DE102022119630A1

DE102022119630A1 - Extrudermischer

Info

Publication number: DE102022119630A1
Application number: DE102022119630.5A
Authority: DE
Inventors: Friedel Dickmeiss; Wolfgang Imping; Nils Stary; Ludger Reichling
Original assignee: BB Engineering GmbH; BTI Holding SE
Current assignee: BB Engineering GmbH; BTI Holding SE
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2023-10-19
Also published as: EP4326522A1; CN117177857A; US20240208130A1; DE102021002064A1; WO2022223435A1

Abstract

Extrudermischer mit einem Stator und einem koaxial zum Stator angeordneten Rotor. Der Rotor ist relativ zum Stator drehbar gelagert. Der Stator ist zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor aufgespannten Volumens angeordnet ist. Der Rotor weist einen Rotorkorb mit einer Vielzahl von Durchbrüchen aufweist. Die Durchbrüche sind in einer Längsrichtung länglich ausgebildet. Ihre Längsrichtung verläuft jeweils windschief zu einer Rotationsachse des Rotors

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Extrudermischer mit einem Stator und einem koaxial zum Stator angeordneten Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar gelagert ist.
Extrudermischer eingangs genannter Art sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und kommen typischerweise für ein Mischen von viskosen und teilgefüllten Fluiden, sowie von geschmolzenen Polymeren zum Einsatz.
Eine Vorrichtung zum Mischen plastifizierbarer Kunstharze ist in der Gebrauchsmusterschrift DE 7433808 U offenbart.
Die Europäische Patentschrift EP 0 048 590 B1 beschreibt einen Extrudermischer mit einem hohlzylindrischen Stator und einem innerhalb des Stators zu seiner Drehung gelagerten zylindrischen Rotor. Die aufeinander zu gerichteten zylindrischen Oberflächen des Rotors und des Stators jeweils Vielzahlen von parallelen, sich über einen Umfang erstreckenden Reihen von Kavitäten tragen.
Ein Extrudermischer mit einer Extruderschnecke, bestehend aus mindestens einer Hülse und einer darin gelagerten zylindrischen Schneckenspitze ist in der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 022 287 A1 offenbart.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen alternativen Extrudermischer bereitzustellen.
Ein Extrudermischer ist eine speziell für den Einsatz in einem Extruder eingerichtete Vorrichtung, welche dem Mischen von zu extrudierendem Material dient. Nicht jede Vorrichtung, die zum Mischen eines Fluids geeignet ist, kann daher als ein Extrudermischer aufgefasst werden.
Der Extrudermischer weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor kann relativ zum Stator rotiert werden. Der Stator ist insoweit nicht rotierbar, als dass der Stator bei üblicher Verwendung des Extrudermischers nicht rotiert werden kann. Das kann beispielsweise dadurch der Fall sein, dass der Stator fest montiert ist. Zwischen Rotor und Stator ist vorzugsweise kein weiteres Element angeordnet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Stator zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor aufgespannten Volumens angeordnet ist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Stator, bezogen auf seine Statorlänge in axialer Richtung, zu einem überwiegenden Anteil innerhalb des Rotors angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße Extrudermischer schafft die Grundlage für Extruder mit einer hohen Mischleistung bei geringem Bauraum. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass ein Extrudermischer bei dem der Stator zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor aufgespannten Volumens angeordnet ist, vergleichsweise einfach bei bestehenden Extrudern nachgerüstet werden kann. Zu dem ergibt sich eine mögliche Variabilität durch eine einfache axiale Positionierung des Stators. Ein entscheidender zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Extrudermischers ist die Möglichkeit, ein Additiv oder mehrere Additive durch den Stator in ein inneres Volumen des Rotors verbringen zu können.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass bei sämtlichen Extrudermischern des Standes der Technik der Rotor drehbar innerhalb des Stators angeordnet ist. In Abkehr von diesem technischen Vorurteil ist beim erfindungsgemäßen Extrudermischer der Stator zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor aufgespannten Volumens angeordnet ist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine überwiegende Länge des Stators innerhalb des durch den Rotor aufgespannten Volumens angeordnet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Stator wenigstens eine insbesondere längliche Ausnehmung und der Rotor wenigstens einen insbesondere länglichen Durchbruch auf. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Ausnehmung und der Durchbruch derart angeordnet, dass sich die Ausnehmung und der Durchbruch während eines Betriebs des Extrudermischers zumindest zeitweise überlappen. Vorzugsweise weist der Stator eine Vielzahl von Ausnehmungen und/oder der Rotor eine Vielzahl von Durchbrüchen auf. Vorzugsweise decken die Ausnehmungen mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 % oder sogar mindestens 80 % einer Mantelfläche des Stators ab. Vorzugsweise decken die Durchbrüche mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 % oder sogar mindestens 80 % einer Mantelfläche des Rotors ab. Durch die Ausnehmungen und Durchbrüche kann das Fluid besonders gut durchmischt werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Rotor einen Rotorkorb auf. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Stator eine axiale Bohrung aufweist, über die ein Fluid in den Rotor eingebracht werden kann. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Stator, bezogen auf seine Statorlänge in axialer Richtung, zu einem überwiegenden Anteil innerhalb des Rotorkorbs angeordnet ist. Unter einem Rotorkorb ist eine Gitterstruktur zu verstehen, die durch Gitterstreben und dazwischen ausgebildete Durchbrüche gebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Rotor eine Mehrzahl von Durchbrüchen auf. Der Durchbruch oder die Durchbrüche können jeweils als Bohrung oder Schlitz bereitgestellt sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Durchbrüche des Rotors in mehreren Durchbruchsreihen angeordnet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich die Durchbruchsreihen jeweils in Längsrichtung (axialer Richtung) des Rotors, insbesondere parallel zu einer Rotationsachse des Rotors, erstrecken. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Durchbruchsreihen entlang eines Umfangs des Rotors gleichmäßig voneinander beabstandet am Rotor angeordnet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Durchbrüche in einer Längsrichtung länglich ausgebildet sind und ihre Längsrichtung jeweils parallel zu einer Rotationsachse des Rotors verläuft. Alternativ kann die Längsrichtung der Durchbrüche jeweils windschief zu der Rotationsachse des Rotors verlaufen.
Die Ausnehmungen am Stator sind in einer Längsrichtung länglich ausgebildet. Die Längsrichtung der Ausnehmungen verläuft jeweils windschief zu der Rotationsachse der Rotors. Die Längsrichtung eines Durchbruchs kann parallel zu einer Längsrichtung einer Ausnehmung sein. Die Längsrichtung eines Durchbruchs kann windschief oder verschränkt zu einer Längsrichtung einer Ausnehmung sein.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Stator eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Ausnehmungen des Stators in mehreren Ausnehmungsreihen angeordnet Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die sich Ausnehmungsreihen jeweils in Längsrichtung des Stators, insbesondere parallel zu der Rotationsachse des Rotors, erstrecken. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Ausnehmungsreihen entlang eines Umfangs des Rotors gleichmäßig voneinander beabstandet am Stator angeordnet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, herausgestellt, wenn derjenige Längsabschnitt des Stators, an dem die Mehrzahl von am Mischvorgang beteiligten Ausnehmungen ausgebildet ist, zu einem überwiegenden Anteil, vorzugsweise zu wenigstens 50 Prozent, weiter bevorzugt wenigstens 80 Prozent, innerhalb des Rotors und/oder Rotorkorbs angeordnet ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Durchbruch des Rotors jeweils mittig versetzt zu einer korrespondierenden Ausnehmung des Stators positioniert ist. Ein mittiger Versatz kann auf die Umfangsrichtung und/oder auf die Längsrichtung des Stators bezogen sein. Durch die Anzahl und Größe der Ausnehmungen im Stator und die Anzahl und Größe der Durchbrüche im Rotor als auch die axiale Positionierung von Rotor und Stator zueinander wird eine Variation der Mischwirkung (durch die Änderung der Überlappung von Ein-/Auslass-Überdeckungen) erzielt. Somit ist beispielsweise durch den Tausch des Stators die Mischleistung des Extrudermischers signifikant beeinflussbar. Die Anordnung der Durchbrüche des Rotors und der korrespondierenden Ausnehmungen im Stator ist vorzugsweise in Reihen und/oder mit einem Mittelversatz von vorzugsweise 50% einer Reiheneinheit gewählt. Durch eine axiale Verschiebung des Stators relativ zum Rotor kann der Versatz (Überlappung) variiert werden (10 - 50% / 90 - 50%).
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Durchbrüche des Rotors in axial versetzter oder gewendelter Anordnung angeordnet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Durchbrüche des Rotors in ein- oder mehrgängiger Wendel eingebracht sind, und die Durchbrüche vorzugsweise mit den Ausnehmungen Stator korrespondieren. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ausnehmungen des Stators in ein- oder mehrgängiger Wendel eingebracht sind.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Durchbrüche im Rotor und/oder die korrespondierenden Ausnehmungen im Stator als Kalotte, Teilkreis-Scheibe oder Rinnen-Nut ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Anzahl von Ausnehmungen im Stator verschieden von der Anzahl der Durchbrüche im Rotor. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Anzahl der Durchbrüche im Rotor ist um wenigstens 1 größer als die Anzahl der korrespondierenden Ausnehmungen im Stator.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine Breite der Durchbrüche im Rotor und/oder eine Breite der korrespondierenden Ausnehmungen im Stator ist vorzugsweise 5 bis 35 mm beträgt. Eine Breite der Durchbrüche und der Ausnehmungen wird entlang der Umfangrichtung des Rotors oder Stators bestimmt. Eine Länge der Durchbrüche im Rotor und/oder eine Länger der korrespondierenden Ausnehmungen im Stator ist vorzugsweise eine Vielzahl, vorzugsweise Faktor 2 bis 5, jeweiligen Breite des Durchbruchs und/oder der Ausnehmung. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine maximale Tiefe der Ausnehmung im Stator, bezogen auf eine Radialrichtung des Stators, vorzugsweise 5 bis 15 mm. Es hat sich in Hinblick auf eine rheologischen Optimierung als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Radien der Durchbrüche und/oder die Radien der Ausnehmungen proportional zu den jeweiligen Breiten gewählt sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung beträgt ein Radius mehr als 2 mm.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich die Durchbrüche des Rotors und/oder die Ausnehmungen des Stators, jeweils bezogen auf ihre Längsrichtung, parallel zur Rotationsachse des Rotors erstrecken. Alternativ können sich die Durchbrüche des Rotors und/oder die Ausnehmungen des Stators, jeweils bezogen auf ihre Längsrichtung, gewinkelt zur Rotationsachse des Rotors erstrecken. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein solcher Winkel im Bereich von -45° bis +45°, bezogen auf die Rotationsachse, festgelegt ist.
Die Erfindung wird ebenfalls gelöst durch einen Extruder mit einem Extrudermischer der vorbeschriebenen Art, und mit einer in einem Schneckengehäuse des Extruders gelagerten Extruderschnecke, die mit einem Schneckenantrieb des Extruders gekoppelt ist. Der erfindungsgemäße Extruder kann durch die mit Bezug auf den Extrudermischer beschriebenen Merkmale in entsprechender Weise weitergebildet sein. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Rotor zumindest abschnittweise innerhalb eines durch das Schneckengehäuse aufgespannten Volumens angeordnet ist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Rotor, bezogen auf seine Rotorlänge in axialer Richtung, zu einem überwiegenden Anteil innerhalb des Schneckengehäuses angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind der Stator, der Rotor und das Schneckengehäuse koaxial zueinander angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Schneckenantrieb mit dem Rotor des Extrudermischers drehgekoppelt. Mit anderen Worten wird resultiert eine Rotation des Schneckenantriebs vorzugsweise in einer Rotation des Rotors des Extrudermischers.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Extruder einen Extruderkopf auf. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Schneckengehäuse an dem Extruderkopf angeflanscht ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Stator des Extrudermischers drehfest bezüglich des Extruderkopfes angeordnet. Der Stator kann mit dem Extruderkopf verschraubt sein. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Extruderschnecke einstückig mit dem Rotor ausgebildet ist. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Schneckenantrieb auf einer dem Extruderkopf abgewandten Seite des Schneckengehäuses angeordnet. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Extruder einen von dem Schneckenantrieb unabhängig betreibbaren Rotorantrieb auf. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Rotorantrieb mit dem Rotor des Extrudermischers drehgekoppelt ist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Schneckenantrieb auf Seiten des Schneckengehäuses angeordnet ist. Alternativ kann der Schneckenantrieb auf Seiten des Rotors des Extrudermischers angeordnet sein.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:

1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Extrudermischers;
2 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Extruders;
3 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Extruders; und
4 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Extruders;
5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Extruders;
6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Rotorkorbs;
7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Stators; und
8 ein Zusammenbau des Rotorkorbs der 6 mit dem Stator der 7.

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Extrudermischers 10 ist in 1 dargestellt. Der Extrudermischer 10 ist ausgestattet mit einem Stator 1 und einem koaxial zum Stator 1 angeordneten Rotor 3. Der Rotor 3 ist relativ zum Stator 3 drehbar gelagert. Im Betrieb rotiert der Rotor 3 um die Rotationsachse R. Der Stator 1 weist eine Mehrzahl von Ausnehmung 5 und der Rotor 3 eine Mehrzahl von Durchbrüchen 7 auf. Zumindest eine Ausnehmung 5 überlappt sich mit zumindest einem Durchbruch 7.
Der Stator 1 ist zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor 3 aufgespannten Volumens RV angeordnet. Wie der 1 entnommen werden kann, ist ein Statorschaft 6 des Stators 3 zu einem überwiegenden Anteil, bezogen auf die axiale Richtung AR, innerhalb eines Rotorkorbs 4 des Rotors 3 befindlich. Unter einem Statorschaft 6 soll insbesondere derjenige Bereich des Stators 3 verstanden werden, an dem die Mehrzahl von Ausnehmung 5 ausgebildet sind. Der Stator 3 umfasst den Statorschaft 6 und einen einstückig mit dem Stator 6 ausgebildeten Statorkopf 8. Unter einem Rotorkorb 4 soll insbesondere derjenige Bereich des Rotors 3 verstanden werden, an dem die Mehrzahl von Durchbrüchen 7 ausgebildet ist.
Wie der 1 ebenfalls entnommen werden kann, sind die Durchbrüche 7 des Rotors 3 in mehreren Durchbruchsreihen RD1, RD2, usw. angeordnet. Die Durchbruchsreihen RD1, RD2 erstrecken sich jeweils in axialer Richtung AR, und sind entlang eines Umfangs U des Rotors 3 gleichmäßig voneinander beabstandet am Rotor 3 angeordnet. Die Ausnehmungen 5 des Stators 1 sind in mehreren Ausnehmungsreihen RA1, RA2, usw. angeordnet. Die Ausnehmungsreihen RA1, RA2 erstrecken sich jeweils in axialer Richtung AR, und sind entlang eines Umfangs U des Stators 1 gleichmäßig voneinander beabstandet am Stator 1 angeordnet.
Der Stator 1 weist ebenfalls eine axiale Bohrung 2 auf (vergleiche auch 2), über die ein Fluid in den Rotor 3 eingebracht werden kann.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Extruders 100 ist in 2 dargestellt. Der Extruder 100 weist einen Extrudermischer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 auf. Wie der 2 entnommen werden kann, ist der Extruder 100 ausgestattet mit einer in einem Schneckengehäuse 20 des Extruders 100 gelagerten Extruderschnecke 30. Die Extruderschnecke 30 ist mit einem Schneckenantrieb 40 des Extruders 100 gekoppelt, so dass die Extruderschnecke 30 um die Rotationsachse R in Rotation versetzt werden kann. Der Schneckenantrieb 40 ist auf einer dem Extruderkopf 50 abgewandten Seite des Schneckengehäuses 20 angeordnet.
Der Extruder 100 weist einen Extruderkopf 50 auf, wobei das Schneckengehäuse 30 an dem Extruderkopf 50 angeflanscht ist. Der Statorkopf 8 des Stators 1 des Extrudermischers 10 ist mit dem Extruderkopf 50 verschraubt, und ist somit drehfest bezüglich des Extruderkopfes 50 angeordnet. Die Bezeichnung Extruderkopf schließt als Begriff ein, dass dieses Bauteil mit den beschriebenen Funktionen am Kopfende eines Extruders positioniert ist und vorzugsweise Messeinrichtungen zur physikalischen Beschreibung des extrudierten Fluiden / Polymers aufnimmt (z.B. Druck- und TemperaturSensoren).
Der Schneckenantrieb 40 ist seinerseits mit dem Rotor 3 des Extrudermischers 10 drehgekoppelt, so dass der Rotor 3 die Rotationsachse R in Rotation versetzt werden kann. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Extruderschnecke 30 mit dem Rotor 3 des Extrudermischers 10 drehgekoppelt, so dass der Schneckenantrieb 40 sowohl die Extruderschnecke 30 als auch den Rotor 3 drehend antreibt.
Gut zu erkennen in 2 ist die axiale Bohrung 2, die sich koaxial zur Rotationsachse R innerhalb des Stators 1 erstreckt. Über die axiale Bohrung 2 kann ein Fluid, beispielsweise eine Farbkomponente, in den Rotor 3 eingebracht werden.
Der Extruderkopf 50 nimmt einen ein- oder mehrteiliges Stator 1 zentrisch auf. Dieser Stator 1 integriert die Funktionen eines ortsfesten Statorkopfes 8, der axialen Bohrung 2 (oder ggf. auch Mehrzahl an Bohrungen) für den Anschluss und die Zuführung der zu vermischenden Komponenten in den Mischraum, der durch den Rotor 3 gebildet wird. Im als Austrittsbereich ausgebildeten Statorschaft 6 der Bohrung(en) können mechanische oder hydraulisch gesteuerte Einbauten zum temporären Verschluss und / oder der Drosselung des zugeführten Fluiden vorgesehen werden. Der aus der axialen Bohrung 2 austretende Fluidstrom wird in die Kopfseitig positionierte zentrale zentrische Mischer-Kavität gedrückt und von dort gleichmäßig radial auf den Umfang und die ersten Durchbrüche 4 verteilt. Der Stator 1 im Bereich des Extruderkopfes 8 enthält zudem die beschrieben Ausnehmungen 5 (Stator-Kavitäten), die mit den Durchbrüchen 7 (Rotor-Durchbrüche) des Rotors 3 korrespondierend angeordnet sind. Sowohl der Extruderkopf 50 als auch das Füllstück 1 sind mit Bohrungen zur Aufnahme von Sensoren versehen. Die Beheizung kann sowohl durch flüssige Medien als auch Kontakt- und Konvektionsheizungen erfolgen. Der bestimmungsgemäße Betrieb ermöglicht die links- wie rechtsdrehenden Rotation des Rotors 3 und der verbundenen Extruderschnecke 30 um den zentralem Stator 1. Der Stator 1 kann wiederum aus mehreren Bauteilen gefügt sein, die vorzugsweise die einfache Variation / den Austausch der Ausnehmungen 5 (Mischer-Kavitäten) ermöglicht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Extruders 200 ist in 3 dargestellt. Der Extruder 200 weist einen Extrudermischer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 auf. Der Extruder 200 ist ausstattet mit einer in einem Schneckengehäuse 20 des Extruders 200 gelagerten Extruderschnecke 30. Die Extruderschnecke 30 ist mit einem Schneckenantrieb 40 des Extruders 200 gekoppelt, so dass die Extruderschnecke 30 um die Rotationsachse R in Rotation versetzt werden kann. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 sind beim Extruder 200 der 3 das separate oder verlängerte Schneckengehäuse 21, mit der Extruderschnecke 31 und dem zusätzlichen Schneckenantrieb 41 - die zusammen als Einspeiseeinheit bezeichnet werden können - auf einer dem Rotor 3 abgewandten Seite innerhalb der Statorkopfes 8 angeordnet.
Wie der 3 entnommen werden kann, weist der Extruder 200 einen von dem Schneckenantrieb 40 (bzw. Rotorantrieb 60) unabhängig betreibbaren zweiten Antrieb 41 auf. Der Antrieb 41 ist mit einer Extruderschnecke 31 drehgekoppelt, welche in einem temperierbaren Zylinder, der separat angeflanscht oder einteilig mit dem Zylinder des Extrudermischers 100 ausgeführt ist, rotiert und ein Fluid fördert oder polymere Schmelze erzeugt. Dieser zweite Antrieb 41 ist - bezogen auf den Stator Kopf 8 - gegenüberliegend zum Schneckenantrieb 40 (bzw. Rotorantrieb 60) angeordnet und nutzt sowohl den Zylinder 21 als auch den Stator 8 als umhüllenden Zylinder. Im Austrittsbereich des Stator Kopfes 6 ist auf der rotierenden Extruderschnecke 31 entweder eine mechanisch oder hydraulisch arbeitende Funktionseinheit X positioniert oder durch entsprechende Formgebung des Austrittsbereiches und der axialen Positionierbarkeit der rotierenden Extruderschnecke 31 eine Drosselwirkung und / oder Verschluss des Austritts möglich. Die Temperierung der Zylinder 20 und 21 kann sowohl durch flüssige Medien als auch Kontakt- und Konvektionsheizungen (und Kombinationen) erfolgen. Der bestimmungsgemäße Betrieb ermöglicht die links- wie rechtsdrehende Rotation der verbundenen Schnecke 21 im zentralen Füllstück 8, welches zudem die beschrieben Kavitäten (Stator-Kavitäten) 5, die mit den Durchbrüchen des Rotors 7 (Rotor-Durchbrüche) korrespondierend angeordnet sind.
Die im Austrittsbereich des Statorschaft 6 positionierte mechanisch oder hydraulisch arbeitende Funktionseinheit X kann alternativ mit der Schneckenantrieb 40 (bzw. Rotorantrieb 60) gekoppelt werden. Die speziellen Ausprägungen der Funktionseinheit X sind als Drosseleinheit X1, Sperreinheit X2 oder Volumenpumpe X3.
Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Extruders 300 ist in 4 dargestellt. Der Extruder 300 weist einen Extrudermischer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 auf. Wie beim Ausführungsbeispiel der 3 sind beim Extruder 300 der 4 das Schneckengehäuse 20, die Extruderschnecke 30 und der Schneckenantrieb 40 - die zusammen als Einspeiseeinheit bezeichnet werden können - auf der dem Rotor 3 abgewandten Seite des Statorkopfs 8 angeordnet.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 3, weist der Extruder 100 der 4 lediglich einen Antrieb in Form des Schneckenantriebs 40 auf. Der Schneckenantrieb 40 ist auf Seiten des Schneckengehäuses 20 angeordnet ist. Alternativ kann anstelle des Schneckenantriebs 40 ein Rotorantrieb 60 auf Seiten des Rotors 3 des Extrudermischers 10 angeordnet sein.
Eine Drehkopplung des Schneckenantriebs 40 mit dem Rotor 3 des Extrudermischers 10 wird durch eine Koppelstange erreicht, die sich koaxial zur Rotationsachse R durch den Stator 1 hindurch erstreckt.
Der bestimmungsgemäße Betrieb wird durch die Zuführung von Volumenströmen verschiedener Polymere und/oder Flüssigkeiten über die Schneckenförderung und / oder Einspeisebohrungen in den Extrudermischer erzielt. Die 2 zeigt den minimalen Fall der Polymerbereitstellung über eine Schnecke V0 und die Druckeinspeisung des zweiten Volumenstroms V1 in den Extrudermischer 10. Eine Austrittsbohrung entlässt die Mischung als Volumenstrom VM aus dem Extrudermischer 10. Die Anzahl der Druckeinspeisungen weiterer Volumenströme VX ist nicht limitiert.
Die Darstellung in 3 zeigt den bestimmungsgemäßen Betrieb durch die Zuführung von zwei Volumenströmen V0, V1 über die separat angetriebenen Schnecken / Rotoren und die Druckeinspeisung eines dritten Volumenstroms V2 in den Extrudermischer 10. Eine Austrittsbohrung entlässt die Mischung als Volumenstrom VM aus dem Extrudermischer 10. Die Anzahl der Druckeinspeisungen weiterer Volumenströme VX ist nicht limitiert.
Die Darstellung in 4 zeigt den bestimmungsgemäßen Betrieb durch die Zuführung von Volumenstrom V1 über die gekoppelt angetriebenen Schnecken / Rotoren und die Druckeinspeisung eines zweiten Volumenstroms V2 in den Extrudermischer 10. Eine Austrittsbohrung entlässt die Mischung als Volumenstrom VM aus dem Extrudermischer 10. Die Anzahl der Druckeinspeisungen weiterer Volumenströme VX ist nicht limitiert-
Ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Extruders 200 ist in 5 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der 5 ähnelt konstruktiv dem Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Unterschied, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Extruders 200 der 5 keine schneckenantriebsseitige Zuführung eines Volumenstroms V0 erfolgt und erfolgen kann. Im bestimmungsgemäßen Betrieb erfolgt die Zuführung der Volumenströme bestimmungsgemäßen Betrieb durch die Zuführung der Volumenströme V0, V1 und VX in den Extruderkopf 50 hinein, d.h. senkrecht zur Rotationsachse R des Rotors 3. Der Volumenstrom VM (Volumenstrom „Mischung“) tritt im bestimmungsgemäßen Betrieb durch die axiale Bohrung 2 aus dem Stator 1 heraus.
6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel Rotors 3, der einen Rotorkorb 4 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 7 aufweist. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 bei denen die Durchbrüche 7 in einer Längsrichtung länglich ausgebildet sind und ihre Längsrichtung jeweils parallel zu einer Rotationsachse R des Rotors 3 verläuft, verlaufen die Durchbrüche 7 in ihrer Längsrichtung L7 nicht parallel zu Rotationsachse R des Rotors 3.
7 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Stators 1, der eine Vielzahl von Ausnehmungen 5 aufweist. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 bei denen die Ausnehmungen in einer Längsrichtung länglich ausgebildet sind und ihre Längsrichtung jeweils parallel zu einer Rotationsachse R des Rotors 3 verläuft, verlaufen die Ausnehmungen 5 in ihrer Längsrichtung L5 nicht parallel zu Rotationsachse R des (hier nicht dargestellten) Rotors 3.
8 zeigt schließlich einen Extrudermischer als Zusammenbau des Rotor 3 der 6 mit dem Stator 1 der 7. Wie der 8 entnommen werden kann, verläuft die Längsrichtung L7 der Durchbrüche 7 nicht parallel zu der Längsrichtung L5 der Ausnehmungen 5. Dadurch kann das Mischverhalten des Extrudermischers positiv beeinflusst werden.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: axiale Bohrung
3: Rotor
4: Rotorkorb
5: Ausnehmung
6: Statorschaft
7: Durchbruch
8: Statorkopf
10: Extrudermischer
20: Schneckengehäuse
21: Schneckengehäuse
30: Extruderschnecke
31: Extruderschnecke
40: Schneckenantrieb
41: Schneckenantrieb
50: Extruderkopf
60: Rotorantrieb
100: Extruder mit Extrudermischer
200: Extruder/-mischer unabhängig
300: Extruder / -mischer gekoppelt
AR: Axiale Richtung
L5: Längsrichtung Ausnehmung
L7: Längsrichtung Durchbruch
R: Rotationsachse
RA: Ausnehmungsreihe
RD: Durchbruchsreihe
RV: Rotorvolumen
T: Temperierung
U: Umfang
K: Kupplung
X: Funktionseinheit (kuppelbar)
X1: Funktionseinheit Drosseln
X2: Funktionseinheit Absperren
X3: Funktionseinheit Pumpen
V0: Volumenstrom „0“
V1: Volumenstrom „1“
V2: Volumenstrom „2“
VX: Volumenstrom „X“
VM: Volumenstrom „Mischung“

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 7433808 U [0003]
EP 0048590 B1 [0004]
DE 102007022287 A1 [0005]

Claims

Extrudermischer (10) mit einem Stator (1) und einem koaxial zum Stator (1) angeordneten Rotor (3), wobei der Rotor (3) relativ zum Stator (3) drehbar gelagert ist, wobei der Stator (1) zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor (3) aufgespannten Volumens (RV) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) einen Rotorkorb (4) mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (7) aufweist, wobei die Durchbrüche (7) in einer Längsrichtung (L7) länglich ausgebildet sind und ihre Längsrichtung (L7) jeweils windschief zu einer Rotationsachse (R) des Rotors (3) verläuft.
Extrudermischer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) wenigstens eine Ausnehmung (5) und der Rotor (3) wenigstens einen Durchbruch (7) aufweist, wobei sich die Ausnehmung und der Durchbruch während eines Betriebs des Extrudermischers (10) zumindest zeitweise überlappen.
Extrudermischer (10) nach Anpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) eine axiale Bohrung (2) aufweist über die ein Fluid in den Rotor (3) eingebracht werden kann.
Extruder (100) mit einem Extrudermischer (10), wobei der Extrudermischer (10) mit einem Stator (1) und einem koaxial zum Stator (1) angeordneten Rotor (3), wobei der Rotor (3) relativ zum Stator (3) drehbar gelagert ist, wobei der Stator (1) zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor (3) aufgespannten Volumens (RV) angeordnet ist, und der Rotor (3) einen Rotorkorb (4) mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (7) aufweist, wobei die Durchbrüche (7) in einer Längsrichtung (L7) länglich ausgebildet sind und ihre Längsrichtung (L7) jeweils windschief zu einer Rotationsachse (R) des Rotors (3) verläuf, und mit einer in einem Schneckengehäuse (20) des Extruders (100) gelagerten Extruderschnecke (30), die mit einem Schneckenantrieb (40) des Extruders (100) gekoppelt ist.
Extruder (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrudermischer (10) nach Anspruch 2 oder 3 ausgebildet ist.
Extruder (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (100) einen Extruderkopf (50) aufweist, wobei das Schneckengehäuse (30) an dem Extruderkopf (50) angeflanscht ist, und der Stator (1) des Extrudermischers (10) drehfest bezüglich des Extruderkopfes (50) angeordnet ist.
Extruder (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderschnecke (30) einstückig mit dem Rotor (3) ausgebildet ist.
Extruder (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenantrieb (40) auf einer dem Extruderkopf (50) abgewandten Seite des Schneckengehäuses (20) angeordnet ist.
Extruder (100) nacheinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenantrieb (40) auf Seiten des Schneckengehäuses (20) angeordnet ist.
Extruder (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenantrieb (40) auf Seiten des Rotors (3) des Extrudermischers (10) angeordnet ist.
Extruder (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (200) einen von dem Schneckenantrieb (40) unabhängig betreibbaren Rotorantrieb (60) aufweist, wobei der Rotorantrieb (60) mit dem Rotor (3) des Extrudermischers (10) drehgekoppelt ist.
Extruder (200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenantrieb (40) eines Extruders oder ein separater Rotorantrieb (60) mit dem Rotor (3) des Extrudermischers (10) drehgekoppelt ist und innerhalb des Statorkopfes (8) ein weiterer Schneckenantrieb (41) mit Extruderschnecke (31) zentrisch zur Rotationsachse^® arbeitet.
Extruder (200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenantrieb (41) mit Extruderschnecke (31) zentrisch zur Rotationsachse (R) arbeitet und in axialer Richtung (AR) positionierbar ist.
Extruder (200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Schneckenantrieb (40) eines Extruders oder ein separater Rotorantrieb (60) mit einer Funktionseinheit (X) im Inneren des Stators (1) gekoppelt (K) ist.
Extruder (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (X) im Inneren des Stators (1) die Funktion einer Drossel (X1) hat.
Extruder (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (X) im Inneren des Stators (1) die Funktion einer Absperreinrichtung (X2) hat.
Extruder (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (X) im Inneren des Stators (1) die Funktion einer Volumenpumpe (X3) hat.
Extruder mit einem Extrudermischer (10) mit einem Stator (1) und einem koaxial zum Stator (1) angeordneten Rotor (3), wobei der Rotor (3) relativ zum Stator (3) drehbar gelagert ist, wobei der Stator (1) zumindest abschnittweise innerhalb eines durch den Rotor (3) aufgespannten Volumens (RV) angeordnet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 4 bis 17, wobei der Extruder einen Extruderkopf (50) mit einer Zuführung aufweist, durch welche Volumenströme dem Extruder zugeführt werden.
Extruder nach Anspruch 18, wibei die Zuführung senkrecht zu einer Rotationsachse (R) des Rotors (3) ausgebildet ist.
Extruder (300) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (300) nur einen Schneckenantrieb (40) oder Rotorantrieb (60) aufweist, wobei der Rotor und die Extruderschnecke drehgekoppelt sind.
Extruder (300) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (300) den Schneckenantrieb (40) oder Rotorantrieb (60) an einem der beiden Enden der drehgekoppelten Einheit positioniert hat.