CH673617A5

CH673617A5 - Continuous mixing kneader - with stirrer discharging into twin screw extruder

Info

Publication number: CH673617A5
Application number: CH296/83A
Authority: CH
Inventors: Heinz Dipl-Ing List; Joerg Dipl-Ing List; Walther Dr Dipl-Ing Schwenk
Original assignee: List Ag
Priority date: 1983-01-19
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1990-03-30

Abstract

A continuous mixing kneader for viscous and pasty products has a discharge head with a stirring shaft and a stirrer which passes the material in an extruder with two intermeshing extruder screws. The min. distance between the periphery of the extruder screws and the inside of the discharge head is 50 mm. ADVANTAGE - This solves the problem of pressure build-up for the entry in the extruder and can be used even for high-viscosity products.

Description

       

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die   Erfindung    betrifft einen kontinuierlich arbeitenden Mischkneter mit Extruder gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1.



   Die heute auf dem Markt befindlichen Mischkneter lassen sich praktisch in zwei Klassen einteilen. Die eine Klasse betrifft die ein- oder mehrgängigen Extruderschnecken mit vorwiegend axialer Mischbewegung. Diese Mischschnecken bauen genügend Druck auf um das viskos pastöse Produkt auf der Austrittsseite auszupressen. Da diese Mischkneter nach dem   Extruderprinzip    sowohl bezüglich der von Volumen und Durchsatz abhängigen Verweilzeit technisch und wirtschaftlich begrenzt sind, wurden grossvolumige Misch kneter mit vorwiegend radialer Mischwirkung entwickelt, wie sie beispielsweise in den Patenten CH 506 322 und CH
583 061 ersichtlich sind.



   Die vorwiegend radiale Mischbewegung und die meist wegen der längeren Verweilzeit notwendige schwache Neigung der Transportbarren erfordert für den Austrag viskos pastöser Produkte besondere Massnahmen für einen   Druck-    aufbau im viskos pastösen Produkt, um dieses Produkt durch die Austragsöffnung im Austragskopf direkt in die Eintragsöffnung des Extruders hineinzupressen.



   Die vorliegende Erfindung gemäss dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 hat das Problem des Druckaufbaus am Eintrag des viskos pastösen Produkts in den Extruder einwandfrei gelöst und damit das Einsatzgebiet der Mischkneter mit vorwiegend radialer Mischbewegung in die Verarbeitung auch hoch viskoser Produkte erweitert.



   Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Ansicht eines Mischkneters mit Extruder.



   Fig. 2 Vertikaler Längsschnitt eines Austragskopfes nach Linie   I-IL    der Fig. 3.



   Fig. 3 Querschnitt des Austragskopfes gemäss Fig. 1 und Fig. 2 nach Linie III-IV in Fig. 2.



   Fig. 4 Vertikaler Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Austragskopfes.



   Fig. 5 Schnitt nach Linie V-VI in Fig. 4.



   Fig. 6 Darstellung der Wirkungsweise einer Umlenkplatte anhand einer in die Ebene projezierten Darstellung des unteren zylindrischen Teils des Austragskopfes, gemäss Fig.



     4und5.   



   Fig. 7 Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Austragskopfes an einem zweiwelligen Mischkneter mit Extruder.



   Fig. 8 Horizontaler Teilschnitt des Austragskopfes des zweiwelligen Mischkneters gemäss Fig. 7 nach der Linie V-VI.



   Fig. 9 Vertikal-Schnitt durch den Austragskopf des zweiwelligen Mischkneters nach der Linie VII-VIII der Fig. 7.



   Fig. 1 zeigt die Ansicht eines einwelligen Mischkneters wie er beispielsweise Gegenstand des Patents CH 583 061 ist.



   Der Arbeitsraum dieses Mischkneters besteht aus den Gehäusen 1 und 2 sowie dem Austragskopf 3, an dem auch der Doppelwellenextruder 4 befestigt ist. Im vorliegenden Fall ist das Gehäuse 1 mit den Pratzen 5 auf den Support 6 abgestützt. Die anderen Gehäuseteile 2, 3 und 4 sind freifliegend an das Gehäuse 1 angeflanscht. Gegen den Antrieb hin ist das Gehäuse durch die Stirnwand 7 mit der Stopfbüchse 8 für die Wellendurchführung abgeschlossen. Die Stirnplatte 7 ist gleichzeitig mit dem Lagergehäuse 10 fest verbunden, in dem die Rührerwelle 9 gelagert ist. Auf der Gegenseite ist die Rührerwelle 9 in einem Lager 11 auf der Austrittsseite abgestützt.



   Der Antrieb der Rührerwelle um seine Längsachse A erfolgt vom Elektromotor 12 über das Getriebe 13, die mittels der Wippe 14 am Support 6 aufgehängt sind über den Keilriemen oder den Kettentrieb 15 auf die Rührwelle 9. Die Figur zeigt ausserdem zwei Reihen 16 wie sie im Patent CH 583 061 geschildert sind von im Gehäuse 1 befestigten und nach innen zwischen die Rührerschnecke hineinragenden Knetelementen.



   Im Längsschnitt Fig. 2 sowie dem Querschnitt Fig. 3 des Austragskopfs ist der Erfindungsgegenstand besser ersichtlich gemacht. Die Querschnittsebene Fig. 3 ist am Übergang in die Extruderachsen abgewinkelt. Der Austragskopf 3 ist mittels Flansch 18 an den Flansch 17 des Gehäuseschusses 2 angeschraubt und hat einen Heizmantel im zylindrischen
Teil 19.

  Der Schnitt macht auch das Lager 11 für die Rührwelle 9 ersichtlich Das Gehäuse 4 für den hier gewählten
Doppelschnecken-Extruder mit ineinandergreifenden
Schnecken ist in einem Winkel von   45    in dem Übergang zwischen zylindrischem Teil 3a und der Stirnwand 3b am Auslaufgehäuse angesetzt, sodass sich in der Eintragsöffnung für den Extruder die äussere Rotationslinie des Rührelements im Mischkneter auf sehr kurze Distanz dem äusse  ren Durchmesser der Extruderschnecke 22 nähert, die mit der zweiten Extruderschnecke 23 kämmt.



   Das Rührelement 24 mit den radialen Befestigungsarmen 25 und 26 ist so geformt, dass das Material in die Eintritts öffnung des Extrudergehäuses 4 hereingepresst wird. Um die Presswirkung zu erhöhen, wird das Rührelement 24 in dem Austragskopf oft 2- oder auch 3-fach, auf der Rührwelle aufgesetzt. Erwähnenswert ist noch die Stauplatte 27, die für eine gleichbleibende Füllung des Mischkneters Sorge trägt.



  Das in den Extruder gelangende Produkt wird von den Doppelschnecken erfasst, wobei das Material auch durch besondere Strangdüsen - wenn notwendig - verformt werden. Der Antrieb des Extruders erfolgt hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch durch das Antriebsaggregat 29, 30 ist ein Schau glasstutzen zur Beobachtung des Vorgangs.



   Entsprechend dem Patentanspruch sichert im vorliegen den Beispiel eine starke schneckenförmige Neigung des
Rührelements 24 mit den ebenfalls schräg angestellten radia len Rührarmen 25 und 26 für den notwendigen Transport und Druckaufbau des Produktes in der Eintrittsöffnung zum
Extruder 4. Der Abstand der Rotationslinien der Extruder schnecke 22 von der Innenwand des Austragskopfes beträgt maxiaml 50 mm. Dadurch wird eine Stopfenbildung und da mit ein Unterbruch des Transports zwischen der Austritts  öffnung des Austragskopfes und der Eintrittsöffnung des Ex truders vermieden.



   Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Anwendung des Erfindungsprinzips für eine Austrittsöffnung im zylindrischen Teil eines Austragskopfes 31. Der Austragskopf 31 ist mit dem Flansch 32 am   Austrittsflansch    33 des Mischkneters 34 angeschraubt. Zwischen diesen Flanschen ist die Stauplatte 35 eingeklemmt, die zum Gleichhalten des Füllniveaus im
Mischkneter dient. In dem Austragskopf rotiert die Rührwelle 36, die in der Stirnwand des Austragskopfes 31 gelagert ist. Das Lager ist durch den Deckel 37 kontrollierbar.



  Auf der Rührwelle 36 sind je drei Rührelemente 38 und drei
Rührelemente 39 angeordnet, deren axiale Rührbarren mit einem Zwischenraum 40 voneinander getrennt sind. Dieser Zwischenraum 40 wird von den Rührelementen 38 und 39 nicht erfasst und erlaubt die Befestigung eines Abstützarmes 41 für die Umlenkplatte 42. Unter der schräg angestellten
Umlenkplatte 42 befindet sich die Eintragsöffnung 43 für den Extruder 44 mit den beiden Schnecken 45 und 46. 47 ist das Antriebsaggregat für den Extruder. Das Produkt wird nach der Überwindung der Stauplatte 35 von den Rührelementen 38 und 39 erfasst und gegen die Umlenkplatte 42 transportiert.



   Durch die Schrägstellung der Umlenkplatte 42 wird im
Produkt ein Druck gegen die Eintragsöffnung 43 des Extruders 44 ausgeübt. Das so in den Extruder gedrückte Produkt wird von den Schnecken 45 und 46 erfasst und ausgetragen.



  Die Austragsschnecken können hierbei entweder so geschnit ten sein, dass sie in der Drehrichtung gegeneinander oder in der gleichen Drehrichtung arbeiten. Die Wirkung der Um lenkplatte hat sich für den Austrag viskos pastöser Produkte als sehr wirksam erwiesen. Der Vorgang ist in Fig. 6 als eine
Abwicklung der unteren Hälfte des Austragskopfes 31 dar gestellt, wobei die untere Hälfte in eine Ebene geklappt ist.



   Es ist daraus ersichtlich, dass die Rührelemente 38 und 39 bei einer Bewegung in der Pfeilrichtung mit dem Zwischen raum 40 ohne Schwierigkeiten den Abstützarm 41 der Um lenkplatte 42 passieren können. Die Eintragsöffnung für den
Extruder ist hier ebenfalls mit 43 bezeichnet.



   Fig. 7, 8 und 9 zeigen die Anwendung des Erfindungs prinzips für einen zweiwelligen Mischkneter. Auf der Seiten ansicht Fig. 7 ist der Mischkneter mit 50 und der Flansch mit 51 bezeichnet, an dem der Austragskopf 52 mit einer
Längsachse B mittels Flansch 53 befestigt ist. 54 ist der Heiz mantel für den Austragskopf mit den Heizanschlüssen 55 und 56, einem oberen Stutzen 57 und einem unteren Stutzen
58. Noch besser aus der Fig. 8 erkennbar, ist an Flansch 59, der Stirnwand des Auslaufkopfes, die Laterne 66 mit den
Lagern 67 und 68 für die beiden Rührwellen des Mischkne ters angeschraubt.



   Direkt an die Stirnwand 59 angesetzt sind auch die beiden Stopfbüchsen 69 und 70 für die beiden Rührerwellen.



  Zwischen den beiden Stopfbüchsen ist vertikal das Gehäuse
60 für den Extruder mit dem Heizmantel 61 angeordnet, wobei 62 und 63 die Zu- und Abführstutzen für das Heizmittel sind. 64 ist das Antriebsaggregat für den Extruder. In dem Austragskopf 52 mit Heizmantel 54 sind die Rührelemente 79, 82 ähnlich angeordnet wie in dem eigentlichen Mischkneter. Es ist lediglich empfehlenswert, die Steigung der schnekkenförmigen Rührelemente 79 des Hauptrührers und entsprechend 82 des Putzrührers (Patent CH 506 322) mit einer grösseren Neigung auszuführen um den Druckaufbau im
Produkt zu erhöhen. Die Rührwelle 75 mit Wellenzapfen 76 ist mit 4 weiteren Scheibenelementen 77 bestückt, auf denen am äusseren Durchmesser die geneigten Rührelemente 79 angeordnet sind. Diese als Transportelemente dienenden
Rührelemente werden vor der Stirnwand durch schaberarti ge Arme 78 abgestützt.

  Während sich auf der Rührwelle 75 je 4 gleiche Elemente befinden, sind auf der 4 mal schneller umlaufenden Putzwelle 80 mit Wellenzapfen 81 nur ein Rüh rerelement 82 abgestützt über Armen 83 und 84 auf dem
Umfang angeordnet. Diese rahmenartigen Elemente auf der
Putzwelle greifen bei dem Umlauf der Welle gegeneinander zwischen die Scheibenelemente 77 der Hauptwelle ein. Die
Rührelemente 79 und 82 der beiden Wellen pressen das Pro dukt in die Eintragsöffnung 65 des Extruders 60. Diese Ein tragsöffnung 65 wird hierbei   zweckmässig    in die Ebene zwi schen den beiden Wellen gelegt, wo der Druckaufbau das In einanderpressen des Produktes durch die beiden Rührwellen elemente am grössten ist, in Fig. 9 strichpunktiert angedeutext.



   In dem abgesetzten Querschnitt Fig. 9 in dem Teilschnitt des Extruders 60 und Heizmantel 61 sind die beiden Extru derschnecken 85 und 86 ersichtlich. Für das Arbeiten unter
Druck oder Vakuum sind die Extruderschnecken ebenfalls durch Stopfbüchsen 87 und 88 abgedichtet. 



  
 



   DESCRIPTION



   The invention relates to a continuously operating mixer kneader with an extruder according to the preamble of patent claim 1.



   The mixer kneaders on the market today can be practically divided into two classes. One class concerns single- or multi-speed extruder screws with predominantly axial mixing movements. These mixing screws build up enough pressure to squeeze out the viscous, pasty product on the outlet side. Since these mixer kneaders are technically and economically limited according to the extruder principle, both with regard to the residence time dependent on volume and throughput, large-volume mixer kneaders with a predominantly radial mixing action have been developed, as described, for example, in the patents CH 506 322 and CH
583 061 can be seen.



   The predominantly radial mixing movement and the weak inclination of the transport bars, which is usually necessary due to the longer dwell time, require special measures for the build-up of viscous pasty products in order to build up pressure in the viscous pasty product in order to press this product directly into the entry opening of the extruder through the discharge opening in the discharge head .



   The present invention according to the characterizing part of claim 1 has solved the problem of pressure build-up at the entry of the viscous pasty product into the extruder and has thus expanded the field of use of the mixing kneader with a predominantly radial mixing movement in the processing of highly viscous products.



   The invention is illustrated in the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 view of a mixer kneader with extruder.



   2 vertical longitudinal section of a discharge head according to line I-IL of FIG. 3rd



   3 cross section of the discharge head according to FIG. 1 and FIG. 2 along line III-IV in FIG. 2.



   Fig. 4 vertical longitudinal section of a further embodiment of a discharge head.



   5 section along line V-VI in Fig. 4th



   6 representation of the mode of operation of a deflection plate on the basis of a representation of the lower cylindrical part of the discharge head projected into the plane, according to FIG.



     4 and 5.



   Fig. 7 side view of another embodiment of a discharge head on a twin-screw mixer with extruder.



   Fig. 8 Horizontal partial section of the discharge head of the twin-shaft mixer kneader according to FIG. 7 along the line V-VI.



   9 vertical section through the discharge head of the twin-shaft mixer kneader along the line VII-VIII of FIG. 7.



   Fig. 1 shows the view of a single-shaft mixer kneader as it is the subject of patent CH 583 061, for example.



   The working space of this mixer kneader consists of the housings 1 and 2 and the discharge head 3, to which the twin-screw extruder 4 is also attached. In the present case, the housing 1 with the claws 5 is supported on the support 6. The other housing parts 2, 3 and 4 are flanged free to the housing 1. Against the drive, the housing is closed off by the end wall 7 with the stuffing box 8 for the shaft bushing. The end plate 7 is simultaneously firmly connected to the bearing housing 10 in which the stirrer shaft 9 is mounted. On the opposite side, the stirrer shaft 9 is supported in a bearing 11 on the outlet side.



   The agitator shaft is driven about its longitudinal axis A by the electric motor 12 via the gear 13, which are suspended from the support 6 by means of the rocker 14 via the V-belt or the chain drive 15 on the agitator shaft 9. The figure also shows two rows 16 as in the patent CH 583 061 describes kneading elements fastened in the housing 1 and projecting inwards between the stirrer screw.



   The subject matter of the invention is made more apparent in the longitudinal section in FIG. 2 and the cross section in FIG. 3 of the discharge head. The cross-sectional plane Fig. 3 is angled at the transition into the extruder axes. The discharge head 3 is screwed to the flange 17 of the housing section 2 by means of flange 18 and has a heating jacket in the cylindrical
Part 19.

  The section also makes the bearing 11 for the agitator shaft 9 visible. The housing 4 for the one selected here
Twin screw extruder with interlocking
Screws are placed at an angle of 45 in the transition between the cylindrical part 3a and the end wall 3b on the outlet housing, so that in the entry opening for the extruder the outer line of rotation of the stirring element in the mixing kneader approaches the outer diameter of the extruder screw 22 at a very short distance, which meshes with the second extruder screw 23.



   The stirring element 24 with the radial fastening arms 25 and 26 is shaped such that the material is pressed into the inlet opening of the extruder housing 4. In order to increase the pressing effect, the stirring element 24 is often placed twice or even three times in the discharge head on the stirring shaft. It is also worth mentioning the baffle plate 27, which ensures that the mixing kneader is filled consistently.



  The product entering the extruder is captured by the twin screws, and the material is also deformed, if necessary, by special extrusion dies. The extruder is driven hydraulically, pneumatically or electrically by the drive unit 29, 30 is a viewing glass nozzle for observing the process.



   According to the patent claim in the present example ensures a strong helical inclination of the
Stirring element 24 with the likewise inclined radia len stirrer arms 25 and 26 for the necessary transport and pressure build-up of the product in the inlet opening
Extruder 4. The distance of the lines of rotation of the extruder screw 22 from the inner wall of the discharge head is a maximum of 50 mm. This prevents the formation of a stopper and therefore prevents transport from being interrupted between the outlet opening of the discharge head and the inlet opening of the extruder.



   4, 5 and 6 show the application of the principle of the invention for an outlet opening in the cylindrical part of a discharge head 31. The discharge head 31 is screwed with the flange 32 to the outlet flange 33 of the mixing kneader 34. Between these flanges, the baffle plate 35 is clamped in order to keep the filling level in the
Mixing kneader is used. The agitator shaft 36, which is mounted in the end wall of the discharge head 31, rotates in the discharge head. The bearing can be checked through the cover 37.



  There are three stirring elements 38 and three on the stirring shaft 36
Stirring elements 39 are arranged, the axial stirring bars of which are separated from one another by a space 40. This intermediate space 40 is not captured by the stirring elements 38 and 39 and allows the attachment of a support arm 41 for the deflection plate 42. Below the inclined one
Deflection plate 42 is the entry opening 43 for the extruder 44 with the two screws 45 and 46. 47 is the drive unit for the extruder. After overcoming the storage plate 35, the product is gripped by the stirring elements 38 and 39 and transported against the deflection plate 42.



   Due to the inclined position of the deflection plate 42
Product exerted pressure against the inlet opening 43 of the extruder 44. The product thus pressed into the extruder is gripped and discharged by the screws 45 and 46.



  The discharge screws can either be cut so that they work against each other in the direction of rotation or in the same direction of rotation. The effect of the Um baffle plate has proven to be very effective for the discharge of viscous pasty products. The process is shown in Fig. 6 as one
Settlement of the lower half of the discharge head 31 is presented, the lower half being folded into one plane.



   It can be seen from this that the stirring elements 38 and 39 can move the support arm 41 of the order to the steering plate 42 without difficulty during a movement in the direction of the arrow with the space 40. The entry opening for the
Extruder is also designated 43 here.



   7, 8 and 9 show the application of the principle of the invention for a twin-screw mixer. On the side view Fig. 7, the mixer kneader is designated 50 and the flange 51, on which the discharge head 52 with a
Longitudinal axis B is fixed by means of flange 53. 54 is the heating jacket for the discharge head with the heating connections 55 and 56, an upper nozzle 57 and a lower nozzle
58. Even better recognizable from FIG. 8, the lantern 66 with the flange 59, the end wall of the discharge head
Bearings 67 and 68 screwed for the two agitator shafts of the mixing knead.



   The two stuffing boxes 69 and 70 for the two stirrer shafts are also attached directly to the end wall 59.



  The housing is vertical between the two stuffing boxes
60 arranged for the extruder with the heating jacket 61, 62 and 63 being the supply and discharge connections for the heating medium. 64 is the drive unit for the extruder. In the discharge head 52 with heating jacket 54, the stirring elements 79, 82 are arranged similarly to the actual mixer kneader. It is only recommended that the slope of the screw-shaped stirring elements 79 of the main stirrer and, correspondingly, 82 of the cleaning stirrer (patent CH 506 322) be designed with a greater inclination in order to build up the pressure in the
Increase product. The agitator shaft 75 with shaft journal 76 is equipped with 4 further disk elements 77, on which the inclined agitator elements 79 are arranged on the outer diameter. These serve as transport elements
Stirring elements are supported in front of the end wall by scraper-like arms 78.

  While there are 4 identical elements on the agitator shaft 75, on the cleaning shaft 80, which rotates 4 times faster, with shaft journals 81, only one stirrer element 82 is supported via arms 83 and 84 on the
Scope arranged. These frame-like elements on the
Cleaning shaft intervene between the disk elements 77 of the main shaft during the rotation of the shaft. The
Stirring elements 79 and 82 of the two shafts press the product into the entry opening 65 of the extruder 60. This entry opening 65 is expediently placed in the plane between the two shafts, where the pressure build-up is the pressing of the product into one another by the two stirrer shaft elements largest is indicated by dash-dotted lines in FIG. 9.



   9 in the partial section of the extruder 60 and heating jacket 61, the two extruder screws 85 and 86 can be seen. For working under
The extruder screws are also sealed under pressure or vacuum by stuffing boxes 87 and 88.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Continuously operating mixer kneader for viscous pasty products with a discharge head (3, 31, 52) penetrated by a stirring shaft (9, 36, 75) and an extruder (4, 44, 60) connected to it via an entry opening (43, 65) ), in which extruder screws (22, 23; 45, 46; 85, 86) are arranged, characterized in that on the agitator shaft (9, 36, 75) inside the discharge head (3, 31, 52) for pressing in the product the entry opening (43, 65) in the extruder (4, 44, 60) stirring elements (24; 38, 39; 79, 82) are arranged and that the smallest distance between the rotational surface lines of the extruder screws (22, 23; 45, 46; 85 , 86) from the inner wall of the discharge head (3, 31, 52) is a maximum of 50 mm.

2. Mixing kneader according to claim 1, characterized in that the stirring elements (24; 79, 82) to the longitudinal axis (A) of the stirring shaft (9; 75, 80) are arranged obliquely.

3. Mixing servant according to claim 2, characterized in that the stirring elements (24; 79, 82) are supported via radial arms (25; 78, 83, 84) against the stirring shaft (9; 75, 80).

4. Mixing kneader according to claim 1, characterized in that on the stirring shaft (36) two stirring elements (38, 39) are arranged with axially opposed stirring bars, which form an intermediate space (40).

5. Mixing kneader according to claim 4, characterized in that the intermediate space (40) is designed such that it allows the passage of a deflection plate (42) which is connected obliquely to the discharge head (31) against the direction of rotation of the agitator shaft (36) , wherein the entry opening (43) to the extruder (44) is under this deflection plate (42).

6. Mixing kneader according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlet opening between the discharge head (3) and extruder (4) at the transition between a cylindrical housing part (3a) of the discharge head (3) and an end wall (3b) closing this housing part. arranged and the extruder (4) is connected at an angle of 450 to the longitudinal axis (A) of the discharge head (3) in the region of the feed opening to the discharge head (3).

7. Mixing kneader according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlet opening (65) between two agitator shafts (75, 80) on an end wall (59) of the discharge head (52) and the extruder (60) radially to the longitudinal axis (B ) of the discharge head (52) is arranged.