirkung und Druckaufbau für Extrusion in diesen oder folgenden Mischzonen. Ein weiteres Beispiel einer Kantenwirkung wäre chemisches Kontaktieren mit einem Katalysator, wobei der Katalysator beispielsweise in Form eines Drahtes an einer oder beiden Schneckenkanten angebracht sein kann.

Die Flächen- und Kantenwirkungen werden so bezeichnet, weil ihre Intensität ein Maximum an der Fläche oder Kante der direkten Anwendung ist und diese Intensität mit zunehmendem Abstand inRichtung in den Mengenfluss hinein abfällt. Die kantenumhüllende Rotationsfläche, durch die in einer Misch-Vorrichtung die Überführung des Mediums von dem einen in den anderen Bauteil stattfindet, wird durch die Kronen oder Kanten der einander kreuzenden Steggänge unterteilt. Je mehr Steggänge in einem oder beiden Bauteilen vorhanden sind, desto kleiner sind die Unterteilungen der «Überführungs-Fläche», und desto gleichförmiger wird deshalb die Anwendung der Kanten- oder Flächenwirkungen.

Es gibt jedoch Grenzen für eine Erhöhung der Anzahl an Steggängen in jedem Bauteil, weil jeder Steggang aus Festigkeitsgründen eine Minimalkronenbreite haben muss, und zwar je nach Anwendung; und je mehr Nuten für den Mengenfluss geboten werden, desto enger ist jede einzelne Nut, bis die Flussverhältnisse beeinträchtigt werden und es auch rein geometrisch nicht weiter geht. In den Fällen, bei denen die relative Rotation zwischen den Bauteilen die Pumpwirkung liefert, das heisst, bei allen Extrudern, ergibt sich bei Nuten mit zu kleinen Verhältnissen von Breite/Tiefe eine mangelnde Übertragung der Scherbeanspruchung in die Tiefe der Nuten, so dass dort Stauungen oder Rückflüsse auftreten. In einer nicht-rotierenden Misch-Vorrichtung kann der Widerstand gegen die Pumpwirkung zu gross werden.

Die extremen Tiefen der Schneckennuten ergeben sich in einer Misch-Vorrichtung an entgegengesetzten Enden der Mischzone in jedem Bauteil, was aber den Effekt einer solchen Begrenzung durch eine Überzahl an Steggängen nicht weniger wirksam macht.

Solche begrenzenden Wirkungen werden anhand von Misch-Vorrichtungen mit grösseren Abmessungen leicht verständlich, die von kleineren Versionen hochgerechnet worden sind, die für die jeweiligen Zwecke genügten.

Wenn zum Beispiel der Durchmesser und die Länge wie auch die Tiefe der kreisringförmigen Durchgänge einer Misch-Vorrichtung verdoppelt werden, wird die Überführungs-Fläche vervierfacht. Wenn man dabei die Anzahl der Steggänge in jedem Bauteil gleich lässt, wie es einer geometrischen Ver-grösserung entspricht, so wird dadurch die Anzahl der Unterteilungen der Überführungs-Fläche pro Flächeneinheit auf den vierten Teil herabgesetzt.

Wenn andererseits auch die Anzahl der Steggänge in jedem Bauteil verdoppelt wird, dann wird die Zahl der Unterteilungen der Überführungsfläche pro Flächeneinheit wieder auf

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den gleichen Wert gebracht wie in der kleineren Misch-Vorrichtung, aber das Verhältnis Breite/Tiefe der einzelnen Nuten wird halbiert. Das führt dann zu dem oben angedeuteten Verlust an gepumptem Durchsatz oder zu einer allgemeinen Erschwerung der Durchflusseigenschaften.

Die obigen Betrachtungen erklären Schwierigkeiten, die bei der Vergrösserung von Misch-Einheiten, besonders in Anwendung als Kaltzufuhr-Extruder, beobachtet worden sind, sowie auch die Begrenzung in der Leistung von kleineren Misch-Einheiten in dieser und anderen Anwendungen. Solche Begrenzungen sind aber nicht nur bei hochviskosen Medien vorhanden, sondern treten auch bei fliessfähigeren Medien auf; sie werden zwar vielleicht nicht als solche betrachtet, sondern eher als Möglichkeiten für Verbesserungen, die bisher noch nicht realisierbar waren.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, z.B. in Form eines Schneckenextruders, die die Nachteile bekannter Ausführungen vermeidet und mit welcher insbesondere die Gleichmässigkeit, d.h. der gleichmässige Effekt, bei der Anwendung von Kanten* und/oder Flächen-Wirkungen vergrössert werden kann, wie sie durch die Zahl der Unterteilungen der Übergangs-Fläche angedeutet wird, ohne dass sich der Mengenfluss des Mediums durch ungünstige Verhältnisse von Breite/Tiefe der einzelnen Nuten verringert. Ferner wird angestrebt, dass die unter Aufrechterhaltung der gewünschten Gleichmässigkeit bzw. Einheitlichkeit, d.h. Qualität wie es durch die Unterteilung pro Flächeneinheit der Transferfläche angedeutet wird, in ihren Hauptabmessungen geometrisch vergrössert werden kann, ohne dass sich eine disproportionale Verringerung des Mengenflusses durch ungünstige Verhältnisse Breite/Tiefe von einzelnen Schneckennuten ergibt.

Schliesslich wird die Eignung für Gummi- und Plastikextruder, insbesondere mit Kaltbeschickung, angestrebt, mit denen eine Plastifizierung und/oder eine Aufschmelzung mit niedrigen Verhältnissen Länge/Durchmesser (L/D) auch für solche Medien erreicht werden kann, die bisher nur in Extrudern mit hohen L/D-Verhältnissen und in Einschnecken-Mischern teilweise überhaupt nicht verarbeitet werden konnten, ohne dass die Gefahr von allgemeiner oder örtlicher Überhitzung auftrat. Insbesondere für solche Anwendungen sollen Vergrösserungen ermöglicht werden, ohne dass Verluste an Qualität und Durchsatz auftreten. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 umschrieben.

Dabei können Ringteile so zusammengebaut werden, dass der Rotor oder das Gehäuse unterteilt sein können.

Bei kontinuierlichen Mischern, bei denen die Gehäuse oder Rotoren aus Ringteilen zusammengebaut sind, kann jeder Ring eine andere Zahl von Steggängen haben; die Änderung der Zahl der Steggänge längs der Misch-Vorrichtung lässt sich z.B. durch die Reihenfolge der Ringe erreichen.

Weiterhin kann jeder Ring zusätzlich zur unterschiedlichen Zahl von Steggängen eine andere Steigung der schraubenlinienförmig verlaufenden Stege haben.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform, bei der sich am Anfang der Mischzone die Anzahl der Steggänge auf dem Rotor mehr als verdoppelt, beginnt z.B. ein erster zusätzlicher Steggang, dem mindestens ein zweiter zusätzlicher Steggang folgt, bis eine gewünschte Zahl von zusätzlichen Steggängen erreicht ist, wodurch das fliessende Medium in der ursprünglichen Nut unterteilt und auch über ihre Breite verteilt bzw. unter Druck gesetzt wird.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 einen Kaltbeschickungs-Gummiextruder mit zwei Mischzonen im Schnitt;

Fig. 2 einen Rotor einer Mischvorrichtung im Schnitt;

Fig. 3 den Gehäuse-Einsatz der Misch-Vorrichtung nach 5 Fig. 1 im Schnitt;

Fig. 4 einen Rotor mit zwei Überführungszonen in abgewickelter schematischer Darstellung;

Fig. 5 einen Gehäuse-Einsatz für Misch- und Überführungszonen in abgewickelter schematischer Darstellung; io Fig. 6 die abgewickelten Darstellungen von Fig. 4 und 5 übereinandergelegt; und

Fig. 7 einen Gehäuseeinsatz mit einer Reihe von separaten Ringteilen in abbewickelter schematischer Darstellung.

In dem Kaltbeschickungs-Extruder von Fig. 1 ist der Ro-15 tor 21 einer Schnecke auf übliche Weise in einem Gehäuse 22 montiert. Dieses hat eine Beschickungsöffnung 23 und einen Austrittsflansch 24; sowohl Rotor 21 wie Gehäuse 22 sind mit üblichen Heiz- und Kühlvorrichtungen ausgerüstet. An den Austrittsflansch 24 können bekannte Austrittsvorrichtungen, 20 wie z.B. ein Extrusionskopf, ein Siebpack, ein Pelletisierkopf oder fixierte Schneidemesser, angeschlossen werden.

Der Rotor 21 umfasse eine Beschickungs- und Kompressionszone 25, in welcher die Schnecke mittels eines Steges 27 2j eingängig ausgebildet ist, der bis zu einer ersten Überführungszone A führt. In einer Austragszone 26 ist die Schnecke mittels Stegen 28 zweigängig ausgebildet, die auf eine zweite Überführungszone B folgen. Die Kompressionszone 25 und die Austragszone 26 befinden sich in zylindrischen Bohrungen 30 des Gehäuses 22. Die Beschickungszone 25 kann mit bekannten Vorrichtungen zur Unterstützung des Vorwärtstranspor-tes versehen sein, wie z.B. Längsrillen im Gehäuse usw.

In der ersten Überführungszone A liegt im Gehäuse 22 ein Einsatz 29 vor, der an seiner Innenfläche einen ersten Ab-35 schnitt mit zwanzig schraubenlinienförmigen Nuten 30 und einen zweiten Abschnit mit zehn schraubenlinienförmigen Nuten 31 besitzt. In der zweiten Überführungszone B folgen ein Abschnitt mit zehn schraubenlinienförmigen Nuten 32 und ein Abschnitt mit zwanzig schraubenlinienförmigen Nu-40 ten 33, wie auch in Fig. 3 gezeigt. Die Anzahl der Stege in den einzelnen Abschnitten ist am unteren Teil von Fig. 1 eingetragen.

Der Rotor 21 ist in der ersten Überführungszone A in einem ersten Abschnitt zunächst mittels eines Steges 34 als 45 eingängiger Schneckenteil und dann mittels weiteren Stegen 38 als viergängiger Schneckenteil 35 ausgebildet. Die Stege 38 verlaufen in einem zweiten Abschnitt bis zu der Stelle, an welcher die Nuten mit dem Querschnitt Null am Ende der Zone A auslaufen. In der Zone B beginnt der Rotor 21 mit so einem Abschnitt mit Stegen 36 als viergängiger Schneckenteil und endet mit einem Abschnitt mit Stegen 37 als zweigängiger Schneckenteil, die über das Ende der Zone B als die Stege 28 der Austragezone 26 weiterlaufen.

Die Zahl der durch die Stege gebildeten Schneckengänge 55 für den Rotor 21 und der Nuten für das Gehäuse ändert sich somit auf komplementäre Weise über die Länge jeder Zone A und B.

Der erste Abschnitt von Zone A des Rotors 21 zeigt den allmählichen Aufbau vom eingängigen zum viergängigen 60 Schneckenteil 35, der nahe der Druckkante des eingängig verlaufenden Steges 34 beginnt. In der durch den eingängig verlaufenden Steg 34 gebildeten Nut beginnen in der Zone A nebeneinander aufeinanderfolgend versetzt weitere Stege 38, die mit fliessendem Übergang vom Nutengrund allmählich volle 65 Steghöhe erreichen. Hierdurch wird eine Stauung des noch nicht plastifizierten Kautschuks verhindert, die eintreten würde, wenn die drei zusätzlichen Stege 38 auf gleicher Höhe und mit weniger sanften Übergängen beginnen würden.

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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Rotors 21, in der die mit Fig. 1 gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen haben. In der Überführungszone A beginnen sieben Stege 38' nebeneinander aufeinanderfolgend versetzt in der ursprünglich durch den eingängig verlaufenden Steg gebildeten Nut und bilden einen achtgängigen Schneckenteil 39 bis zum Ende der Zone A. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 1 verringern sich die Nuten des achtgängigen Schneckenteils 39 nicht auf den Querschnitt Null, sondern nur auf einen Mindestwert, und vergrössern sich in der Zone B wieder zu einem achtgängigen Schneckenteil 41. Im zweiten Abschnitt der Zone B läuft jeder zweite Steg 38' aus, und es verbleiben viergängig verlaufende Stege 42 bis zum Ende der Zone B. Danach verbleiben durch weiteres Auslaufen jedes zweiten Steges zweigängig verlaufende Stege 43 der Austragszone 26. Die Anzahl der Stege in den verschiedenen Abschnitten ist am unteren Teil von Fig. 2 angegeben.

Beim Gebrauch wird eine unvulkanisierte Gummimischung in Form von Streifen, Brocken (Pellets) oder Puder in die Beschickungsöffnung 23 eingeführt und durch den Rotor 21 zur ersten Zone A geführt, wobei eine Kompression zwecks Entlüftung erfolgen kann.

Beim Eintritt in die Zone A werden die äussersten Schichten des Mediumflusses im Rotor 21 in die zwanzig Nuten 30 des Einsatzes 29 überführt, die in diesem Abschnitt tiefer werden, bis sie ein Verhältnis Breite/Tiefe von ungefähr 1 (in der Ebene der Zeichnung gesehen) erreicht haben. Während dieser Überführung werden diese Schichten unterteilt und durch die Rotation des Rotors 21 gegenüber dem Gehäuse 22 einer Scherung unterworfen, wodurch Plastifizierung des eingegebenen Materials erfolgt. In den seichten, d.h. flacheren Nuten erfolgt ausgesprochener Vorwärtstransport infolge der vorgenannten Rotation. Durch die Nuten 30 werden an deren Stegkronen 20 Überschneidungspunkte für eine Scherung geschaffen.

In der Nut des Rotors 21 dringt der beginnende Steg 38 in der Nähe der Druckkante des ursprünglich eingängig verlaufenden Steges 27 in den Gummifluss, unterteilt das bis dahin kaum plastifizierte Material und verdrängt es auch über die Nut, wie es im weiteren die beiden anderen beginnenden Stege 38 tun. Dadurch wird der Vorwärtsfluss in der Nut nicht aufgehalten, sondern zur Unterdruckseite der ursprünglichen Nut verteilt, wo, je nach dem ursprünglichen Füllungsgrad, noch Raum zum Ausfüllen frei sein kann.

Nach dem Beginn der drei Stege 38 fliesst das Material in den vier durch die Stege 35 gebildeten Nuten, die von ihren niedrigsten Stellen mit einem Verhältnis Breite/Tiefe von ungefähr Eins beginnend volle Tiefe erreichen, wodurch ein guter Vorwärtstransport gewährleistet wird.

Während der Entwicklung der Vorrichtung nach der Erfindung wurden zunächst drei auf gleicher Höhe am Anfang der Zone A beginende Stege 34 getestet, die jedoch den Durchsatz stark reduzierten. Das gleiche geschah, wenn ein zusätzlicher Steg in der Mitte der ursprünglichen Nut und die beiden weiteren später in der Mitte der so entstandenen zwei Nuten begonnen wurden. Dieses führte zu treppenartig verschobenen Anfangslagen der zusätzlichen Nuten für den Fall der Plasti-fikation von Gummi. Entsprechendes ergibt sich für das Aufschmelzen von Plastics, muss aber nicht für ein Medium sein, welches die Zone A schon in relativ gut fliessfähigem Zustand erreicht.

Gegenüber den viergängig verlaufenden Stegen 35 im zweiten Abschnitt von Zone A sind dann die zehngängig verlaufenden Stege 31 angeordnet, die durch Wegfallen jedes zweiten Steges der zwanziggängig verlaufenden Stege entstanden sind und dadurch zu Anfang wieder eine grössere Nutenbreite als Tiefe haben, d.h., die günstigere Bedingung für den Vorwärtstransport. Wie ersichtlich, ergeben sich auf dem

Umfang in der Zone A 4 x 10, d.h. vierzig Überschneidungsstellen der Stegkronen und somit «Schneidepunkte» für eine Scherwirkung. Dadurch wird sowohl eine gute Gleichförmigkeit bei der Anwendung der Scherarbeitarbeit und auch ein 5 guter Verwärtstransport erreicht. Am Ende der Zone A sind alle Schichten des Gummiflusses aus der Nut des Rotors in die dort zehn Nuten des Gehäuses überführt und dabei zu einer Gleichförmigkeit bearbeitet worden, die hauptsächlich durch die über die Überführungsfläche verteilte Anzahl der io «Schneidepunkte» bestimmt wird, je mehr «Schneidepunkte», umso gleichförmiger.

Analog ergibt sich für die Zone B wegen der Änderungen der Anzahl Gänge der Stege, dass es 4 x 10, d.h. 2 x 20 und somit vierzig «Schneidepunkte» gibt, die auch dort die Gleich-15 förmigkeit der Scherbearbeitung zu einem gewissen Grade gewährleisten.

Mit dem Rotor der Fig. 2 anstelle des viergängigen Rotors der Fig. 1 wird die Anzahl der «Schneidepunkte» in jedem Querschnitt: 4 x 20 = 8 x 10 = 10 x 8 = 20 x 4 = 80 für 20 alle Teile der Zone A und B, wobei der erste Abschnitt der Zone A des Rotors im wesentlichen als eine viergängige Schnecke angesehen werden kann.

Es wurde experimentell festgestellt, dass für eine Einheit mit einem Rotordurchmesser von nur 82 mm (ab Zone B), in 25 der sich auf andere Weise als vorstehend geschildert achtzig «Schneidepunkte» pro Umfang mittels eines Gehäuseeinsatzes mit zwanzig Stegen und einem viergängigen Rotor für 4 x 20 = 20 x 4 = 80 «Schneidepunkte» pro Umfang erreichen lassen, die Extrusionsresultate für eine über 50% na-30 turkautschukhaltige Mischung bedeutend schlechter waren. Bei Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung ergab sich eine mehr als 50%ige Erhöhung des Durchsatzes von schon ausreichend glatt extrudierten Laufstreifen von weniger als 400 kg/st auf 630 kg/st bei einer Temperatur des Extru-35 dates, die mehr als 5° niedriger war, obwohl die Schneckengeschwindigkeit von 86 auf 108 U.p.M. gesteigert werden konnte.

Die Zahl der «Schneidepunkte» pro Umfang dient innerhalb gewisser Grenzen dazu, Vorrichtungen von gleichem 40 Durchmesser von einander zu unterscheiden. Für Vorrichtungen mit verschiedenen Grössen ist es vorteilhafter, eine «Unterteilungslänge des Umfanges» als charakteristische Grösse zu nehmen. Zum Beispiel ergeben sich für 80 «Schneidepunkte» in dem Umfang einer Vorrichtung mit 45 82 mm Durchmesser dafür 3,24 mm. Diese Unterteilungslänge des Umfangs gibt einen Anhaltspunkt zwecks Erzielung einer gleichwertigen Leistung in einem grösseren Kaltbe-schickungs-Extruder, zumindest für die Plastifizierzone A.

Fig. 4 zeigt einen Rotor 50 mit einem Beschickungsab-50 schnitt mit einem eingängig verlaufenden Steg 51, der nach dem Anfang der Zone A in achtgängig verlaufende Stege 52 mit stufenweisem bzw. versetztem Anfang 53 übergeht, wie es für Figuren 1 und 2 beschrieben wurde. In einem weiteren Abschnitt der Zone A unterteilen sich die achtgängigen Stege 55 durch gleichmässig verteilte Verdoppelung der Gänge in sechszehngängige Stege 54 und in einem dritten Abschnitt nochmals in zweiunddreissiggängige Stege 55, entsprechend der reduzierenden Nuttiefen entlang Zone A.

In der Zone B beginnen die zweiunddreissiggängigen 6o Stege 56 an der Stelle, an welcher die Nuten die Tiefe Null haben. Die Zahl der Stege beträgt dann die Hälfte, d.h. sechzehn Stege 57 und halbiert sich nochmals zu acht Stegen 58 bis zum Ende der Zone B, wobei dann zweigängige Stege 59 in der Austragszone auslaufen.

65 In Fig. 5 besitzt ein entsprechender Gehäuse-Einsatz 60 am Anfang der Zone A vierziggängig verlaufenden Nuten 61 von praktisch Tiefe Null beginnend, im zweiten Abschnitt in zwanziggängige Nuten 62 und danach zehngängige Nuten zum

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Ende der Zone A hin. In der Zone B sind umgekehrt zuerst die zehngängig verlaufenden Nuten 64 von maximaler Nutentiefe angeordnet, gefolgt von den zwanziggängig verlaufenden Nuten 65 und den vierziggängigen Nuten 66, deren Nutentiefe auf Null abnimmt.

Fig. 6 stellt Figuren 4 und 5 übereinandergelegt dar und zeigt, dass ausser bei den achtgängigen Stegen des Rotors am Angang von Zone A, wo die «Schnittstellen» von vierzig auf dreihundertzwanzig pro Umfang anwachsen, die restlichen Zonen A und B jeweils dreihundertzwanzig «Schnittstellen» pro Umfang aufweisen und zwar mit Nuten, die mit wachsender Tiefe breiter werden und umgekehrt zwecks Aufrechterhaltung der Bedingungen für gutes Vorwärtspumpen.

Unter Verwendung der vorstehend bestimmten «Unterteilungslänge» von 3,24, berechnet man den Umfang der Vorrichtung mit dreihundertzwanzig «Schnittstellen» pro Umfang für dieselben geometrischen Plastifikationsbedingungenzu 320 x 3,24 = 1036,8 mm und den Durchmesser zu 330 mm.

Wenn man in Betracht zieht, dass Gummi-Extruder meistens mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit für alle Grössen gefahren werden, so dass die Verweilzeit mit der Grösse proportional zunimmt, so bewirkt dieser Faktor, dass effektiv eine grössere Vorrichtung gebaut werden kann, die dann die gleiche Plastifikationsqualität liefert wie die Vorrichtung mit 82 mm Durchmesser mit der Grösse entsprechendem Durchsatz.

Fig. 7 zeigt schematisch fünf separate Ringe 71,72,73, 74 und 75, die zusammengesetzt werden, um einen Gehäuse-Einsatz 70 zu bilden. Diese werden, wie Einsatz 60, in ein Gehäuse eingebaut, wobei die Einzelringe mit dem Gehäuse oder miteinander verriegelt werden können zwecks Aufnahme des Drehmoments, das durch das Medium während des Gebrauchs ausgeübt wird.

Ring 71 hat von der Tiefe Null ausgehende 40gängig verlaufende Nuten 76 mit Steigungswinkel 68°, Ring 72 20gän-gig verlaufende Nuten mit Steigungswinkel 59°, Ring 73 lOgängig verlaufende Nuten 78 mit Steigungswinkel 50° und die Ringe 74 und 75 haben jeweils lOgängig verlaufende Nuten 79 und 80 mit Steigungswinkeln von 59° bzw. 68°.

Daraus ergibt sich, dass man je nach der Art der Flächenwirkung, die auf den Mengenfluss anzuwenden ist, beispielsweise Scherwirkung bei einem Medium, dessen Viskosität mit der Plastifikation schnell abnimmt, eine Änderung des Steigungswinkels in Richtimg auf 45°, den Winkel der grössten Pumpwirkung (sin 45° x cos 45° ist ein Maximum), hin ver-5 wenden kann, um die Nuten mit einem reduzierten Maximalwert zu bauen und dadurch zusätzlich das Verhältnis Breite/ Tiefe kleiner zu halten.

Im Gehäuse-Einsatz 70 hat die Transfermix-Zone B nur lOgängig verlaufende Nuten, jedoch mit schrittweise verän-jo dertem Steigungswinkel von Ring zu Ring. Entsprechend könnte man zusammen damit einen Rotor verwenden, der in der plastifizierenden Transfermix-Zone A eine Geometrie für 320 «Schnittstellen» pro Umfang und der in der Transfermix-Zone B eine Geometrie für 80 «Schnittstellen» pro Um-15 fang hat, um eine weniger intensive Bearbeitung des schon plastifizierten Mediums durchzuführen.

Ähnlich wie bei den Gehäuse-Einsätzen können auch Rotoren aus Ringen zusammengesetzt werden, die dann die Schnecken auf ihren Aussenseiten haben und auf eine Achse 20 zusammengepasst sind und mit dieser oder miteinander zur Übertragung des Drehmoments verkeilt werden.

Die Herstellung von Rotoren oder Gehäuse-Einsätzen aus Einzelringen ist besonders für grössere Einheiten von Vorteil, 25 da solche Ringe einfacher und insbesondere mit kleineren Werkzeugmaschinen herzustellen sind, was leicht die nötige Mehrbearbeitung wegen des Zusammenpassens und der Dichtung aufwiegen kann.

Weiterhin kann man dann Rotoren und Gehäuse-Einsätze 30 von verschiedenen Vorrichtungen aus normierten Ringen ab Lager herstellen.

Beim Zusammenbau von Vorrichtung mit Einzelringen kann man diese auch in verschiedenen Winkelpositionen anordnen, so dass möglicherweise kontinuierliche Steg- bzw. 35 Schneckengänge unterbrochen und mehr oder weniger symmetrisch angeordnet sind. Wenn die Gänge derartig unterbrochen angeordnet sind, werden zusätzliche strömungsspal-tende Eigenschaften in die Wirkungsweise eingeführt. Diese könnten auch bei Transfermix-Bauteilen eingebaut werden, 40 die ursprünglich nicht aus Ringen bestehen, sondern in einem Stück gefertigt wurden.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von fliess-fähigen Materialien, mit einem Gehäuse und mit einem im Gehäuse angeordneten Rotor, wobei die Innenfläche des Gehäuses und die Aussenfläche des Rotors mit Nuten bildenden, schraubenlinienförmig verlaufenden Stegen versehen sind, wobei die Grössen der Querschnittsflächen der Nuten des Rotors und des Gehäuses sich entgegengesetzt zueinander ändern, dadurch gekennzeichnet dass sich längs einer Mischzone die Anzahl der Stege (34, 38, 35, 36, 37) des Rotors (21) entgegengesetzt zur Änderung der Grösse der Querschnitte der schraubenlinienförmig verlaufenden Nuten (30, 31,32,33) des Rotors (21) ändert und sich die Anzahl der Stege des Gehäuses (22) entgegengesetzt zur Änderung der Grösse des Querschnittes der Nuten des Gehäuses (22) ändert und dass Nuten mit grösserer Querschnittsfläche eine grössere Tiefe als Nuten mit kleinerer Querschnittsfläche haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischzone durch den angetriebenen Rotor (21) und das stationäre Gehäuse (22) gebildet ist, die gegenläufige Steggänge besitzen, wobei der Rotor (21) einen eingängig verlaufenden Steg (27) gegenüber einer Eintrittsöffnung (23) zum Gehäuse (22) aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege des Rotors (21) und des Gehäuses (22) in der Mischzone gegenläufig sind, und dass die Anzahl einander gegenüberliegender Stege an jedem Querschnitt der Mischzone ein konstantes Produkt bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor oder das Gehäuse in der Mischzone durch Ringe (71,72, 73,74,75) unterteilt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (71,72,73,74, 75) relativ zueinander so gegen Verdrehung gesichert sind, dass die Stege unterbrochen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe aufeinanderfolgend mit voneinander verschiedener Anzahl von Stegen vorliegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe voneinander verschiedene Gangzahlen und verschiedene Steigungswinkel der Stege aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Anfang der Mischzone auf dem Rotor (21) mindestens zwei zusätzliche, schraubenlinienförmig verlaufende Stege (38, 38') vorliegen, die in der durch einen eingängig verlaufenden Steg (27; 34) gebildeten Nut allmählich ansteigend beginnen, wobei der Anfang des einen nahe der Druckkante des eingängigen Steges (27; 34) liegt, wodurch beim Gebrauch das Material in den Nüten sowohl unterteilbar wie auch quer darüber verteilbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21) und das Gehäuse (22) mindestens zwei Mischzonen (A, B) bilden und eine Austragzone (26) mit einem schraubenlinienförmig verlaufenden Steg (27) am Rotor (21) und mit einer zylindrischen Gehäusebohrung vorliegt, dass in den Mischzonen (A, B) die Stege des Rotors (21) und diejenigen des Gehäuses (22) gegenläufig verlaufen, dass in der ersten Mischzone (A) die Anzahl der Stege (34, 38, 38') am Rotor (21) mit der Verkleinerung des Nutenquerschnitts in Richtung auf Null grösser wird, dass die Anzahl von Stegen im Gehäuse (22) nahe am Anfang der ersten Mischzone (A), wo der Nutenquerschnitt von Null aus zunimmt, hoch ist und dass diese Anzahl abnimmt mit der Vergrösserung des Nutenquerschnitts zu seinem Maximalwert am Ende der ersten Mischzone (A).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Mischzone (B) die Anzahl der Stege (36, 38, 38') am Rotor (21) mit zunehmendem Nutenquerschnitt abnimmt, und dass die Anzahl der Stege im Gehäuse (22) mit auf Null abnehmendem Nutenquerschnitt zunimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Stege auf dem Rotor (21)

s nach Beginn der ersten Mischzone (A) um mehr als das Doppelte auf einen Maximalwert zunimmt und dass die Anzahl der Stege im Gehäuse (22) durch fortlaufende Halbierung auf ihren Minimalwert abnimmt, wobei die Verdoppelungen und Halbierungen ungefähr an den gleichen Querschnitten der io Mischzonen (A, B) erfolgen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der ersten Mischzone (A) die Anzahl der Stege auf dem Rotor (21) um mehr als das Doppelte durch stufenweise von der Druckkante des eingängigen Steges her

15 beginnende weitere Stege vergrössert wird und sich in einem weiteren Abschnitt durch weitere Verdoppelung bis zu einer maximalen Anzahl vergrössert, in welchem der Nutenquerschnitt seinen Minimalwert hat, und danach durch aufeinanderfolgende Halbierung abnimmt, und dass die Anzahl der 20 Stege im Gehäuse (22) in der ersten Mischzone (A) durch aufeinanderfolgendes Halbieren abnimmt und in der zweiten Mischzone (B) durch aufeinanderfolgende Verdoppelung zunimmt, wobei diese Verdoppelungen und Halbierungen der Steganzahl an entsprechenden Querschnitten der Mischzonen 25 (A, B) erfolgen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Mischzonen Trennflächen zwischen Ringteilen bilden, aus denen das Gehäuse oder der Rotor zusammengesetzt sind, wobei ein solcher Ring

30 eine bestimmte Anzahl von Steggängen hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Ringe voneinander verschiedene Steigungswinkel der Steggänge aufweisen.