DD124024B1

DD124024B1 - Misch- und Scherelement

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Publication number: DD124024B1
Authority: DD
Publication date: 1980-06-25

Description

Misch- und Scherelement

Die Erfindung betrifft ein Misch- und Scherelement einer aus einer oder mehreren Schnecke(n) und Zylinder(n) bestehenden Piastizier- und/oder Fördereinrichtung plastischer Massen«

Bei der Verarbeitung plastischer Massen geht in immer stärkerem Maße das Bestreben dahin, die Qualität der Erzeugnisse zu verbessern, ohne dabei die Mengenleistung einer Anlage einzuschränken. Es ist bekannt, daß diese hohen Forderungen an Mengenleiötung und Qualität durch die konventionellen Piastizier- und/oder Fördereinrichtungen nicht mehr erfüllt werden können· Aus diesem Grund wird versucht, durch die mannigfaltigsten Modifikationen innerhalb Schnecke und Zylinder den Plaststrom derartig intensiv zu mischen und/oder zu scheren, daJ3 auch für hohe Mengenleistungen gute Produktqualitäten erzielt werden.

Zur Verbesserung der stofflichen Homogenität plastischer Massen ist eine Vorrichtung bekannt, die Eingangsnuten

besitzt, die am Eingang offen und am Ausgang geschlossen sind und Ausgangsnuten, deren Eingang geschlossen und Ausgang offen ist. Zwischen Eingangs- und Ausgangsnuten befindet sich ein Überlaufsteg, über den sich das Material hindurchzwängen muß, wobei es stark geschert und Völlig aufgeschlossen wird.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß die plastischen Massen beim Überqueren des engen Überlaufspaltes hohen Scherkräften ausgesetzt werden, ohne dabei eine Vergleichmäßigung der stofflichen Homogenität und der Temperatur zu erzielen. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist weiterhin, daß sie als Druckverbraucher wirkt, das heißt, daß Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie bzw. Wärme umgewandelt wird.

Es ist Zweck der Erfindung, ein Misch- und Scherelement zweckentsprechend so zu gestalten, daß eine Verbesserung der Extrudatqualität erzielt und das Gebrauchsverhalten der Produkt© erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Misch- und Scherelement zu schaffen, mit dem durch gezielte Umlagerungsvorgange die thermische und stoffliche Homogenität von Plastmassen verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß entlang einer Schnecke Misch- und Scherelemente angeordnet sind, die über dem Umfang der Schnecke verteilte, axialgerichtete Aussparungen besitzen. Diese Aussparungen sind geometrisch so ausgebildet, daß ihre Grundflächen in Achsrichtung gekrümmt oder eine konstante Neigung aufweisen, wobei die Aussparungen des Misch-und Scherelementes in Umfangsrichtung abwechselnd von größter Aussparungstiefe auf Aussparungstiefe gleich Null abnehmen bzw»

von Aussparungstiefe gleich UuIl auf größte Aussparungstiefe zunehmen, wodurch ein Zwickelbereich zwischen benachbarten Aussparungen gebildet wird, welcher als Überströmöffnung zweier benachbarter Aussparungen dient. Die Größe dieser Überströmöffnungen ist abhängig von der Länge des Misch- und Scherelementes, von der Neigung der Grundfläche der Aussparungen bzw· von deren Art der Krümmung· Die Neigung der Grundflächen bzw· deren Art der Krümmung kann an den am Umfang verteilten Aussparungen verschieden sein· Die geometrische Ausbildung des Misch- und Scherelementes bewirkt folgenden Effekt: Die vom Schneckenkanal kommende Schmelze wird durch die vielen am Umfang angebrachten Aussparungen aufgeteilt· Beim Einströmen in die Aussparungen wird die am Schnekkengrund befindliche Schmelze auf Grund der Ausbildung der Grundfläche der Aussparungen radial angehoben und mit Schmelze anderen Temperaturniveaus zusammengebracht· Die sich im Zwischenbereich zwischen benachbarten Aussparungen ausbildenden Schmelzewirbel führen auf Grund der über den Querschnitt des Zwickelbereiches herrschenden, unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Schmelzestromes in die benachbarten Aussparungen zu einem außerordentlich intensiven Mischeffekt, wobei die Stoffteilchen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung durchmischt und somit vergleichmäßigt werden. Dadurch wird gewährleistet, daß die dem Formwerkzeug zugeführte Schmelze qualitativ hochwertig ist· Dies ist Voraussetzung für die Herstellung einwandfreier Produktqualitäten bei ökonomischer Betriebsweise der Maschine. Eine weitere Möglichkeit der Ausführungsart des Misch- und Scherelementes ist dadurch gegeben, daß die beschriebenen Aussparungen in die Innenwandung des Zylinders eingearbeitet sind und die Schnecke in diesem Abschnitt zylindrisch glatt ist.

Eine zusätzliche vorteilhafte Auslegung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß zum Misch- bzw« Schereffekt ein Pördereffekt erzielt wird, der durch Einarbeitung der Aussparungen unter einem gewissen Winkel zur Achsrichtung erreichbar ist· Die Misch- bzw. Scherwirkung des Misch- und Scherelernentes kann weiter verbessert werden, indem die Grundflächen der Aussparungen in Achsrichtung und/oder in Umfangsrichtung zeigende Vertiefungen aufweisen. Eine besonders intensive Misch- und Scherwirkung wird mit den Misch- und Scherelementen erzielt, wenn sie in Doppel- oder Mehrschneckenmaschinen zum Einsatz kommen. Hierfür können ein oder mehrere in Umfangsrichtung um eine Aussparungsteilung versetzte Misch- und Scherelemente hintereinander und/oder durch glatte Zwischenringe getrennt angeordnet werden.

Durch die erfindungsgemäße Lösung der technischen Aufgabe wird es möglich, den Temperaturgradienten der Schmelze in axialer und radialer Richtung stark einzuschränken. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Lösung erreicht, daß z. B. beim Einmischen von Farbpartikelchen sowohl im festen als auch im Schmelze-Zustand eine gute stoffliche Homogenität erzielt wird. Das Gleiche trifft für viele schlecht einmischbare Schmelzemodifikatoren zu.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörenden Zeichnung zeigen:

Pig. 1: eine Seitenansicht und den Schnitt A-A Pig. 2: die Draufsicht und den Schnitt B-B

Pig. 3: den Schnitt des Misch- und Scherelementes im Zylinder

Pig. 4: Misch-und Scherelement in einem Doppelschneckenextruder

Fig. 5: die Draufsicht und den Schnitt C-C

Fig. 6: eine Abwicklung eines Misch- und Scherelementes mit Aussparungen

Fig. 7; eine Abwicklung eines Misch- und Scherelementes mit Aussparungen

Fig. 8: eine Seitenansicht und eine Abwicklung mit Schnitt D-D

Aus Fig. 1 ist das Grundkonzept des Misch- und Scherelementes 1 ersichtlich, in das die Aussparungen 2; 3 so eingearbeitet sind, daß zwischen den benachbarten Aussparungen 2j3 ein ZwickeIbereich 4 gebildet wird, wobei die Grundflächen 5;6 der Aussparungen 2, 3 so abwechselnd gegeneinander geneigt sind, daß sie von größter Aussparungstiefe t- auf Aussparungstiefe t gleich Null abnehmen bzw. von Aussparungstiefe t gleich Null auf größte Aussparungstiefe tp zunehmen. Fig. 2 zeigt eine Piastizier- und Fördereinrichtung, bestehend aus Zylinder 7 und Schnecke 8 mit Misch- und Scherelement 1. Die Schnecke 8 kann sowohl mit einen oder mehreren Misch- oder Scherelementen 1 ausgerüstet werden. Der Zwickelbereich 4 wird durch das Misch- und Scherelement 1 und dem Zylinder 7 begrenzt. In Fig. 3 wird eine weitere Ausführungsvariante gezeigt und zwar die Ausrüstung des Zylinders 7 mit dem Mischund Scherelement 1, wobei die Schnecke 8 in diesem Bereich zylindrisch glatt ist. Der Zwickelbereich 4 wird durch das Misch- und Scherelement 1 und deren Schnecken-

grund 9 begrenzt· Das Misch- und Scherelement 1 in einem Doppelschneckenextruder ist in Pig· 4 dargestellt· Der Zwickelbereich 4 wird durch den Zylinder 10 und den Misch- und Scherelementen 1 gebildet, wobei im Kämmbereich 11 der Misch- und Scherelemente 1 hohe Scherkräfte auftreten, da hier das Zwickelvolumen stark reduziert wird· Dadurch ist es möglich, auch äußerst schlecht einmischbare Modifikatoren (Stabilisatoren, Parbkonzentrate, Gleitmittel) gleichmäßig im Plastmaterial zu verteilen· Pig· 5 zeigt das Misch- und Scherelement 1 mit axial eingearbeiteten Vertiefungen 12. Diese Vertiefungen 12 bewirken durch ihre zusätzliche Teilung des Massestromes eine weitere Verbesserung des Misch- bzw. Homogenisiereffektes· Aus Pig· 6 ist die Abwicklung des Misch- und Scherelementes 1 mit Aussparungen 2\ 3 und Vertiefungen 12 in einem Winkel oC zur Schneckenachse 13 zu ersehen. Diese Anordnung der Aussparungen 2; 3 bringt den Vorteil, daß zum intensiven Misch- und Schereffekt ein Fördereffekt hinzukommt· Nach Pig· 7 ist die Abwicklung des Misch- und Scherelementes 1 mit Aussparungen 2, 3 und Vertiefungen in einem Winkel oC zur Schneckenachse 13 versehen, wobei in Umfangsrichtung 14 Vertiefungen 15 eingearbeitet sind, die durch eine weitere Schmelzestromteilung den Mischeffekt verbessern helfen· In Pig. 8 ist ein Misch- und Scherelement 1 für thermisch empfindliche Plaste mit totraumlosen Einlaufflächen 16 abgebildet· Durch diese Art der Einlaufgestaltung an den Aussparungen 2j 3 wird gewährleistet, daß ein steter Materialfluß vorhanden ist, d. h· daß keine örtlichen Überhitzungeη auftreten.

Claims

Patentansprüche

1, Misch- und Scherelement einer aus einer oder mehreren Schnecke(n) und Zylinder(n) bestehenden Piastizier- und/ oder Fördereinriehtung plastischer Massen mit über dem Umfang der Schnecke verteilten axialgerichteten Aussparungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen (5; 6) der Aussparungen (2j 3) in Achsrichtung gekrümmt sind oder eine konstante Neigung aufweisen und die Aussparungen (2; 3) in Umfangsrichtung (14) des Misch- und Scherelementes (1) abwechselnd von größter Aussparungstiefe (t^) auf Aussparungetiefe (t) gleich Null[abnehmen bzw· von Aussparungstiefe (t) gleich Null/auf größte Aussparungatiefe (t_?) zunehmen und dadurch ein Zwickelbereich (4) zwischen den benachbarten Aussparungen (2; 3) bildbar ist.

2* Misch- und Scherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (2; 3) in die Innenwandung des Zylinders (7) einarbeitbar sind und die Schnecke (8) über diesen Abschnitt (A) glatt ist.

3. Misch- und Scherelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (2; 3) unter einem Winkel (cC ) zur Schneckenachse (13) angeordnet sind.

4. Misch- und Scherelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen (5; 6) der Aussparungen (2; 3) in Richtung der Schneckenachse (13) und in Umfangsrichtung (14) zeigende Vertiefungen (12) aufweisen und Einlauf flächen (16) besitzen,.

5· Misch- und Scherelement nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Umfangsrichtung (14) um eine halbe Aussparungsteilung versetzte Misch- und Scherelemente (1) hintereinander und/oder durch glatte Zwischenringe getrennt angeordnet sind.