DD124024B1

DD124024B1 - Mixing and shearing element

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

Description

Misch- und ScherelementMixing and shearing element

Die Erfindung betrifft ein Misch- und Scherelement einer aus einer oder mehreren Schnecke(n) und Zylinder(n) bestehenden Piastizier- und/oder Fördereinrichtung plastischer Massen«The invention relates to a mixing and shearing element of a plasticizing and / or conveying device of plastic masses consisting of one or more screw (s) and cylinder (s). "

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.In the processing of plastic masses, efforts are increasingly being made to improve the quality of the products without restricting the quantity output of a plant. It is known that these high demands on Mengenleiötung and quality by the conventional Piastizier- and / or conveyors can no longer be met · For this reason, it is attempted to mix the plastic flow so intense and / or by the most diverse modifications within the screw and cylinder To shame that good product qualities are achieved, even for high flow rates.

Zur Verbesserung der stofflichen Homogenität plastischer Massen ist eine Vorrichtung bekannt, die EingangsnutenTo improve the material homogeneity of plastic masses, a device is known, the input grooves

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.which are open at the input and closed at the output and output grooves whose input is closed and output is open. Between input and output grooves, there is an overflow bridge over which the material must squeeze, severely sheared and completely digested.

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.The disadvantage of this device is that the plastic masses are exposed to high shear forces when crossing the narrow overflow gap, without achieving a homogenization of the material homogeneity and the temperature. A disadvantage of this device is further that it acts as a pressure consumer, that is, that pressure energy is converted into velocity energy or heat.

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.It is an object of the invention to design a mixing and shearing element appropriately so that an improvement in the Extrudatqualität achieved and the performance of the product © is increased.

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.The object of the invention is to provide a mixing and shearing element with which the thermal and material homogeneity of plastic compounds is improved by targeted rearrangement processes.

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»According to the invention the object is achieved in that along a screw mixing and shear elements are arranged, which distributed over the circumference of the screw, having axially directed recesses. These recesses are geometrically designed so that their base surfaces are curved in the axial direction or have a constant inclination, wherein the recesses of the mixing and shearing element in the circumferential direction alternately decrease from maximum recess depth to recess depth equal to zero or »

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.increase from recess depth equal to UuIl largest recess depth, whereby a gusset area between adjacent recesses is formed, which serves as a flow-over opening of two adjacent recesses. The size of these overflow openings depends on the length of the mixing and shearing element, on the inclination of the base area of the recesses or on the type of curvature. The inclination of the base areas or the type of curvature can be different at the recesses distributed around the circumference. The geometric design of the mixing and shear element has the following effect: The coming of the screw channel melt is divided by the many circumferentially mounted recesses · When flowing into the recesses the melt located on Schnekkengrund is raised radially due to the formation of the base of the recesses and with Melt at different temperature levels brought together. The melt vortices forming in the intermediate region between adjacent recesses lead to an a due to the different speeds of the melt flow prevailing over the cross section of the gusset region into the adjacent recesses extremely intensive mixing effect, whereby the substance particles are mixed in both the axial and in the radial direction and thus uniformed. This ensures that the melt supplied to the mold is of high quality. This is a prerequisite for the production of flawless product qualities in economic operation of the machine. Another possibility of the embodiment of the mixing and shearing element is given by the fact that the recesses described are incorporated in the inner wall of the cylinder and the screw is cylindrical in this section smooth.

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.An additional advantageous design of the solution according to the invention is that a conveying effect is achieved for the mixing or "shearing effect, which can be achieved by incorporating the recesses at a certain angle to the axial direction. The mixing or shearing action of the mixing and shearing elements can be further improved be by the base surfaces of the recesses in the axial direction and / or have circumferentially facing recesses. A particularly intensive mixing and shearing action is achieved with the mixing and shearing elements, if they are used in double or multi-screw machines. For this purpose, one or more offset in the circumferential direction by a recess pitch mixing and shearing elements can be arranged behind each other and / or separated by smooth intermediate rings.

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.The inventive solution of the technical problem, it is possible to severely limit the temperature gradient of the melt in the axial and radial directions. Furthermore, it is achieved by the inventive solution that z. B. when mixing color particles in both the solid and in the melt state, a good material homogeneity is achieved. The same is true for many poorly mixable melt modifiers.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörenden Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. In the accompanying drawing show:

Pig. 1: eine Seitenansicht und den Schnitt A-A Pig. 2: die Draufsicht und den Schnitt B-BPig. 1: a side view and the section A-A Pig. 2: the plan view and the section B-B

Pig. 3: den Schnitt des Misch- und Scherelementes im ZylinderPig. 3: the section of the mixing and shearing element in the cylinder

Pig. 4: Misch-und Scherelement in einem DoppelschneckenextruderPig. 4: mixing and shearing element in a twin-screw extruder

Fig. 5: die Draufsicht und den Schnitt C-CFig. 5: the top view and the section C-C

Fig. 6: eine Abwicklung eines Misch- und Scherelementes mit Aussparungen6 shows a development of a mixing and shearing element with recesses

Fig. 7; eine Abwicklung eines Misch- und Scherelementes mit AussparungenFig. 7; a development of a mixing and shear element with recesses

Fig. 8: eine Seitenansicht und eine Abwicklung mit Schnitt D-DFig. 8: a side view and a development with section 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-From Fig. 1, the basic concept of the mixing and shear element 1 can be seen, in which the recesses 2; 3 are incorporated so that a ZwickeIbereich 4 is formed between the adjacent recesses 2j3, wherein the base surfaces 5, 6 of the recesses 2, 3 are alternately inclined to each other so that they decrease from greatest recess depth t- to recess depth t equal to zero or from Recess depth t equal to zero increase to maximum recess depth tp. 2 shows a plastification and conveying device, comprising a cylinder 7 and a screw 8 with a mixing and shearing element 1. The screw 8 can be equipped with one or more mixing or shearing elements 1. The gusset region 4 is limited by the mixing and shearing element 1 and the cylinder 7. In Fig. 3, a further embodiment is shown, namely the equipment of the cylinder 7 with the mixing and shear element 1, wherein the screw 8 is cylindrical smooth in this area. The gusset area 4 is defined by the mixing and shearing element 1 and its screw

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.The mixing and shearing element 1 in a twin-screw extruder is shown in Pig x 4. The gusset region 4 is formed by the cylinder 10 and the mixing and shearing elements 1, high shear forces occurring in the combing region 11 of the mixing and shearing elements 1 As a result, it is possible to disperse even extremely poorly modifiable modifiers (stabilizers, paraben concentrates, lubricants) evenly in the plastic material. Pig. 5 shows the mixing and shearing element 1 with axially machined depressions 12. These depressions 12 cause by their additional division of the mass flow a further improvement of the mixing or homogenizing effect · From Pig · 6 is the settlement of the mixing and shearing element 1 with recesses 2 \ 3 and recesses 12 at an angle oC to the screw axis 13 to see. This arrangement of the recesses 2; 3 brings with it the advantage that a conveying effect is added to the intensive mixing and shearing effect. According to Pig. 7, the unwinding of the mixing and shearing element 1 is provided with recesses 2, 3 and depressions at an angle .alpha. To the screw axis 13, recesses 14 in the circumferential direction 15 are incorporated, which help to improve the mixing effect by further melt stream split · In Pig. 8 is a mixing and shearing element 1 for thermally sensitive plastic with dead space inlet surfaces 16 shown · This type of inlet design of the recesses 2j 3 ensures that a continuous flow of material is present, d. h · that no local Überhitzungeη occur.

Claims

claims

1, mixing and shearing element of a one or more screw (s) and cylinder (s) existing Piastizier- and / or conveying of plastic masses distributed over the circumference of the screw axially directed recesses, characterized in that the base surfaces (5; 6) the recesses (2j 3) are curved in the axial direction or have a constant inclination and the recesses (2; 3) in the circumferential direction (14) of the mixing and shearing element (1) alternately from largest recess depth (t ^) to recess depth (t) equal zero [· remove or recess of depth (t) equal to zero / on Aussparungatiefe largest increase and thereby a crotch region (4) between the adjacent recesses _(t?) (2; 3) can be formed.

2 * mixing and shearing element according to claim 1, characterized in that the recesses (2; 3) in the inner wall of the cylinder (7) are einarbeitbar and the screw (8) over this section (A) is smooth.

3. mixing and shearing element according to claim 1 and 2, characterized in that the recesses (2, 3) at an angle (cC) to the screw axis (13) are arranged.

4. mixing and shearing element according to claim 1 to 3, characterized in that the base surfaces (5; 6) of the recesses (2; 3) in the direction of the screw axis (13) and in the circumferential direction (14) facing recesses (12) and Own inlet surfaces (16) ,.

5 · mixing and shearing element according to claim 1 to 4 »characterized in that a plurality of circumferentially (14) offset by half a recess pitch mixing and shearing elements (1) are arranged behind each other and / or separated by smooth intermediate rings.