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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Mischen und oder Plastifizieren von Kautschuk, Kunststoffen und ggf. anderen Materialien, mit einem in einem Zylinderraum (19) angeordneten, mit Durchtrittsöffnungen für das zu verarbeitende Material versehenen Rotor (21), welcher über eine durch eine Öffnung (17) im Zylinderboden (18) führende, durch mindestens ein Lager (41) gelagerte Rotorwelle (15) durch ausserhalb des Zylinderraumes (19) angeordnete Antriebsvorrichtungen (13, 9) in Drehung versetzt und im Zylinderraum (19) axial verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderraum (19) und dem Lager (41) eine Schäleinrichtung (29) vorgesehen ist, welche aus dem Zylinderraum (19) austretendes und an der Rotorwelle (15) anhaftendes Material von dieser abschält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Schäleinrichtung (29) mindestens einen an der Rotorwelle (15) anliegenden Abstreifer (28) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer (28) mit einer Vorspannung an der Rotorwelle (15) anliegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer (28) durch eine Blattfeder gebildet wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer (28) eine Härte aufweist, die geringer ist als die Härte der Rotorwelle (15).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer (28) in einem spitzen Winkel zur Rotorwellenachse angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abstreifer (28) nebeneinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abstreifer (28) hintereinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Abstreifers (28) grösser ist als der Vorschub pro Umdrehung der Rotorwelle (15) geteilt durch die Zahl der nebeneinander angeordneten Abstreifer.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet. dass der Abstreifer oder die Abstreifer (28) in einer Büchse (25) angeordnet sind, und dass die Büchse (25) mindestens eine radiale Öffnung (37) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäleinrichtung (29) einen Kanal (30) aufweist, um Lösungsmittel oder Weichmacher der Rotorwelle (15) zuzuführen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (25) einen Hohlraum (35) aufweist, der ein Lösungsmittel- oder Weichmacherbad für die Rotorwelle (15) bildet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäleinrichtung (29) angrenzend an das Lager (41) angeordnet ist und dieses vor Verschmutzung schützt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäleinrichtung (29) und das Lager (41) in einem Flansch (40) des Zylinderbodens (18) angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (41) ein Axial-Radial-Lager ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Axial-Radial-Lager ein zentrales Pendellager (43) aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (41) auf der Rotorwelle (15) laufende Führungsrollen (47) besitzt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (49) und/oder die Rückseite (51) des Rotors (21) kegelig oder kugelig konvex sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (19) an der Innenwandung praktisch in Längsrichtung verlaufende Nuten (55) aufweist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen undXoder Plastifizieren von Kautschuk, Kunststoffen und ggf. anderen Materialien, z.B. Kautschuk und Lederabfällen, mit einem in einem Zylinderraum angeordneten, mit Durchtrittsöffnungen für das zu verarbeitende Material versehenen Rotor, welcher über eine durch eine Öffnung im Zylinderboden führende, durch mindestens ein Lager gelagerte Rotorwelle durch ausserhalb des Zylinderraumes angeordnete Arbeitsvorrichtungen in Drehung versetzt und im Zylinderraum axial verschoben werden kann.
Eine Vorrichtung dieser Art ist seit mehr als zehn Jahren bekannt. Die bekannte Vorrichtung hat gegenüber den bisher bekannten sogenannten Innenmischern den Vorteil, dass durch die gleichzeitige Drehung und axiale Verschiebung des Rotors strang ähnliche Masseteile kontinuierlich abgeschert und sowohl in Radialrichtung wie in Axialrichtung zwangsweise miteinander vermengt werden, wobei sehr grosse Scherkräfte bzw. Schergradiente erreicht werden können. Da das Misch- und oder Plastifiziergut ausserdem gegen die Rotorfläche zwischen den Durchtrittsöffnungen gepresst wird, können auch grosse Fritionskräfte erreicht werden. Solche Fritionskräfte spielen eine grosse Rolle beim Misch- und/oder Plastifiziervorgang bis in den molekularen Bereich hinein.
Es hat sich auch gezeigt, dass bei der bekannten Vorrichtung nicht nur fliessfähiges oder plastisches Material verarbeitet werden kann, sondern dass auch pulverförmige, granulatförmige oder stückförmige Materialien allein oder zusammen mit fliessfähigen und; oder plastischen Materialien verarbeitet werden können. Falls es sich dabei um thermoplastische Stoffe handelt, werden diese während des Misch- und. oder Plastifiziervorgangs in erforderlichem Ausmasse plastifiziert. Wenn es sich um anorganische oder nichtthermoplastische Materialien handelt, werden diese in erforderli chem Ausmasse zerkleinert, vermahlen undloder dispergiert. Es können aber auch Kunststoffe.
Kautschuk und ggf. andere hochviskose oder flüssige Materialien ausserordentlich wirksam mit pulverförmigen oder granulatförmigen Füllstoffen, Pigmenten, Farbstoffen oder chemischen Zusätzen homogen gemischt und plastifiziert werden, beispielsweise Rohkautschuk mit Russ und anderen üblichen Zusätzen.
Trotz dieser dem Grundkonzept der vorgenannten Vorrichtung innewohnenden Vorteile konnten sich in der Praxis solche Innenmischer nicht durchsetzen. So blieb z.B. das Dichtungsproblem für die
Rotorwelle ungelöst. Dies ist mit schwerwiegenden Nachteilen ver bunden. Durch das immer in geringen Mengen durch die Rotorwel len-Öffnung im Zylinderboden austretende Material wird die Rotor welle in kurzer Zeit stark verschmutzt. Da das austretende Material vielfach die Tendenz hat, auf der Rotorwelle aufzuvulkanisieren, führt die Verschmutzung rasch zu erheblichen Störungen. Befindet sich ein Lager der Rotorwelle, wie dies an sich wünschbar wäre, in der Nähe des Zylinderbodens, so wird das Lager durch das austre tende Material in kurzer Zeit verschmutzt und zerstört. Aus diesen Gründen befindet sich bei der vorbekannten Maschine keines der
Rotorwellenlager in der Nähe des Zylinderbodens.
Da jedoch im
Betrieb ausserordentlich hohe Kräfte auftreten, welche die Tendenz haben, die Rotorwelle durchzubiegen, führt dies zu Schwierigkeiten.
So ist es vorgekommen, dass bei einer Durchbiegung der Rotorwelle der Rotor mit der Zylinderwandung in Berührung kam und diese anfrass und zerstörte. Auch wenn dies durch entsprechend kräftige
Bemessung der Rotorwelle vermieden werden kann, so treten dennoch radiale Kräfte auf, welche die Öffnung für die Rotorwelle im Zylinderboden ausweiten. Wenn aber diese Öffnung ausgeweitet
wird, so führt dies zu noch grösseren Materialverlusten und noch schwerwiegenderer Verschmutzung der Rotorwelle.
In den letzten Jahren sind viele Versuche gemacht worden, um dem Problem der Verschmutzung der Rotorwelle abzuhelfen. So wurden beispielsweise Lamellendichtungen verwendet. Des weiteren wurde versucht, dem Austritt von Material durch nachspannbare Kunststoffdichtungen zu begegnen. Diese Versuche führten jedoch nicht zum gewünschten Erfolg. Da es der Fachwelt nicht gelang, das Dichtungsproblem befriedigend zu lösen, fand die eingangs erwähnte Vorrichtung trotz der ihrem Grundkonzept zugrunde liegenden grossen Vorteile keinen weiteren Eingang in die Praxis.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs erwähnte Vorrichtung so zu verbessern, dass die Rotorwelle und die Lager für die Rotorwelle nicht durch Material aus dem Zylinderraum verschmutzt werden.
Der Erfindung gemäss wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem Zylinderraum und dem Lager eine Schäleinrichtung vorgesehen ist, welche aus dem Zylinderraum austretendes und an der Rotorwelle anhaftendes Material von dieser abschält. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es praktisch unmöglich ist, eine Dichtung für die drehende und zugleich sich axial bewegende Rotorwelle zu schaffen, welche den Austritt von äusserst klebrigem und vielfach rasch an Metallteilen anvulkanisierendem Material vollständig verhindert. Mit der Schäleinrichtung wird jedoch bei der Drehung der Welle das austretende Material noch implastifizierten Zustand fortwährend entfernt, so dass es keine Gefahr für das gute Funktionieren der Vorrichtung darstellt.
Einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss kann die Entfernung des Materials noch dadurch erleichtert werden, dass die Schäleinrichtung einen Kanal aufweist, über welchen Lösungsmittel oder Weichmacher der Rotorwelle zugeführt wird. Die sichere Entfernung des an der Rotorwelle anhaftenden Materials aus dem Zylinderraum ermöglicht es auch, ein Lager für die Rotorwelle angrenzend an die Schäleinrichtung und somit in unmittelbarer Nähe der Öffnung für die Rotorwelle im Zylinderboden anzuordnen. Es ist sogar möglich, Schäleinrichtung und Lager in einem Flansch des Zylinderbodens anzubringen. In diesem Falle werden radiale Kräfte sicher vom Lager aufgefangen, ohne dass sie sich auf die Durchgangsöffnung auswirken und zu unerwünschtem Spiel Anlass geben. Ist aber das Spiel klein, so kann auch nur sehr wenig Material austreten, das dann problemlos von der Schäleinrichtung entfernt wird.
Auch nach längerem Betrieb bleiben die Materialverluste durch Austritt bei der Öffnung für die Rotorwelle äusserst gering und stellen auch keine Verschmutzungsgefahr für das angrenzende Lager dar.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schäleinrichtung mindestens einen an der Rotorwelle anliegenden Abstreifer auf. Durch diesen Abstreifer kann das an der Rotorwelle anhaftende Material noch im plastischen Zustand leicht erfasst und abgeschält werden. Der Abstreifer liegt dabei vorteilhaft mit einer Vorspannung an der Rotorwelle an. Dadurch wird versichert, dass immer eine Berührung mit der Rotorwelle stattfindet. Der jeweilige Abstreifer kann durch eine Blattfeder gebildet werden. Dies führt zu einer einfachen Ausbildung der Schäleinrichtung. Damit die Rotorwelle durch die Schäleinrichtung nicht beschädigt wird, weist der Abstreifer vorteilhaft eine Härte auf, die geringer ist als die Härte der Rotorwelle. Eine besonders gute Reinigungswirkung wird erzielt, wenn der Abstreifer in einem spitzen Winkel zur Rotorwellenachse angeordnet ist.
Vorteilhaft sind mehrere Abstreifer nebeneinander angeordnet. In diesem Falle kann jeder Abstreifer einen Teil der zu bearbeitenden Fläche übernehmen. Es ist aber auch möglich, mehrere Abstreifer hintereinander anzuordnen. In diesem
Falle ist eine Reinigung auch dann noch gewährleistet, wenn einer der Abstreifer funktionsuntüchtig werden sollte. Wenn nur ein Abstreifer vorhanden ist, so muss die Länge des Abstreifers grösser sein als der Vorschub pro Umdrehung der Rotorwelle. In diesem Falle wird vom Abstreifer die ganze verschmutzte Fläche immer sicher erfasst. Sind mehrere Abstreifer mit gleichen Abmessungen neben einander angeordnet, so vermindert sich die nötige Länge des Abstreifers auf die Vorschublänge pro Umdrehung der Rotorwelle geteilt durch die Zahl der nebeneinander angeordneten Abstreifer.
Die Abstreifer müssen dann natürlich so angeordnet sein, dass jeder der Abstreifer einen Teil der Abstreifarbeit übernimmt. Dabei überlappen sich zweckmässigerweise die zu bearbeitenden Gebiete etwas.
Der oder die Abstreifer sind vorteilhaft in einer Büchse angeordnet, wobei die Büchse mindestens eine radiale Öffnung aufweist.
Dies ergibt eine besonders günstige Konstruktion. Die radiale Öffnung dient der Abfuhr des abgestreiften Materials. Um die Wirkungsweise der Schäleinrichtung zu verbessern, kann ein Kanal vorgesehen sein, um Lösungsmittel oder Weichmacher der Rotorwelle zuzuführen. Die Zufuhr von Lösungsmitel oder Weichmacher verhindert ein Aufvulkanisieren und erleichtert die Abschälarbeit. Die Büchse weist vorteilhaft einen Hohlraum auf, der ein Lösungsmitteloder Weichmacherbad für die Rotorwelle bildet. Wenn also die Büchse eine Ausdrehung besitzt, so bildet sich bei einer seitlichen Anordnung der radialen Öffnungen für die Abfuhr des abgelösten Materials im unteren Teil der Büchse ein Bad, das die Welle umspült.
Dadurch wird eine sichere Benützung der Welle mit Lösungsmittel und Weichmacher gewährleistet.
Es ist bereits vorher erwähnt worden, dass die erfindungsgemässe Schäleinrichtung es ermöglicht, das Lager der Rotorwelle angrenzend anzuordnen und es vor Verschmutzung zu schützen. Diese Anordnung des Lagers in der Nähe der Öffnung für die Rotorwelle trägt zu einer besseren Dichtung bei, weil dann radiale Kräfte vom Lager aufgenommen werden und nicht dazu beitragen können, die Öffnung für die Rotorwelle auszuschlagen. Es ist auch möglich, Schäleinrichtung und Lager in einem Flansch des Zylinderbodens anzuordnen. Dies ergibt nicht nur eine einfache Konstruktion, sondern versichert auch, dass Lager und Durchgangsöffnung genau koaxial zueinander sind.
Zweckmässigerweise ist das Lager ein Axial-Radial-Lager. Ein solches Lager bietet Vorteile, weil die Durchbiegung der Rotorwelle im Vorlauf nicht ganz zu vermeiden ist und relativ hohe Kräfte auftreten können. Das Axial-Radial-Lager weist vorteilhaft ein zentrales Pendellager auf. Diese Ausgestaltung macht das Lager besonders geeignet für einen langjährigen störungsfreien Betrieb. Zweckmässigerweise besitzt das Lager auf der Welle laufende Führungsrollen. Dadurch werden Reibungsverluste und Verschleiss minim gehalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung zum Mischen und/oder Plastifizieren,
Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts von Fig. 1 im Bereich des Zylinderbodens, wobei der Rotor im Zylinder und der Zylinderboden mit Schäleinrichtung und Rotorwellenlager ersichtlich sind, und
Fig. 3 einen Schnitt durch die Schäleinrichtung entlang der Linie III-III von Fig. 2.
In Fig. 1 sind auf dem Maschinenständer 1 Supportplatten 3 und 5 für drei parallel verlaufende Säulen 7 vorgesehen, von denen auf der Zeichnungjedoch nur zwei ersichtlich sind. Auf diesen Säulen 7 kann durch zwei parallel angeordnete hydraulische Zylinder 9 mit den Kolbenstangen 10 ein Schlitten 11 hin und her bewegt werden. Dadurch wird auch der Rotor 21 im Zylinderraum 19 hin und her bewegt, wie dies durch Pfeil 8 angedeutet ist. Auf dem Schlitten 11 befindet sich ein Antriebsorgan zum Drehen der Rotorwelle 15.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind zum Antrieb zwei Hydromotoren 13 vorgesehen, welche mit den Zahnrädern 14 das mit der Rotorwelle 15 starr verbundene Zahnrad 16 antreiben. Die Drehung des Rotors 21 erfolgt immer in der gleichen Richtung, wie dies durch Pfeil 22 angedeutet ist. Der Antrieb könnte aber auch in der umgekehrten Richtung erfolgen. Dies würde aber eine entsprechende Anordnung der nachher beschriebenen Schäleinrichtung erfordern.
Die Rotorwelle 15 ist in den Lagern 41 und 42 gelagert und führt durch die Öffnung 17 im Zylinderboden 18 in den Zylinderraum 19.
In diesem befindet sich das zu mischende und/oder zu plastifizierende Material. Die Rotorwelle 15 ist mit dem Rotor 21 starr verbunden.
Der Rotor 21 weist nicht eingezeichnete Durchtrittsöffnungen für das zu verarbeitende Material auf.
Im Betrieb wird der Rotor 21 in Umdrehung versetzt und gleich zeitig im Zylinderraum 19 hin und her bewegt (Pfeil 8), bis das zu ver arbeitende Material die gewünschten Eigenschaft besitzt. Es kann dann nach Öffnen des Deckels 20 dem Zylinder 19 entnommen werden. Zu diesem Zweck kann der Rotor aus dem Zylinder 19 ausge fahren werden, wie dies gestrichelt eingezeichnet ist.
Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich in der Öffnung 17 eine Büchse 25, die einen konischen Ansatz 26 aufweist. Diese Büchse 25 ist vom Zy linderraum 19 her in die Bohrung 20 des Zylinderbodens 18 einge schoben. Die Büchse 25 besteht vorteilhaft aus einem Lagermaterial, z.B. aus Bronze, und dient als Dichtung sowie als Träger einer Schäl einrichtung 29.
Die Schäleinrichtung 29 weist mindestens einen durch Schrauben
31 befestigten Abstreifer 28 auf. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieser Abstreifer 28 durch eine Blattfeder gebildet, die am freien
Ende eine Kante oder Schneide 33 besitzt, welche mit der Oberfläche der Rotorwelle 25 in Berührung steht. Der Abstreifer 28 drückt mit einer gewissen Vorspannung auf die Wellenoberfläche. Zweckmässigerweise besitzt der Abstreifer 28 eine Härte, die ungefähr 5 Rc tiefer ist als die Härte der Rotorwelle 15. Beim gezeigten Beispiel ist die Schneide in einem spitzen Winkel von etwa 5 bis 10' zur Rotorwellenachse angeordnet. Es sind aber auch andere Abstreifer 28 aus anderen Materialien oder mit einer anderen Ausgestaltung denkbar.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Abstreifer 28 (Fig. 3) hintereinander angeordnet. Wenn somit ein Abstreifer 28 ausfällt, ist immer noch der andere Abstreifer 28 wirksam. Es ist aber auch möglich, diese Abstreifer 28 seitlich versetzt zueinander anzuordnen, so dass jeder einen anderen Abschnitt der Welle reinigt, wobei sich vorteilhaft diese Abschnitte ein wenig überlappen. Bei der
Bemessung der Arbeitslänge, d.h. der Länge der Abstreifkanten der Abstreifer 28, muss das Ausmass des Vorschubes der Welle in Axial richtung beachtet werden. Ist nur ein Abstreifer 28 vorhanden, so muss die Länge der Abstreifkante etwas grösser sein als der Vor schub pro Umdrehung der Rotorwelle 15. Nur dann wird die ganze verschmutzte Fläche sicher gereinigt. Sind mehrere Abstreifer 28 ne beneinander angeordnet, so kann die jeweilige Abstreifkantenlänge entsprechend verkürzt werden.
Der Winkel des Abstreifers 28 zur
Wellenoberfläche beträgt vorteilhaft weniger als 30'. um eine gute
Schälwirkung zu erzielen. Zum gleichen Zwecke besitzt die Abstreifer kante 33 vorteilhaft einen Anschliff 36, so dass der Abstreifer 28 einen spitzen Schneidwinkel aufweist.
Die Büchse 25 weist eine Ausdrehung 35 auf. Mindestens ein Durchbruch ist vorgeshen, welcher eine radiale Öffnung 37 bildet, durch welche von der Rotorwelle 15 abgeschältes Material nach aussen gelangen kann. Die radialen Öffnungen 37 finden ihre Fortsetzung in Bohrungen 39 im Zylinderboden 18.
Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich oben an der Schäleinrichtung 29 ein Einlasskanal 30 für ein Lösungsmittel und/oder für Weichmacher. Das Lösungsmittel oder der Weichmacher fliesst vom Kanal 30 über die Löscher 32 auf die Welle, so dass die Welle im Bereich der Abstreifer 28 damit benetzt wird. Dadurch wird die Arbeit der Abstreifer 28 erleichtert, weil dann das an der Welle anhaftende Material nicht anvulkanisieren kann. Es wird vielmehr aufgeweicht und kann daher leicht abgestreift werden. Wenn die Öffnungen 37 in der Büchse 25 seitlich angeordnet werden, so bildet der untere Teil der Ausdrehung 35 ein Bad für die Rotorwelle 15. Durch ein solches Weichmacher- oder Lösungsmittelbad wird dann die Rotorwelle 15 ständig benetzt, so dass an der Rotorwelle anhaftendes Material sicher aufgeweicht und die Abstreifarbeit erleichtert wird.
Wie Fig. 2 zeigt, ist in einem Flansch 40 des Zylinderbodens 18 das Axial-Radial-Lager 41 vorgesehen. Dank der Anordnung der Büchse 25 und des Lagers 41 im gleichen Maschinenbauteil sind beide genau koaxial zueinander ausgerichtet. Dank der Nähe des Lagers 41 zur Büchse 25 mit der Durchgangsöffnung 17 wird die Büchse von radialen Kräften entlastet, was deren Lebensdauer erhöht. Dies hat den Vorteil. dass auch nach langem Betrieb der Maschine lediglich wenig Material entlang der Welle 15 durchflies- sen kann. Die Schäleinrichtung 29 ist daher ohne weiteres in der Lage, solches Material sauber zu entfernen.
Währenddem die Anordnung des Lagers 41 zu einer Verminderung der Leckage wesentlich beiträgt, macht umgekehrt die Schäleinrichtung 29 die Anordnung des Lagers 41 im Zylinderboden 18 erst möglich, denn erst sie schliesst eine Verschmutzung des Lagers 41 durch austretendes Material weitgehend aus. Das Lager 41 ist daher während einer langen Betriebsdauer funktionsfähig und unterliegt nur geringem Verschleiss.
Wie ersichtlich. ist das Lager 41 als Axial-Radial-Lager ausgebildet. Es besteht aus dem zentralen Pendellager 43, von dem die Rollen 45 ersichtlich sind. Dieses Pendellager 43 nimmt die Radiallast auf.
Um eine Axialbewegung der Rotorwelle 15 zu ermöglichen, sind die Rollen 47 vorgesehen, von welchen in der Zeichnung vier ersichtlich sind. Weitere solcher Rollen 47 finden sich über den Umfang der Rotorwelle 15 verteilt.
Der Rotor 21 ist auf beiden Seiten kegelig oder kugelig konvex ausgestaltet. Mit anderen Worten. die Stirnseite 49 und die entsprechende Rückseite 51 des Rotors 21 haben ungefähr die Gestalt eines Kegel- oder Kugelmantels. Durch diese Ausgestaltung wird bewirkt, dass im Betrieb das zu verarbeitende Material die Tendenz besitzt, bei einer axialen Bewegung des Rotors 21 in Richtung zur Peripherie abzufliessen, wo sich die meisten Durchtrittsöffnungen, welche beispielsweise die Form von Schlitzen 53 haben können, befinden. Zweck dieser Gestaltung der Flächen 49 und 51 ist die Reduktion der Flächenpressung. Es leuchtet ein. dass eine kegelige Gestalt besonders vorteilhaft ist. wobei sogar der Kegel im Zentrum, also im Bereich, wo sich keine Durchtrittsöffnungen befinden, spitzer sein könnte als im peripheren Bereich.
Durch die Reduktion der Flächenpressung wird vor allem erreicht. dass eine Leckage von Material durch die Büchse 25 hindurch entlang der Rotorwelle 15 vermindert wird. Vermindert wird jedoch auch die Last auf den Zylinderdeckel 20 bzw.
auf die Lager der Rotorwelle 15.
Wie Fig. 4 zeigt, kann der Zylinder 19 an der Innenwandung praktisch in Längsrichtung verlaufende Nuten aufweisen. Diese Nuten können parallel zur Rotorachse verlaufen oder einen Rechtsoder Linksdrall aufweisen, der vorteilhaft nicht über 10- Steigung aufweist. Durch solche Nuten 55 wird eine Drehung des zu verarbeitenden Materials im Zylinderraum 19 verhindert. Es sind verschiedene Nutenprofile möglich, so z.B. ein halbkreisförmiges Profil wie in Fig. 4 gezeigt, oder ein sägezahnförmiges Profil wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt. Je nach den zu verarbeitenden Materialien eignet sich zur Verhütung einer Drehung das eine oder andere Profil besser.
Dasselbe gilt auch für die Anordnung eines Dralls.
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PATENT CLAIMS
1. Device for mixing and or plasticizing rubber, plastics and possibly other materials, with a rotor (21) arranged in a cylinder space (19) and provided with through openings for the material to be processed, which rotor (21) has an opening (17). rotor shaft (15) leading in the cylinder base (18) and supported by at least one bearing (41) can be set in rotation by drive devices (13, 9) arranged outside the cylinder space (19) and axially displaced in the cylinder space (19), characterized in that that a peeling device (29) is provided between the cylinder space (19) and the bearing (41), which peels material emerging from the cylinder space (19) and adhering to the rotor shaft (15).
2. Device according to claim 1, characterized in that the peeling device (29) has at least one wiper (28) abutting the rotor shaft (15).
3. Device according to claim 2, characterized in that the wiper (28) bears with a bias on the rotor shaft (15).
4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the stripper (28) is formed by a leaf spring.
5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the stripper (28) has a hardness which is less than the hardness of the rotor shaft (15).
6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the stripper (28) is arranged at an acute angle to the rotor shaft axis.
7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that a plurality of wipers (28) are arranged side by side.
8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that a plurality of wipers (28) are arranged one behind the other.
9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the length of the wiper (28) is greater than the feed per revolution of the rotor shaft (15) divided by the number of wipers arranged side by side.
10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized. that the wiper or wipers (28) are arranged in a sleeve (25) and that the sleeve (25) has at least one radial opening (37).
11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the peeling device (29) has a channel (30) to supply solvents or plasticizers to the rotor shaft (15).
12. Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the sleeve (25) has a cavity (35) which forms a solvent or plasticizer bath for the rotor shaft (15).
13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the peeling device (29) is arranged adjacent to the bearing (41) and protects it from contamination.
14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the peeling device (29) and the bearing (41) are arranged in a flange (40) of the cylinder base (18).
15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the bearing (41) is an axial-radial bearing.
16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the axial-radial bearing has a central self-aligning bearing (43).
17. Device according to one of claims 15 or 16, characterized in that the bearing (41) on the rotor shaft (15) has running guide rollers (47).
18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the end face (49) and / or the back (51) of the rotor (21) are conical or spherical convex.
19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the cylinder (19) on the inner wall has grooves (55) running practically in the longitudinal direction.
The invention relates to a device for mixing and X or plasticizing rubber, plastics and possibly other materials, e.g. Rubber and leather waste, with a rotor arranged in a cylinder chamber and provided with openings for the material to be processed, which rotates through working devices arranged outside the cylinder chamber via a rotor shaft leading through an opening in the cylinder base and supported by at least one bearing and axially in the cylinder chamber can be moved.
A device of this type has been known for more than ten years. The known device has the advantage over the previously known so-called internal mixers that, due to the simultaneous rotation and axial displacement of the rotor, similar mass parts are continuously sheared off and forcibly mixed with one another both in the radial direction and in the axial direction, whereby very large shear forces or shear gradients can be achieved . Since the material to be mixed and / or plasticized is also pressed against the rotor surface between the through-openings, great frictional forces can also be achieved. Such frustration forces play a major role in the mixing and / or plasticizing process down to the molecular level.
It has also been shown that not only flowable or plastic material can be processed in the known device, but also powdery, granular or lumpy materials alone or together with flowable and; or plastic materials can be processed. If these are thermoplastic materials, these are mixed and mixed during the. or plasticizing process to the extent necessary. If the materials are inorganic or non-thermoplastic, they are comminuted, ground and / or dispersed to the extent necessary. But plastics can also.
Rubber and possibly other highly viscous or liquid materials are mixed extraordinarily effectively with powdery or granular fillers, pigments, dyes or chemical additives and are plasticized homogeneously, for example raw rubber with carbon black and other conventional additives.
In spite of these advantages inherent in the basic concept of the aforementioned device, such internal mixers could not prevail in practice. So e.g. the sealing problem for the
Rotor shaft undissolved. This is associated with serious disadvantages. Due to the material always emerging in small quantities through the rotor shaft opening in the cylinder base, the rotor shaft becomes very dirty in a short time. Since the escaping material tends to vulcanize on the rotor shaft, the contamination quickly leads to considerable malfunctions. Is a bearing of the rotor shaft, as would be desirable in the vicinity of the cylinder bottom, the bearing is soiled and destroyed by the escaping material in a short time. For these reasons, none of the prior art machines
Rotor shaft bearings near the bottom of the cylinder.
However, in
Operation extremely high forces occur, which have the tendency to bend the rotor shaft, this leads to difficulties.
So it happened that when the rotor shaft deflected, the rotor came into contact with the cylinder wall and attacked and destroyed it. Even if this is done by appropriately strong
Dimensioning of the rotor shaft can be avoided, radial forces nevertheless occur which widen the opening for the rotor shaft in the cylinder base. But if this opening expanded
becomes, this leads to even greater material losses and even more serious contamination of the rotor shaft.
Many attempts have been made in recent years to remedy the problem of rotor shaft contamination. For example, lamellar seals were used. Furthermore, attempts have been made to counter the leakage of material by means of retractable plastic seals. However, these attempts did not lead to the desired success. Since the experts were unable to solve the sealing problem satisfactorily, the device mentioned at the outset found no further use in practice despite the major advantages on which its basic concept is based.
It is therefore an object of the present invention to improve the device mentioned at the outset in such a way that the rotor shaft and the bearings for the rotor shaft are not contaminated by material from the cylinder space.
According to the invention, this is achieved in that a peeling device is provided between the cylinder space and the bearing, which peels material emerging from the cylinder space and adhering to the rotor shaft. The invention is based on the knowledge that it is practically impossible to create a seal for the rotating and at the same time axially moving rotor shaft, which completely prevents the escape of extremely sticky and often quickly vulcanizing material on metal parts. With the peeling device, however, when the shaft rotates, the material which is still implanted is removed continuously, so that it does not pose a risk to the good functioning of the device.
According to an embodiment of the invention, the removal of the material can be made even easier by the fact that the peeling device has a channel through which solvent or plasticizer is fed to the rotor shaft. The safe removal of the material adhering to the rotor shaft from the cylinder space also makes it possible to arrange a bearing for the rotor shaft adjacent to the peeling device and thus in the immediate vicinity of the opening for the rotor shaft in the cylinder bottom. It is even possible to install the peeling device and bearing in one flange of the cylinder base. In this case, radial forces are safely absorbed by the bearing without affecting the through opening and giving rise to undesirable play. However, if the play is small, very little material can escape, which is then easily removed from the peeling device.
Even after prolonged operation, the material losses due to the opening at the opening for the rotor shaft remain extremely low and do not pose a risk of contamination for the adjacent bearing.
In an advantageous exemplary embodiment of the invention, the peeling device has at least one scraper abutting the rotor shaft. With this scraper, the material adhering to the rotor shaft can still be easily gripped and peeled off in the plastic state. The scraper advantageously bears against the rotor shaft with a preload. This ensures that there is always contact with the rotor shaft. The respective wiper can be formed by a leaf spring. This leads to a simple design of the peeling device. So that the rotor shaft is not damaged by the peeling device, the scraper advantageously has a hardness that is less than the hardness of the rotor shaft. A particularly good cleaning effect is achieved if the scraper is arranged at an acute angle to the rotor shaft axis.
Several wipers are advantageously arranged side by side. In this case, each stripper can take over part of the area to be worked. But it is also possible to arrange several wipers in a row. In this
Cleaning is still guaranteed even if one of the wipers should become inoperative. If there is only one scraper, the length of the scraper must be greater than the feed per revolution of the rotor shaft. In this case, the entire contaminated area is always reliably captured by the scraper. If several wipers with the same dimensions are arranged next to each other, the required length of the wiper is reduced to the feed length per revolution of the rotor shaft divided by the number of wipers arranged next to one another.
The wipers must then of course be arranged so that each of the wipers takes over part of the wiping work. The areas to be worked overlap usefully somewhat.
The wiper or wipers are advantageously arranged in a sleeve, the sleeve having at least one radial opening.
This results in a particularly favorable construction. The radial opening serves to remove the stripped material. In order to improve the mode of operation of the peeling device, a channel can be provided in order to supply solvents or plasticizers to the rotor shaft. The addition of solvents or plasticizers prevents vulcanization and makes peeling easier. The sleeve advantageously has a cavity which forms a solvent or plasticizer bath for the rotor shaft. If the sleeve has a recess, a bath is formed in a lateral arrangement of the radial openings for the removal of the detached material in the lower part of the sleeve, which bathes around the shaft.
This ensures safe use of the shaft with solvents and plasticizers.
It has already been mentioned before that the peeling device according to the invention makes it possible to arrange the bearing of the rotor shaft adjacently and to protect it against contamination. This arrangement of the bearing near the opening for the rotor shaft contributes to a better seal, because then radial forces are absorbed by the bearing and cannot help to knock out the opening for the rotor shaft. It is also possible to arrange the peeling device and the bearing in a flange of the cylinder base. This not only results in a simple construction, but also ensures that the bearing and through opening are exactly coaxial with one another.
The bearing is expediently an axial-radial bearing. Such a bearing offers advantages because the deflection of the rotor shaft in the lead cannot be completely avoided and relatively high forces can occur. The axial-radial bearing advantageously has a central self-aligning bearing. This configuration makes the bearing particularly suitable for long-term trouble-free operation. The bearing expediently has guide rollers running on the shaft. This minimizes friction losses and wear.
An embodiment of the invention will now be described with reference to the drawing. Show it:
1 shows a vertical section through the device for mixing and / or plasticizing,
FIG. 2 shows an enlarged illustration of a detail from FIG. 1 in the region of the cylinder base, the rotor in the cylinder and the cylinder base with peeling device and rotor shaft bearing being visible, and
3 shows a section through the peeling device along the line III-III of FIG. 2.
In Fig. 1, support plates 3 and 5 are provided on the machine stand 1 for three parallel columns 7, only two of which can be seen in the drawing. A carriage 11 can be moved back and forth on these columns 7 by two hydraulic cylinders 9 arranged in parallel with the piston rods 10. As a result, the rotor 21 is also moved back and forth in the cylinder space 19, as indicated by arrow 8. A drive element for rotating the rotor shaft 15 is located on the slide 11.
In the exemplary embodiment shown, two hydraulic motors 13 are provided for driving, which drive the gearwheel 14, the gearwheel 16 rigidly connected to the rotor shaft 15. The rotor 21 is always rotated in the same direction, as indicated by arrow 22. The drive could also be done in the opposite direction. However, this would require an appropriate arrangement of the peeling device described below.
The rotor shaft 15 is supported in the bearings 41 and 42 and leads through the opening 17 in the cylinder base 18 into the cylinder chamber 19.
This contains the material to be mixed and / or plasticized. The rotor shaft 15 is rigidly connected to the rotor 21.
The rotor 21 has through openings (not shown) for the material to be processed.
In operation, the rotor 21 is rotated and simultaneously moved back and forth in the cylinder space 19 (arrow 8) until the material to be processed has the desired property. It can then be removed from the cylinder 19 after opening the cover 20. For this purpose, the rotor can be moved out of the cylinder 19, as shown in dashed lines.
As shown in FIG. 2, there is a bushing 25 in the opening 17, which has a conical extension 26. This bushing 25 is inserted from the cylinder chamber 19 into the bore 20 of the cylinder base 18. The sleeve 25 advantageously consists of a bearing material, e.g. made of bronze, and serves as a seal and as a support for a peeling device 29.
The peeling device 29 has at least one by screwing
31 attached scraper 28. In the embodiment shown, this scraper 28 is formed by a leaf spring, which is free
End has an edge or cutting edge 33 which is in contact with the surface of the rotor shaft 25. The wiper 28 presses on the shaft surface with a certain preload. The scraper 28 expediently has a hardness which is approximately 5 Rc lower than the hardness of the rotor shaft 15. In the example shown, the cutting edge is arranged at an acute angle of approximately 5 to 10 ′ to the rotor shaft axis. However, other wipers 28 made of different materials or with a different configuration are also conceivable.
In the exemplary embodiment shown, two wipers 28 (FIG. 3) are arranged one behind the other. Thus, if one stripper 28 fails, the other stripper 28 is still effective. However, it is also possible to arrange these wipers 28 laterally offset from one another so that each cleans a different section of the shaft, these sections advantageously overlapping a little. In the
Dimensioning the working length, i.e. the length of the scraper edges of the scraper 28, the extent of the feed of the shaft in the axial direction must be taken into account. If there is only one scraper 28, the length of the scraper edge must be somewhat greater than the advance per revolution of the rotor shaft 15. Only then will the entire contaminated surface be cleaned safely. If several scrapers 28 are arranged next to one another, the respective scraping edge length can be shortened accordingly.
The angle of the scraper 28 to
The wave surface is advantageously less than 30 '. to be a good one
To achieve peeling effect. For the same purpose, the scraper edge 33 advantageously has a bevel 36, so that the scraper 28 has an acute cutting angle.
The sleeve 25 has a recess 35. At least one opening is provided, which forms a radial opening 37 through which material peeled off from the rotor shaft 15 can reach the outside. The radial openings 37 are continued in bores 39 in the cylinder base 18.
As shown in FIG. 2, an inlet channel 30 for a solvent and / or for plasticizers is located on the top of the peeling device 29. The solvent or plasticizer flows from the channel 30 via the extinguishers 32 onto the shaft, so that the shaft is wetted with it in the area of the wipers 28. This simplifies the work of the wipers 28, because then the material adhering to the shaft cannot vulcanize. Rather, it is softened and can therefore be easily stripped off. If the openings 37 are arranged laterally in the sleeve 25, the lower part of the recess 35 forms a bath for the rotor shaft 15. Such a plasticizer or solvent bath then continuously wets the rotor shaft 15, so that material adhering to the rotor shaft is safe softened and the stripping work is facilitated.
2 shows, the axial-radial bearing 41 is provided in a flange 40 of the cylinder base 18. Thanks to the arrangement of the sleeve 25 and the bearing 41 in the same machine component, both are aligned exactly coaxially to one another. Thanks to the proximity of the bearing 41 to the sleeve 25 with the through opening 17, the sleeve is relieved of radial forces, which increases its service life. This has the advantage. that only a little material can flow along the shaft 15 even after the machine has been in operation for a long time. The peeling device 29 is therefore easily able to cleanly remove such material.
While the arrangement of the bearing 41 makes a significant contribution to reducing the leakage, conversely the peeling device 29 only makes the arrangement of the bearing 41 in the cylinder base 18 possible, since it largely precludes contamination of the bearing 41 from escaping material. The bearing 41 is therefore functional over a long period of operation and is subject to only slight wear.
As can be seen. the bearing 41 is designed as an axial-radial bearing. It consists of the central self-aligning bearing 43, from which the rollers 45 can be seen. This self-aligning bearing 43 absorbs the radial load.
In order to enable axial movement of the rotor shaft 15, the rollers 47 are provided, four of which can be seen in the drawing. Further such rollers 47 are distributed over the circumference of the rotor shaft 15.
The rotor 21 is conical on both sides or spherical convex. In other words. the front side 49 and the corresponding rear side 51 of the rotor 21 have approximately the shape of a cone or spherical shell. This configuration has the effect that, during operation, the material to be processed tends to flow off in the event of an axial movement of the rotor 21 in the direction of the periphery, where most of the through openings, which may have the shape of slots 53, for example, are located. The purpose of this design of the surfaces 49 and 51 is to reduce the surface pressure. It makes sense. that a conical shape is particularly advantageous. even the cone in the center, i.e. in the area where there are no through openings, could be more pointed than in the peripheral area.
Above all, the reduction in surface pressure achieves this. that leakage of material through the sleeve 25 along the rotor shaft 15 is reduced. However, the load on the cylinder cover 20 or
on the bearings of the rotor shaft 15.
As shown in FIG. 4, the cylinder 19 can have grooves running practically in the longitudinal direction on the inner wall. These grooves can run parallel to the rotor axis or have a right or left twist, which advantageously does not have a 10 pitch. Such grooves 55 prevent rotation of the material to be processed in the cylinder space 19. Different groove profiles are possible, e.g. a semicircular profile as shown in Fig. 4, or a sawtooth profile as shown in Figs. 4a and 4b. Depending on the materials to be processed, one or the other profile is better to prevent rotation.
The same applies to the arrangement of a swirl.