DE10390585B4

DE10390585B4 - Eindosierung von Weichmacher in Mehrwellen-Extruder

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Publication number: DE10390585B4
Application number: DE10390585T
Authority: DE
Inventors: Christoph NÄF; Federico Innerebner; Achim-Philipp Sturm; Ernst Berweger
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: AU2003201615A1; DE10208181A1; DE10390585D2; WO2003070449A1

Abstract

Mehrwellen-Extruder zum Bearbeiten und/oder Verarbeiten eines Stoffgemisches, das aus mindestens zwei förderbaren Stoff-Komponenten besteht, der aufweist:
• mehrere in einem Hohlraum eines Extrudergehäuses (2) kranzartig, insbesondere auf einer Kreislinie, angeordnete rotierbare Wellen mit Bearbeitungs- und Förderelementen, die miteinander kämmend parallel zur Axialrichtung des Extruders in einem Prozessraum (4) zwischen einer radial innen liegenden Innenwand (6) und einer radial aussen liegenden Aussenwand (8) entlang des Extruders verlaufen;
• mindestens eine Aufgabeöffnung in dem Extrudergehäuse zum Aufgeben mindestens einer ersten förderbaren Stoffkomponente in den Prozessraum des Extruders;
• eine Vielzahl von Zudosierungsöffnungen (11, 12, ..., 18) in dem Extrudergehäuse (2) und an diese angeschlossene Zudosierungsleitungen (A1, A2, ..., A8) zum Zudosieren mindestens einer zweiten förderbaren Stoffkomponente in den Prozessraum (4) des Extruders, wobei die Vielzahl der Zudosierungsöffnungen (11, 12, ..., 18) des Extruders auf mehrere Orte an dem Extrudergehäuse (2) verteilt angeordnet ist;
• mindestens eine Austragungsöffnung in...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrwellen-Extruder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Bearbeiten und/oder Verarbeiten eines Stoffgemisches, das aus mindestens zwei förderbaren Stoff-Komponenten besteht.

Ein ähnlicher Extruder ist aus der US-5,998,066 A bekannt. Dort wird die Herstellung eines extrudierten Artikels beschrieben, der eine Vielzahl länglicher Farbmuster aufweist, die sich im wesentlichen parallel zur Extrusionsrichtung des Artikels erstrecken. Auch die US 2001/0009941 A1 beschreibt einen solchen Extruder. Bei dem in den beiden Dokumenten beschriebenen Extruder erfolgt die Zudosierung einer zweiten Komponente in den eine erste Komponente bildenden Schmelzestrom in kurzer Entfernung stromauf von der Strangdüse, so dass praktisch keine Vermischung zwischen der ersten und zweiten Komponente erfolgt. Dadurch werden die inhomogenen extrudierten Artikel erhalten.

Aus der Druckschrift DE 100 50 295 A1 ist ein Verfahren zum Verarbeiten eines Stoffgemisches in einem Mehrwellenextruder mit miteinander kämmenden, kranzartig angeordneten Wellen bekannt. Die erste Komponente wird über einen Trichter an einem Ort am Extruder zugeführt. Der Weichmacher wird als zweite Komponente in einer Einfüllzone verteilt über mehrere Orte der ersten Stoffkomponente zudosiert. Bei dem Weichmacher kann es sich um eine flüssige Komponente handeln, die an unterschiedlichen Orten des Extrudergehäuses entlang der Axialrichtung zugeführt werden kann.

Aus der DE 198 47 103 C1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ausserdem die Bearbeitungswellen des Mehrwellenextruders kranzartig angeordnet sind. Beim Verfahren nach dieser Druckschrift wird die zweite Komponente an einem Ort des Prozessraums (einer Bohrung im ersten kurzen Segment/des Extruders) zudosiert.

Aus der DE 196 07 664 A1 ist ebenfalls ein Mehrwellenextruder mit kranzartig angeordneten Bearbeitungswellen bekannt. Dieser Extruder weist einen innerhalb des Wellenkranzes mündende und eine ausserhalb des Wellenkranzes mündende Zulaufbohrung auf.

Bei derartigen Extrudionsverfahren ist es aus verfahrensökonomischen oder aus prozesstechnischen Gründen oftmals wichtig, dass nach dem Aufgeben der mindestens einen ersten förderbaren Stoffkomponente in den Extruder, die mittels der rotierenden Wellen durch den Extruder gefördert und bearbeitet wird, und nach dem Zudosieren der mindestens einen zweiten förderbaren Stoffkomponente in den Extruder zu der mindestens einen ersten Stoffkomponente das Verfahren so rasch wie möglich beendet werden kann, ohne dass allzu viel Zeit vergeht oder bevor eine produktspezifische maximale Verfahrenstemperatur überschritten wird.

In diesem Sinne ist z.B. die kontinuierliche Aufbereitung von Gummi besonders problematisch. Bei der kontinuierlichen Gummiaufbereitung wird als erste Stoffkomponente fein verteilter, körniger oder pulverförmiger Kautschuk zusammen mit ebenfalls fein verteiltem Füllstoff und Additiven in einem Extruder mittels der rotierenden Wellen in dem Extruder-Prozessraum gemeinsam gefördert und verarbeitet, wobei der Kautschuk mehr oder weniger stark aufgeschmolzen und der Füllstoff in diese kontinuierliche Kautschukmatrix eingearbeitet wird. Als zweite Stoffkomponente wird dem Kautschuk/Füllstoff/Additiv-Gemisch ein Weichmacher z.B. in Form von Mineralöl zudosiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Extrusionsverfahren eine möglichst gleichmässige, rasche und produktschonende Verteilung der zweiten zudosierten Stoffkomponente in der ersten zuvor aufgegebenen Stoffkomponente zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemässen Extruder nach Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemässe Mehrwellen-Extruder zum Bearbeiten und/oder Verarbeiten des Stoffgemisches, das aus mindestens zwei förderbaren Stoff-Komponenten besteht, enthält mehrere in einem Hohlraum eines Extrudergehäuses kranzartig, insbesondere auf einer Kreislinie, angeordnete rotierbare Wellen mit Bearbeitungs- und Förderelementen, die miteinander kämmend parallel zur Axialrichtung des Extruders derart verlaufen, dass ein zusammenhängender Prozessraum zwischen einer radial innen liegenden, insbesondere zylindrischen, Innenwand und einer radial aussen liegenden, insbesondere zylindrischen, Aussenwand entlang des Extruders bestimmt wird, wobei die Vielzahl der Zudosierungsöffnungen des Extruders auf mehrere Orte an dem Extrudergehäuse verteilt angeordnet sind.

Erfindungsgemäss sind an die Zudosierungsöffnungen Zudosierungsleitungen angeschlossen, die für eine zeitlich konstante Verteilung des gesamten Zudosierungsdurchsatzes auf die mehreren Orte ausgelegt sind. Alternativ sind an die Zudosierungsöffnungen Zudosierungsleitungen angeschlossen, die für eine zeitlich variable Verteilung des gesamten Zudosierungsdurchsatzes auf die mehreren Orte ausgelegt sind.

Erfindungsgemäss sind die Zudosierungsöffnungen an entlang der Umfangsrichtung des Extrudergehäuses gleichmässig beabstandeten kranzartig verteilten Orten angeordnet. Dies ermöglicht eine gleichmässige Vorabverteilung der zweiten Stoffkomponente in der ersten Stoffkomponente schon während der Zudosierung. Gleichzeitig sind die Zudosierungsöffnungen auch an Orten angeordnet, die entlang mehrerer zueinan der axial beabstandeter Kränze am Extrudergehäuse verteilt sind. Durch Auswahl ganz bestimmter Zudosierungsöffnungen kann dadurch je nach Prozess im Extruder ein für den Prozess optimiertes "Dosierungsmuster" an dem Extrudergehäuse eingestellt werden, bei dem mit einer noch akzeptablen Anzahl verteilter Zudosierungen eine optimale Mischungs- und Einarbeitungswirkung erzielt wird.

Erfindungsgemäss können die Zudosierungsöffnungen und/oder die Zudosierungsleitungen für eine an den jeweiligen Zudosierungsorten getaktete, d.h. impulsartig in Schüben erfolgende, Zudosierung ausgelegt sein. Durch die impulsartige Zudosierung kann zumindest während des Dosierungsschubes momentan mit mehr Energie eindosiert werden als bei einer kontinuierlichen Dosierung, so dass die zudosierte zweite Stoffkomponente zwar in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung örtlich verteilt, dafür aber am jeweiligen Dosierungsort tiefer in die erste Stoffkomponente eindringen kann.

Erfindungsgemäss ist dem erfindungsgemässen Extruder ein Verteileraggregat zugeordnet, das zwischen einem zum Pumpen der Flüssigkeit dienenden Pumpaggregat und den zum Transport der Flüssigkeit an die Zudosierungsöffnungen dienenden Zudosierungsleitungen geschaltet ist und das die zeitlich variable Verteilung des von dem Pumpaggregat gepumpten Flüssigkeitsstroms auf die einzelnen Zudosierungsleitungen durchführen kann.

Dadurch, dass die Zudosierung der mindestens einen zweiten förderbaren Stoffkomponente in den Extruder zu der mindestens einen ersten Stoffkomponente an mehreren Orten des Prozessraums erfolgt, wird eine schnelle Vermischung und weitgehende Einarbeitung der zweiten Stoffkomponente mit der ersten bzw. in die erste Stoffkomponente erzielt.

Vorzugsweise ist die Verteilung des gesamten Zudosierungsdurchsatzes auf die mehreren Orte zeitlich konstant ist. Dies ist eine anzustrebende unkomplizierte Fahrweise bei einem kontinuierlichen Verfahren.

Die Verteilung des gesamten Zudosierungsdurchsatzes auf die mehreren Orte kann oder muss sogar in machen Fällen zeitlich variabel sein. Eine zeitlich variable Zudosierung ist z.B. beim Start des erfindungsgemässen Verfahrens oder bei Schwankungen der Eigenschaften der Ausgangsprodukte notwendig.

Zweckmässigerweise erfolgt die Zudosierung in den Prozessraum an entlang der Umfangsrichtung des Extrudergehäuses gleichmässig beabstandeten kranzartig verteilten Orten, und zwar bevorzugt derart, dass die Zudosierung in den Prozessraum an Orten erfolgt, die entlang mehrerer zueinander axial beabstandeter Kränze am Extrudergehäuse verteilt sind.

Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt zumindest ein Teil der Zudosierung in den Prozessraum über die Aussenwand des Extrudergehäuses und/oder zumindest ein Teil der Zudosierung in den Prozessraum über die Innenwand des Extrudergehäuses. Auf diese Weise wird die zweite Stoffkomponente schon vor ihrer Vermischung und Einarbeitung sehr stark verteilt in die erste Stoffkomponente eingeleitet, wodurch die insgesamt nötige Mischungs- und Einarbeitungszeit verringert werden können.

Eine noch schnellere Verteilung der zweiten Stoffkomponente lässt sich auch erzielen, wenn die Zudosierung an den Zwickelbereichen des Extruder-Prozessraumes erfolgt. Vorzugsweise erfolgt diese Zudosierung an mindestens jedem Zwickelbereich des Prozessraumes.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt die Zudosierung an den jeweiligen Orten getaktet, d.h. impulsartig in Schüben. Insbesondere erfolgt die Taktung der Zudosierung an den entlang der Umfangsrichtung gleichmässig verteilten Orten mit konstanter Zeitdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden impulsartigen Schüben für jeweils zwei benachbarte Orte.

Bei einer speziellen Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist die erste Stoffkomponente ein körniges oder pulverförmiges Schüttgut, wobei insbesondere die zweite Stoffkomponente eine Flüssigkeit ist. Die hierbei an den Zudosierungsstellen stattfindende Benetzung des körnigen oder pulverförmigen Schüttguts durch die Flüssigkeit trägt zur Vermischung von Schüttgut und Flüssigkeit bei. Wenn hierbei die Zudosierung unter Druck erfolgt, so dass die Flüssigkeit tief in das Schüttgut gedrückt wird, lässt sich somit eine weitere Steigerung der Mischungswirkung schon zu Beginn der Zudosierung erreichen.

Als besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemässe Verfahren, wenn die erste Stoffkomponente ein Kautschukgranulat oder Kautschukpulver und die zweite Stoffkomponente ein Weichmacher, insbesondere ein Mineralöl ist. Hier ist die benetzende Wirkung des Mineralöls und der Beitrag zu dessen Vermischung mit dem Kautschukgranulat besonders stark. Dieselbe vorteilhafte Wirkung wird auch erzielt, wenn die ers te Stoffkomponente eine Kautschukmischung mit Füllstoff und/oder Additiven und die zweite Stoffkomponente wiederum ein Weichmacher, insbesondere das genannte Mineralöl ist.

Eine weitere Steigerung der gewünschten Benetzungswirkung erreicht man, wenn die flüssige Stoffkomponente beim Einspritzen in den Prozessraum zerstäubt wird.

Vorzugsweise wird der Weichmacher in einen Bereich des Prozessraumes eingespritzt, in dem das Kautschukgranulat (Pulverkautschuk) noch nicht aufgeschmolzen ist. Durch diese frühzeitige Eindosierung gewinnt man kostbare Einwirkungszeit für den Weichmacher, und die, die Vermischung begünstigende Benetzung zwischen fester und flüssiger Phase kann genutzt werden. Dabei wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass die Verfahrenstemperatur einen maximalen Wert von etwa 140°C bis 160°C nicht übersteigt und/oder dass die Verweilzeit der Stoffkomponenten in dem Extruder kleiner als 20 Sekunden, insbesondere kleiner als 10 Sekunden ist.

Zweckmässigerweise wird dafür gesorgt, dass der Weichmacher bei seiner Zudosierung eine Temperatur von 60°C bis 100°C, vorzugsweise von 70°C bis 90°C hat. Dadurch wird einerseits gewährleistet, dass der Weichmacher ausreichend dünnflüssig ist, um mittels Flüssigkeitsdosierung in dem zu verarbeitenden Stoffgemisch gut verteilt werden zu können. Andererseits ist die Temperaturdifferenz zu den üblichen Verfahrenstemperaturen von ca. 140°C bis etwa 160°C noch ausreichend hoch, um eine dennoch beachtliche Kühlwirkung bei dem erfindungsgemässen Verfahren zu bewirken.

Zweckmässigerweise ist zumindest ein Teil der Zudosierungsöffnungen in der Aussenwand des Extrudergehäuses angeordnet. Zumindest ein Teil der Zudosierungsöffnungen kann aber auch in der Innenwand des Extrudergehäuses angeordnet sein. Somit kann mit einer gegebenen und wirtschaftlich vertretbaren Anzahl von Zudosierungsöffnungen eine stark verteilte Zudosierung erzielt werden.

Vorteilhafterweise sind die Zudosierungsöffnungen am Extrudergehäuse bei den Zwickelbereichen des Prozessraumes angeordnet, und zwar vorzugsweise bei mindestens jedem Zwickelbereich des Prozessraumes.

Zweckmässigerweise sind die Zudosierungsöffnungen und/oder die Zudosierungsleitungen derart ausgelegt, dass sie eine Taktung der Zudosierung an den entlang der Umfangsrichtung gleichmässig verteilten Orten mit konstanter Zeitdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden impulsartigen Schüben für jeweils zwei benachbarte Orte ermöglichen.

Als Verteileraggregat verwendet man vorzugsweise ein zylindrisches Verteilergehäuse, in dessen Mantelfläche entlang der Umfangsrichtung gleichmässig verteilte Verteilerausgänge angeordnet sind, und das einen Verteilereingang hat, in den eine mit dem Pumpaggregat verbundene Flüssigkeitsleitung mündet, wobei im Innern des zylindrischen Verteilergehäuses um dessen Zylinderachse drehbar gelagert ein Verteilerelement angeordnet ist, das derart ausgelegt ist, dass es bei seiner Drehung innerhalb des Verteilergehäuses die Verteilerausgänge in der Mantelfläche des Verteilers zyklisch blockiert oder freigibt.

Alternativ kann ein zylindrisches Verteilergehäuse verwendet werden, in dessen Stirnfläche entlang eines zur Zylinderachse konzentrischen Kreises gleichmässig verteilte Verteilerausgänge angeordnet sind, und das einen Verteilereingang hat, in den eine mit dem Pumpaggregat verbundene Flüssigkeitsleitung mündet, wobei auch hier im Innern des zylindrischen Verteilergehäuses um dessen Zylinderachse drehbar gelagert ein Verteilerelement angeordnet ist, das derart ausgelegt ist, dass es bei seiner Drehung innerhalb des Verteilergehäuses die Verteilerausgänge in der Stirnfläche des Verteilers zyklisch blockiert oder freigibt.

Der Verteilereingang kann in der Mantelfläche des Verteilergehäuses oder mittig in der Stirnfläche des Verteilergehäuses angeordnet sein, kann jedoch auch über die Antriebswelle des drehbar gelagerten Verteilerelements verlaufen.

Zweckmässigerweise sind in den Zudosierungsleitungen Drosselelemente angeordnet.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung weist der Mehrwellen-Extruder zwölf Wellen auf, die auf einer Kreislinie gleichmässig verteilt angeordnet sind, wobei die Anzahl der gleichmässig verteilten Verteilerausgänge an der Mantelfläche oder der Stirnfläche des dem Extruder zugeordneten Verteilergehäuses ein ganzzahliger Teiler von zwölf, zwölf oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwölf ist. Die Zahl zwölf erweist sich in diesem Zusammenhang nützlich, da sie aufgrund ihrer Teilbarkeit durch die Zahlen sechs, vier, drei und zwei zahlreiche Auswahlmöglichkeiten unter den Verteilerausgängen und den Zudosierungsstellen am Extruder ermöglicht, ohne die Symmetrie und somit die Gleichmässigkeit bei der Dosierung zu beeinträchtigen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Verteilergehäuse mehrere in Axialrichtung versetzte Gruppen mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl in Umfangsrichtung gleichmässig verteilter Verteilerausgänge an der Mantelfläche des Verteilergehäuses auf. Das Verteilerelement kann dabei jeweils einer Gruppe geöffneter Verteilerausgänge zugeordnet werden, während die nicht benötigten Verteilerausgänge der anderen Gruppen verschlossen sind.

Alternativ kann das Verteilergehäuse mehrere in Radialrichtung versetzte Gruppen mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl in Umfangsrichtung gleichmässig verteilter Verteilerausgänge an der Stirnfläche des Verteilergehäuses aufweisen. Das Verteilerelement lässt sich auch in diesem Fall jeweils einer Gruppe geöffneter Verteilerausgänge zuordnen, während die nicht benötigten Verteilerausgänge der anderen Gruppen wiederum verschlossen sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Dosiersystems ist;
2a eine Seitenansicht eines Abschnitts eines Ringextruder-Gehäuses ist;
2b eine Schnittansicht durch das Ringextruder-Gehäuse von 2a entlang der Ebene C-C ist;
3 die Schnittansicht von 2b ist, wobei die Zudosierungsorte gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel verteilt sind;
4 die Schnittansicht von 2b ist, wobei die Zudosierungsorte gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel verteilt sind;
5 die Seitenansicht von 2 ist, wobei die Zudosierungsorte gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel verteilt sind;
6 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verteileraggregats ist;
7 eine Perspektivansicht des erfindungsgemässen Verteilerelements des Ausführungsbeispiels von 6 ist;
8 eine aufgeschnittene Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels von 6 und 7 ist.
1 zeigt eine erfindungsgemässe Anordnung zum verteilten Zudosieren einer Flüssigkeit in einen Ringextruder (nicht gezeigt). Die in einem Flüssigkeitstank 42 gespeicherte Flüssigkeit wird mittels einer zwischen den Leitungen 41 und 43 geschalteten Pumpe 40 über einen Durchflussmesser 44 und eine weitere Leitung 45 in ein Verteileraggregat 30 gepumpt. Die über die Leitung 45 dem Verteileraggregat 30 zugeführte Flüssigkeit wird in dem Verteileraggregat 30 nach einem vorbestimmten Schema auf eine Vielzahl von Zudosierungsleitungen A1, A2, ..., A8 sowie auf eine Vielzahl von Zudosierungsleitungen B1, B2, ..., B8 verteilt. Diese Zudosierungsleitungen A1, A2, ..., A8 bzw. B1, B2, ..., B8 sind mit Zudosierungsöffnungen verbunden, die an mehreren Orten des Extrudergehäuses 2 (siehe 2b) eines Ringextruders verbunden sind. Der Durchflussmesser 44 ist über eine Signalleitung 46 mit dem Pumpaggregat 40 verbunden. Der Durchflussmesser 44 dient zur Einstellung und Regelung der durch die Pumpe 40 gepumpten Durchflussmenge, die in den Verteiler 30 fliesst.
2a ist eine Seitenansicht eines Abschnitts eines Ringextruder-Gehäuses 2, und 2b ist eine Schnittansicht durch das Ringextruder-Gehäuse 2 von 2a entlang der Ebene C-C. Wie man aus 2b erkennt, handelt es sich bei dem Ringextruder um einen Achtwellen-Ringextruder in dessen Gehäuse 2 ein Prozessraum 4 ausgebildet ist, der von einer Innenwand 6 (innere Blume) und einer Aussenwand 8 (äussere Blume) begrenzt wird. In diesem Prozessraum 4 erstrecken sich acht Schneckenwellen mit Schneckenelementen (nicht gezeigt) entlang der Extruder-Axialrichtung (senkrecht zur Zeichenebene), durch die eine zu bearbeitende/verarbeitende Stoffkomponente durch den Extruder befördert und bearbeitet/verarbeitet wird. In diesen Prozessraum 4 wird erfindungsgemäss eine zweite Stoffkomponente mittels in der 1 gezeigten Anordnung an gewissen Stellen des Prozessraums zudosiert.
Gemäss der Erfindung sind die Zudosierungsorte für die Zudosierung der zweiten flüssigen Stoffkomponente entlang der Umfangsrichtung U und/oder entlang der Axialrichtung A am Extrudergehäuse 2 verteilt.
3 zeigt anhand der Schnittansicht von 2b die Verteilung der Zudosierungsorte gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Zudosierungsleitungen A1, A2, ..., A8 sind im vorliegenden Fall entlang der Umfangsrichtung U des Extrudergehäuses 2 in gleichmässigen Abständen kranzartig verteilt. Die entsprechenden Zudosierungsöffnungen 11, 12, ..., 18 befinden sich im Bereich der Zwickel Z des Extrudergehäuses.
4 zeigt anhand der Schnittansicht von 2b ein zweites Ausführungsbeispiel der Verteilung der Zudosierungsorte an dem Extrudergehäuse 2. Auch hier werden insgesamt acht Zudosierungsleitungen A1, A2, ..., A8 kranzartig verteilt in gleichmässigen Abständen entlang der Umfangsrichtung dem Prozessraum 4 zugeführt. Die Zuführung erfolgt hier jedoch nicht nur über die Aussenseite des Gehäuses wie in dem ersten Ausführungsbeispiel von 3, sondern zusätzlich auch über die Innenseite des Gehäuses. Die Zudosierungsleitungen A1, A3, A5 und A7 münden in die jeweiligen Zudosierungsöffnungen 11, 13, 15, 17, und werden somit jedem zweiten Zwickelbereich Z der Aussenwand 8 des Prozessraums 4 zugeführt. Die Zudosierungsleitungen A2, A4, A6 und A8 werden den Prozessraum 4 über die Innenseite zugeführt und münden in die jeweiligen Zudosierungsöffnungen 12, 14, 16, 18. Dadurch wird eine Zudosierung in jedem zweiten Zwickelbereich Z der Innenwand 6 ermöglicht.
Zusätzlich zu der in 3 und 4 gezeigten Verteilung der Zudosierungsöffnungen 11, 12, ..., 18 bzw. der Zudosierungsleitungen A1, A2, ..., A8 entlang der Umfangsrichtung U des Gehäuses 2 können bei diesem ersten und diesem zweiten Ausführungsbeispiel die genannten oder weitere Zudosierungsöffnungen auch entlang der Axialrichtung (senkrecht zur Zeichenebene in 3 und 4) vorhanden sein.
5 zeigt anhand der Seitenansicht von 2a eine zusätzliche Verteilung von Zudosierungsöffnungen und Zudosierungsleitungen entlang der Axialrichtung A des Extrudergehäuses 2. Die Zudosierungsöffnungen und Zudosierungsleitungen einer ersten Gruppe sind entlang eines ersten Kranzes bei einer ersten axialen Position des Extrudergehäuses 2 angeordnet, während weitere Zudosierungsöffnungen und Zudosierungsleitungen an einer zweiten axialen Position des Extrudergehäuses 2 kranzartig angeordnet sind. Sowohl die erste Gruppe als auch die zweite Gruppe der Zudosierungsöffnungen bestehen jeweils aus acht Zudosierungsöffnungen, von denen nur die Hälfte sichtbar sind, nämlich die Zudosierungsöffnungen 11, 12, 13 und 14 der ersten Gruppe sowie die Zudosierungsöffnungen 21, 22, 23 und 24 der zweiten Gruppe, denen die Zudosierungsleitungen A1, A2, A3 und A4 bzw. die Zudosierungsleitungen B1, B2, B3 und B4 zugeordnet sind. Die weiteren Zudosierungsleitungen A5, A6, A7 und A8 bzw. B5, B6, B7 und B8 befinden sich auf der Rückseite des Gehäuses 2 und sind nicht gezeigt.
6 ist eine Perspektivansicht eines weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das hier abgebildete Verteileraggregat 30 besteht aus einem Verteilergehäuse 32 und einem in dem Verteilergehäuse 32 drehbar gelagerten Verteilerelement 36. Das Verteilergehäuse 32 hat eine zylindrische oder dosenartige Form und weist eine Mantelfläche bzw. Mantelwand 33 sowie eine Stirnfläche bzw. Stirnwand 35 auf. In der Stirnwand 35 befindet sich zentrisch zur Zylinderachse D eine Bohrung 34, die den Verteilereingang bildet, durch den das zu verteilende Fluid in das Verteileraggregat 30 eintritt. In der Stirnwand 35 befinden sich ausserdem zahlreiche Verteilerausgänge, die entlang zweier konzentrischer Kreise angeordnet sind, deren gemeinsamer Mittelpunkt der Verteilereingang 34 ist. Entlang der radial äusseren Kreislinie befinden sich zwölf gleichmässig verteilte Verteilerausgänge A1, A2, ..., A12, während sich entlang der radial innenliegenden Kreislinie 6 Verteilerausgänge B1, B2, ..., B6 in gleichmässigen Abständen befinden.
Das Verteileraggregat 30 ist so ausgelegt, dass durch eine Drehung des Verteilerelements 36, das über eine Antriebswelle 36a durch eine Rückwand 38 des Verteilergehäuses ins Innere des Verteilergehäuses 32 ragt, eine spezifische Verteilung der durch den Verteilereingang 34 in den Verteilter 32 strömenden Flüssigkeit auf die einzelnen Zudosierungsöffnungen in der Stirnfläche bzw. Stirnwand 35 des Verteilergehäuses 32 erfolgt, wodurch eine gezielte Eindosierung der Flüssigkeit über die Zudosierungsleitungen A1, A2 ..., A12 bzw. B1, B2, ..., B6 in einen Ringextruder (nicht gezeigt) erfolgt.
7 ist eine Perspektivansicht des Verteilerelements, das in dem Verteileraggregat von 6 drehbar gelagert ist. Das Verteilerelement enthält eine Antriebswelle 36a, mit deren einem Ende eine Verteilerscheibe 36b drehfest verbunden ist. Auf der von der Antriebswelle 36a abgewandten Seite der Verteilerscheibe 36b befindet sich ein axialer Lagerzapfen 36c, der zur Lagerung des Verteilerelements 36 an der Innenseite der Stirnwand 35 des Verteilergehäuses 32 dient. Im Inneren des Lagerzapfens 36c erstreckt sich eine Axialbohrung 36d durch die Verteilerscheibe 36b hindurch. Zwischen der, der Antriebswelle 36a zugewandten Seite der Verteilerscheibe 36b und der von der Antriebswelle 36a abgewandten Seite der Verteilerscheibe 36b besteht eine Fluidverbindung über speziell geformte Schlitze 36e und 36f. Der radial innenliegende Schlitz 36e kommuniziert mit den Zudosierungsöffnungen bzw. Zudosierungsleitungen B1, B2, ..., B6 (siehe 6), und der radial aussenliegende Schlitz 36f kommuniziert mit den Zudosierungsöffnungen bzw. Zudosierungsleitungen A1, A2, ..., A12 (siehe 6).
Im Betrieb strömt das über den Verteilereingang 34 eingeleitete Fluid durch die Axialbohrung 36d des Verteilerelements 36 hindurch, gelangt in den der Antriebswelle 36a zugewandten Bereich hinter der Verteilerscheibe 36d und tritt durch die beiden Schlitze 36e und 36f von dem hinteren Bereich in den von der Antriebswelle 36a abgewandten vorderen Bereich der Verteilerscheibe 36d hindurch, sodass je nach Drehstellung des Verteilerelements 36 verschiedene Zudosierungsöffnungen bzw. Zudosierungsleitungen Fluid erhalten. Im vorliegenden Falle sind die Schlitze 36e und 36f ausreichend gross, dass gegenüber von jedem der beiden Schlitze 36e und 36f stets mindestens eine Zudosierungsöffnung B1, B2, ..., B6 bzw. A1, A2, ..., A12 vorhanden ist, wodurch gewährleistet wird, dass der über die Leitung 45 (siehe 1) von der Pumpe 40 in den Verteilereingang 34 des Verteileraggregats 30 gepumpte Fluidstrom kontinuierlich ist. Dies ist bei manchen Arten des Pumpaggregats 40 notwendig, um einen kontinuierlichen und beschädigungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
8 ist eine aufgeschnittene Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels von 6 und 7. Das aus dem Verteilergehäuse 32 und dem Verteilerelement 36 bestehende Verteileraggregat 30 ist hier entlang einer durch die Zylinderachse verlaufenden Ebene geschnitten. Die Stirnwand 35 weist eine mittige Bohrung auf, die den Verteilereingang 34 bildet. Das Verteilerelement 36 besteht im wesentlichen aus der Antriebswelle 36a, die durch die Rückwand 38 des Verteilergehäuses 32 ragt, und einer Verteilerscheibe 36b, die mit ihrem mittigen Lagerzapfen 36c in einer komplementären zylinderförmigen Aussparung der Stirnwand 35 sitzt. Die stirnwandseitige Fläche der Verteilerscheibe 36b und die verteilerscheibenseitige Innenfläche der Stirnwand 35 gleiten aneinander oder haben nur einen äusserst geringen Abstand von einander. Zwischen der Rückwand 38 des Verteilergehäuses 32 und der rückwandseitigern Fläche der Verteilerscheibe 36b ist ein kreisringförmiger Hohlraum 37 ausgespart. In Verlängerung zur mittigen Bohrung 34 in der Stirnwand 35 des Verteilergehäuses verläuft eine Axialbohrung 36d durch die Verteilerscheibe 36b. Diese Axialbohrung 36d endet etwa dort, wo die Antriebswelle 36a des Verteilerelements beginnt. Von diesem Endbereich der Axialbohrung 36d erstrecken sich nach oben und nach unten senkrecht zur Axialbohrung 36d jeweils eine Bohrung 36g durch die Antriebswelle 36a, sodass eine Fluidverbindung zwischen der Axialbohrung 36d und dem kreisförmigen Hohlraum 37 gebildet wird. Dieser kreisringförmige Hohlraum 37 steht mit den Schlitzen 36e und 36f mittels in der Figur nicht gezeigter Kanäle in Verbindung.
Die Rückwand 38 weist in ihrem Randbereich Aussparungen bzw. Schraubenlöcher 38a, 38b und 38c auf (die vierte Aussparung bzw. das vierte Schraubenloch ist nicht gezeigt), über die, die Rückwand 38 mittels Schrauben 47 an der Mantelwand 33 des Verteilergehäuses 32 in Schraubenbohrungen 32a und 32b, die sich in axialer Richtung erstrecken, festgeschraubt werden kann (nur zwei von vier Schraubenbohrungen sind sichtbar).
Im Betrieb wird aus der Leitung 45 über den Verteilereingang 34, über die Axialbohrung 36d und über die Radialbohrungen 36g entlang der durch die Pfeile F angedeuteten Richtungen Fluid in den kreisringförmigen Hohlraum 37 gepumpt und tritt über die nicht gezeigten Kanäle aus dem kreisringförmigen Hohlraum 37 zu den beiden Schlitzen 36e und 36f durch. Von diesen beiden Schlitzen 36e und 36f tritt dann das Fluid je nach der momentanen Stellung des Verteilerelements 36 über denjenigen bzw. diejenigen der Verteilerausgänge A1, A2, ..., A12 und B1, B2, ..., B8 aus, der bzw. die mit den Schlitzen 36e und 36f in Registrierstellung ist bzw. sind.
Eine Bohrung 33a ist in der Mantelwand 33 des Verteilergehäuses 32 zur Aufnahme eines Manometers vorgesehen.
Das in 6, 7 und 8 dargestellte Ausführungsbeispiel mit zwölf Zudosierungsöffnungen auf einem äusseren konzentrischen Kreis und sechs Zudosierungsöffnungen auf einem inneren konzentrischen Kreis in der Stirnwand 35 des Verteilergehäuses 32 eignet sich besonders gut für die erfindungsgemässe örtlich verteilte Zudosierung der zweiten Stoffkomponente bei einem zwölfwelligen Ringextruder. Die Zudo sierungsöffnungen sind z. B. als Gewindebohrungen ausgebildet, sodass je nach Bedarf ein Teil von ihnen mit Gewindestutzen verschlossen werden kann. So können z. B. sämtliche Zudosierungsöffnungen des inneren Kreises oder sämtliche Zudosierungsöffnungen des äusseren Kreises geschlossen werden, um eine Zudosierung an sämtlichen Zwickeln eines zwölfwelligen Ringextruders bzw. an jedem zweiten der zwölf Zwickel eines zwölfwelligen Ringextruders durchzuführen.

2: Extrudergehäuse
4: Prozessraum
6: Innenwand
8: Aussenwand
11, 12, ..., 18: Zudosierungsöffnungen/Zudosierungsorte
21, 22, ..., 28: Zudosierungsöffnungen/Zudosierungsorte
A1, A2, ..., A12: Zudosierungsleitungen/Verteilerausgänge
B1, B2, ..., B8: Zudosierungsleitungen/Verteilerausgänge
U: Umfangsrichtung
C: Schnittebene
A: Axialrichtung
Z: Zwickelbereich
F: Fluidstrom
D: Zylinderachse
30: Verteileraggregat/Verteiler
32: Verteilergehäuse
33: Mantelfläche/Mantelwand
34: Verteilereingang
35: Stirnfläche/Stirnwand
36: Verteilerelement
37: kreisringförmiger Hohlraum
38: Rückfläche/Rückwand
32a: Schraubenbohrung in Mantel
32b: Schraubenbohrung in Mantel
33a: Bohrung für Manometer/Anschluss
36a: Antriebswelle des Verteilerelements
36b: Verteilerscheibe des Verteilerelements
36c: Lagerzapfen des Verteilerelements
36d: Axialbohrung durch das Verteilerelement
36e: radial innen liegender Schlitz des Verteilerelements
36f: radial aussen liegender Schlitz des Verteilerelements
36g: Radialbohrung durch das Verteilerelement
38a: Schraubenloch in Rückwand
38b: Schraubenloch in Rückwand
38c: Schraubenloch in Rückwand
40: Pumpaggregat/Pumpe
42: Tank für Flüssigkeit
44: Durchflussmesser/Pumpenregelung
46: Signalleitung
41: Leitung für Flüssigkeit
43: Leitung für Flüssigkeit
45: Leitung für Flüssigkeit
47: Schraube

Claims

Mehrwellen-Extruder zum Bearbeiten und/oder Verarbeiten eines Stoffgemisches, das aus mindestens zwei förderbaren Stoff-Komponenten besteht, der aufweist: • mehrere in einem Hohlraum eines Extrudergehäuses (2) kranzartig, insbesondere auf einer Kreislinie, angeordnete rotierbare Wellen mit Bearbeitungs- und Förderelementen, die miteinander kämmend parallel zur Axialrichtung des Extruders in einem Prozessraum (4) zwischen einer radial innen liegenden Innenwand (6) und einer radial aussen liegenden Aussenwand (8) entlang des Extruders verlaufen; • mindestens eine Aufgabeöffnung in dem Extrudergehäuse zum Aufgeben mindestens einer ersten förderbaren Stoffkomponente in den Prozessraum des Extruders; • eine Vielzahl von Zudosierungsöffnungen (11, 12, ..., 18) in dem Extrudergehäuse (2) und an diese angeschlossene Zudosierungsleitungen (A1, A2, ..., A8) zum Zudosieren mindestens einer zweiten förderbaren Stoffkomponente in den Prozessraum (4) des Extruders, wobei die Vielzahl der Zudosierungsöffnungen (11, 12, ..., 18) des Extruders auf mehrere Orte an dem Extrudergehäuse (2) verteilt angeordnet ist; • mindestens eine Austragungsöffnung in dem Extrudergehäuse zum Austragen des aus der Bearbeitung/Verarbeitung des Stoffgemisches entstehenden Produktes aus dem Extruder; dadurch gekennzeichnet, dass dem Extruder ein Verteileraggregat (30) zugeordnet ist, das zwischen einem zum Pumpen der Flüssigkeit dienenden Pumpaggregat (40) und den zum Transport der Flüssigkeit an die Zudosierungsöffnungen dienenden Zudosierungsleitungen (A1, A2, ..., A8, B1, B2, ..., B) geschaltet ist und das die zeitlich variable Verteilung des von dem Pumpaggregat (40) gepumpten Flüssigkeitsstroms auf die einzelnen Zudosierungsleitungen durchführen kann, und wobei die Zudosierungsorte, für die Zudosierung der zweiten flüssigen Stoffkomponente entlang der Umfangsrichtung U und entlang der Axialrichtung A am Extrudergehäuse (2) verteilt sind.
Mehrwellen-Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierungsöffnungen an entlang der Umfangsrichtung (U) des Extrudergehäuses gleichmässig beabstandeten, kranzartig verteilten Orten angeordnet sind.
Mehrwellen-Extruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierungsöffnungen an Orten angeordnet sind, die entlang mehrerer zueinander entlang der Axialrichtung (A) des Extruders beabstandeten Kränze am Extrudergehäuse (2) verteilt sind.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Zudosierungsöffnungen (11, 13, 15, 17) in der Aussenwand (8) des Extrudergehäuses (2) angeordnet ist.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Zudosierungsöffnungen (12, 14, 16, 18) in der Innenwand (6) des Extrudergehäuses (2) angeordnet ist.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierungsöffnungen (11, 12, ..., 18) am Extrudergehäuse (2) bei den Zwickelbereichen (Z) des Prozessraumes (4) angeordnet sind.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierungsöffnungen (11, 12, ..., 18) am Extrudergehäuse (2) bei mindestens jedem Zwickelbereich (Z) des Prozessraumes (4) angeordnet sind.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteileraggregat (30) aufweist: • ein zylindrisches Verteilergehäuse (32), in dessen Mantelfläche (33) entlang der Umfangsrichtung gleichmässig verteilte Verteilerausgänge angeordnet sind, und mit einem Verteilereingang (34), in den eine mit dem Pumpaggregat (40) verbundene Flüssigkeitsleitung mündet; • ein im Innern des zylindrischen Verteilergehäuses (32) um dessen Zylinderachse D drehbar gelagertes Verteilerelement (36), das derart ausgelegt ist, dass es bei seiner Drehung innerhalb des Verteilergehäuses (32) die Verteilerausgänge zyklisch blockiert oder freigibt.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteileraggregat (30) aufweist: • ein zylindrisches Verteilergehäuse (32), in dessen Stirnfläche (35) entlang eines zur Zylinderachse D konzentrischen Kreises gleichmässig verteilte Verteilerausgänge angeordnet sind, und mit einem Verteilereingang (34), in den eine mit dem Pumpaggregat (40) verbundene Flüssigkeitsleitung mündet; • ein im Innern des zylindrischen Verteilergehäuses (32) um dessen Zylinderachse D drehbar gelagertes Verteilerelement (36), das derart ausgelegt ist, dass es bei seiner Drehung innerhalb des Verteilergehäuses (32) die Verteilerausgänge (AI, A2, ..., A12, B1, B2, ..., B6) zyklisch blockiert oder freigibt.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilereingang (34) in der Mantelfläche des Verteilergehäuses (32) angeordnet ist.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilereingang (34) mittig in der Stirnfläche des Verteilergehäuses (32) angeordnet ist.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilereingang (34) axial durch die Antriebswelle des drehbar gelagerten Verteilerelements (36) verläuft.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zudosierungsleitungen Drosselelemente angeordnet sind.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er zwölf Wellen aufweist, die auf einer Kreislinie gleichmässig verteilt angeordnet sind und dass die Anzahl der gleichmässig verteilten Verteilerausgänge (AI, A2, ..., A12, B1, B2, ..., B6) an der Mantelfläche oder der Stirnfläche (35) des Verteilergehäuses ein ganzzahliger Teiler von zwölf, zwölf oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwölf ist.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergehäuse (32) mehrere in Axialrichtung versetzte Gruppen mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl in Umfangsrichtung gleichmässig verteilter Verteilerausgänge an der Mantelfläche (33) des Verteilergehäuses aufweist und dass das Verteilerelement (36) jeweils einer Gruppe geöffneter Verteilerausgänge zuordenbar ist, wobei die Verteilerausgänge der anderen Gruppen verschlossen sind.
Mehrwellen-Extruder nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergehäuse (32) mehrere in Radialrichtung versetzte Gruppen mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl in Umfangsrichtung gleichmässig verteilter Verteilerausgänge (AI, A2, ..., A12, B1, B2, ..., B6) an der Stirnfläche (35) des Verteilergehäuses (32) aufweist und dass das Verteilerelement (36) jeweils einer Gruppe geöffneter Verteilerausgänge zuordenbar ist, wobei die Verteilerausgänge der anderen Gruppen verschlossen sind.