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Misch- und Knetvorrichtung für zähplastische Massen Gegenstand der
Erfindung ist eine Vorrichtung zum Mischen und Kneten, also zur Verarbeitung von
zähplastischen Massen, beispielsweise Ansetzen von thermoplastischen Kunststoffen,
Kautschukmischungen u. dgl., die es ermöglicht, mit einfachen Mitteln und geringem
Arbeits- und Zeitaufwand derartige Mischungen einwandfrei zu verarbeiten, also insbesondere
auch zu homogenisieren und zu plastifizieren und so für die Fertigverarbeitung vorzubereiten.
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Bisher wurden für die Verarbeitung solcher Mischungen im allgemeinen
Spezialmaschinen ähnlich den bekannten Teigknetmaschinen des Bäckereigewerbes, jedoch
in entsprechend stärkerer Ausführung, sowie Walzenstühle verwendet. Die Verwendung
der genannten Maschinen erfordert eine verhältnismäßig umfangreiche Ausrüstung an
maschinellen Einrichtungen und gleichzeitig einen bedeutenden Arbeitsaufwand.
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Andere Mischmaschinen, die bekanntgeworden sind, arbeiten nach dem
Prinzip der Schneckenmischer, also mit einem schnell laufenden Rotor in einem verhältnismäßig
eng diesen Rotor umschließenden Gehäuse, wobei der Rotor in seiner Grundform als
zylinderförmige Trommel ausgebildet ist, deren Manteloberfläche in ihrer Hauptrichtung
axial verlaufende Rippen aufweist, die nach Art einer Schnecke in ihrer Längsrichtung
gekrümmt und versetzt sind.
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Diese Maschinen eignen sich lediglich zur Homogenisierung von Mischungen,
die aus Flüssigkeiten einerseits und irgendwelchen Stoffen, die sowohl fester als
auch plastischer Konsistenz sein können, andererseits bestehen. Es können damit
nur Dispersionen oder Emulsionen hergestellt werden, eine Vermischung zähplastischer
Massen mit einer solchen Vorrichtung ist nicht möglich.
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Schließlich sind sogenannte Strangpressen für plastische Massen bekannt,
die Zuführungseinrichtungen in Schneckenform aufweisen. Solche Zuführungseinrichtungen
für Strangpressen haben neben der fördernden Wirkung sicher auch eine Knetwirkung.
Der nutzbare Arbeitsraum verhält sich aber zum Gesamtinhalt des Gehäuses bei solchen
Maschinen etwa wie 1:10.
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Schließlich sind noch Kneter bekanntgeworden, bei denen in einem
Behälter gegenläufig verlaufende Knetflügel vorgesehen sind, wobei der Behälter
nach oben offen ist oder zumindest einen erheblich großen Bereich aufweist, der
von den Knetflügeln nicht erfaßt wird.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Misch- und
Knetvorrichtung für zähplastische Massen zu schaffen, die gegenüber den bekannten
Vorrichtungen vor allem bei kurzen Mischzeiten eine
einwandfreie Durchmischung dieser
Massen erlaubt, und sieht hierzu eine Vorrichtung vor, die aus einem feststehenden
zylindrischen Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt und beiderseits durch ganz oder
teilweise abnehmbar ausgebildeten Stirnwänden geschlossenen Stirnseiten besteht
sowie eine in den beiden Stirnwänden konzentrisch gelagerte und mit einem Knet-
und Mischorgan versehene Welle aufweist, wobei erfindungsgemäß dieses Knet- und
Mischorgan aus einem Mitnehmer besteht, der zwei oder mehrere Flügel besitzt, die
sich über die ganze Länge des Gehäuses von Stirnwand zu Stirnwand erstrecken und
deren äußerste Begrenzungslinien bzw. Kanten einen gleichbleibenden geringen Abstand
von vorzugsweise 1 bis 15 mm von der Innenwandung des Gehäuses haken, während der
Abstand zwischen dem Mitnehmer und den Stirnwänden des Gehäuses unter Vermeidung
metallischer Reibung so klein wie möglich gehalten ist.
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Damit beträgt der nutzbare Arbeitsraum etwa neun Zehntel des Gesamtgehäuseinhaltes,
was einen wirtschaftlichen Durchsatz ermöglicht. Es treten keinerlei Bereiche auf,
in denen der Abstand der äußersten Begrenzungslinien der Flügel des Mitnehmers sich
unzulässig weit, eine einwandfreie Mischung in Frage stellend, von der Gehäusewandung
entfernen kann und daß andererseits an den Stirnseiten eine Durchtrittsmöglichkeit
für die zu mischende zähplastische Masse unterbunden ist.
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Überraschenderweise hat die erfindungsgemäße Vorrichtung im Gegensatz
zu allen anderen bekannten, gleichen oder ähnlichen Zwecken dienenden Vorrichtungen
einen wirtschaftlich zu nennenden Durchsatz trotz in allen Richtungen einwandfreier
Misch- und Knetergebnisse, die ansonsten nur mit wesentlich
größeren
und komplizierteren, damit in der Anschaffung, der Unterhaltung und im Betrieb sehr
teueren Aggregaten verglichen werden können.
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Vorzugsweise verlaufen die dem Gehäuse benachbarten Kanten des Mitnehmers
im spitzen Winkel zur Richtung einer durch die Gehäuseachse gelegten Schnittebene.
Weiterhin können die Kanten der Mitnehmer nach dem Gehäuse zu schräg verlaufen.
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Am Umfang des Gehäuses können schmale Schlitze angeordnet sein, aus
denen das austretende Mischgut mit einem oder mehreren außenseitig umlaufenden,
dicht an der Wandung entlanggleitenden Messern abgeschabt werden kann.
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Schließlich kann die zylindrische Innenwand des Gehäuses eine wellige,
geriffelte oder in sonstiger Weise im Querschnitt von der Kreisform abweichende
Oberfläche aufweisen.
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Der Antrieb des Mitnehmers kann mit einer Vorrichtung zur Änderung
der Umdrehungsgeschwindigkeit, beispielsweise einem Wechselgetriebe, ausgeriistet
sein.
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Wie der Mitnehmer im einzelnen auch ausgebildet ist, wichtig ist,
daß er sich grundsätzlich über die ganze Länge des zylindrischen Gehäuses erstreckt
und stark genug ausgeführt ist, um die erhebliche Belastung, der er heim Arbeitsvorgang
unterworfen ist, auszuhalten, und daß sich der Abstand der äußersten Begrenzungslinien
bzw. Kanten der Flügel zur Innenwandung des Gehäuses gleichmäßig in den angegebenen
Grenzen hält. Die genaue Wahl des Abstandes der Kanten der Flügel innerhalb dieser
Grenzen wird abhängig sein von der Tourenzahl, mit der der Mitnehmer umläuft, und
der Beschaffenheit des Materials. inshesondere also z. B. von dessen Plastizität
und Adhäsionsneigung.
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Ist vorgesehen, die Kanten des WIitnehmers im spitzen Winkel zu der
Richtung einer durch die Gehäuseachse gelegten Schnittebene verlaufen zu lassen,
womit ja gleichzeitig eine gewisse Förderwirkung in Richtung der Achse erreicht
wird, so wird zweckmäßig an einer Stirnwand des Gehäuses eine Öffnung zur Beschickung
vorgesehen, durch die das zur Vernrheitung kommende Gut durch einen Schneckenförderer
oder andere bekannte Einrichtungen eingefördert wird. In gleicher Weise kann das
fertig homogenisierte Material durch eine Öffnung in der anderen Stirnseite ausgetragen
werden. Es ist jedoch auch möglich, hierfür, am Umfang des Gehäuses verteilt, wie
schon erwähnt, Schlitze vorzusehen, durch die das verarbeitete Gut austreten kann.
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Es wurde festgestellt, daß bei Mischansätzen von thermoplastischen
Kunststoffen, z. B. von Polyvinylchloridmaterial mit Farbpigmenten, Weichmachern
u. dgl., niemals ein Ankleben der Masse an der Gehäusewandung wahrzunehmen ist.
Diese an und für sich bemerkenswerte Erscheinung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen,
daß durch die intensive Walk-und Knetarbeit im Gehäuseinnern, besonders bei höheren
Umdrehungszahlen des Mitnehmers, eine beträchtliche Erwärmung eintritt, die die
Homogenisierung und Plastifizierung erleichtert, während durch die Abkühlung an
der Gehäusewandung das Material in der unmittelbar anliegenden Schicht erhärtet,
wodurch seine Ablösung von jener leicht hewirkt wird.
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Um diesen Effekt weiterhin zu begünstigen, kann es vorteilhaft sein,
das Gehäuse der Misch- und Knetvorrichtung mit einem Kühlmantel für beispielsweise
Wasser- oder Luftkühlung auszustatten, der es gestattet, an der Gehäusewand eine
bestimmte Tempe-
ratur und damit einen gewünschten Plastizitäts- und Adhäsionsgrad
zu erreichen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Darin
zeigt Fig. 1 eine normale Ausführung der Misch- und Knetvorrichtung im Querschnitt,
Fig. 2 dieselbe im Längsschnitt; Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit wellenförmig
gestalteter innerer Oberfläche des Gehäuses und einem dreiflügligen Mitnehmer, während
in Fig. 4 ein Mitnehmer mit abgeschrägten Flügelenden dargestellt ist.
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In den Zeichnungen bedeutet 1 das Gehäuse, das durch die Stirnwände
2 verschlossen ist. Die Welle 3 ist durch Öffnungen der Stirnwände hindurchgeführt
und kann entweder direkt mit einem Motor gekuppelt oder mit einem sonstigen Antrieb
versehen sein. Auf der Welle ist in dem in der Zeichnung gezeigten Bei spiel mittels
eines Keiles 4 der Mitnehmer 5 in der Drehrichtung unverrückbar befestigt. Der Mitnehmer
hat elliptischen oder linsenförmigen Querschnitt. Er kann jedoch auch, wie Fig.
3 zeigt, als dreizackiger Stern ausgebildet sein oder nach Fig. 4 eine rechteckige
Form besitzen. In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel ist der Mitnehmer mit einseitig
abgeschrägten Flügelenden 6 ausgestattet, wodurch die Homogenisierarbeit wesentlich
erleichtert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine hesonders rasche und
intensive Durcharbeitung des zu verarbeitenden Materials, so daß eine Mischung auf
einen Bruchteil der mit üblichen Vorrichtungen erforderlichen Zeit hergestellt werden
kann. Das nachfolgende Beispiel zeigt deutlich die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu erzielenden technischen Vorteile.
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Beispiel 50 kg Polyvinylchloridpulver einer handelsüblichen Marke
wurden mit 20 kg eines Weichmachers, gleichzeitig mit 10 kg Titanweiß in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorgemischt, sodann 30kg eines Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisats
in grobstückiger Form hinzugefügt und bei eingeschalteter Vorrichtung der weiteren
Homogenisierung und Plastifizierung überlassen. Die Vorrichtung besaß einen inneren
Gehäusedurchmesser von 1000 mm und eine innere Gehäuselänge von 750 mm. Der Abstand
der äußeren Kante der Flügel des zweiflügeligen Mitnehmers von der Gehäusewandung
betrug 10 mm. Bei 400 Umdrehungen pro Minute des Mitnehmers war der gesamte Misch-
und Homogenisierungsvorgang nach Abrechnung der für das Zumischen von Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisat
erforderlichen Stoppzeit nach 1 Minute beendigt.
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Im Gegensatz hierzu gestaltete sich die Verarbeitung eines gleichen
Ansatzes in bekannten Vorrichtungen folgendermaßen: Zunächst wurde Polyvinylchloridpulver
mit Weichmacher und Farbe in einer bekannten Knetmaschine 1 Stunde gemischt und
vorplastifiziert. Das erhaltene Produkt wurde sodann in einen Plastifikator bekannter
Bauart übergeführt und S/4 Stunden fertig plastifiziert. Zu der Kunststoffmasse
wurde danach grobzerkleinertes Butadien-Acrylnitril-Mischpolymensat in der vorgesehenen
Menge hinzugefügt und die Mischung in einem Walzwerk während 1 Stunde fertig verarheitet.
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Das vorbeschriebene Beispiel zeigt besonders deutlich die außerordentlichen
Vorteile, die sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielen lassen. Diese
sind nicht nur in der überraschend kurzen Zeit für die
Fertigverarbeitung
solcher Mischungen zu erblicken, sondern vor allem auch darin, daß die gesamte Verarbeitung,
beginnend mit der Mischung der pulverförmigen und flüssigen Ausgangsmaterialien
bis zur Fertigplastifizierung, in einer einzigen Vorrichtung vorgenommen wird. Die
Misch- und Knetvorrichtung kann daher wahlweise auch für solche Verarbeitungszwecke
verwendet werden, bei denen lediglich eine Vermischung fester und flüssiger Materialien
beispielsweise bis zu hochviskoser oder breiartiger Beschaffenheit ohne eigentlichen
Knetvorgang erforderlich ist. In solchen Fällen wird man zweckmäßigerweise einen
geringeren Abstand der äußeren Kanten der Flügel des Mitnehmers von der Gehäusewandung
vorsehen. Bei gegebenen Dimensionen kann jedoch der gleiche Effekt auch durch Erhöhung
der Umdrehungszahl und bzw. oder Vergrößerung der Charge erzielt werden.
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Aus dem soeben erwähnten Grunde ist es zweckmäßig, den Antrieb der
Vorrichtung mit einer Vorrichtung zur Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit, beispielsweise
mit einem Wechselgetriebe, auszustatten, das die Umdrehungszahl des Mitnehmers in
weiten Grenzen zu variieren gestattet. Diese Mal?-nahme empfiehlt sich auch noch
aus einem anderen Grunde. Bei der Verarbeitung von Ansätzen, wie in dem vorstehenden
Beispiel beschrieben, werden an die Vorrichtung sehr hohe Anforderungen gestellt
insofern. als während des Verarbeitungsvorganges sehr verschiedenartige physikalische
Zustände des zu verarbeitenden Materials zu bewältigen sind. Bei einer Vorrichtung
mit konstanter hoher Tourenzahl kann es unter Umständen vorkommen, daß in der Endstufe
der Verarbeitung das Material, das eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt,
am Gehäuseumfang nicht mehr genügend gekühlt wird, um die entstehende Reibungswärme
abzuführen, wodurch unI i unliebsame Veränderungen hervorgerufen werden können.
Diesem überstand kann durch Herabsetzung der Tourenzahl des Mitnehmers sehr leicht
begegnet werden.
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Zur Überwachung der Erhitzung kann es daher empfehlenswert sein,
in der Vorrichtung, insbesondere am Gehäuseumfang verteilt, Temperaturfühler vorzusehen,
so daß auf Grund deren Angaben nach leicht zu ermittelnden Erfahrungswerten die
Umdrehungszahl des Mitnehmers gesteuert werden kann.
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PATENTANSPROCIIE: 1. Misch- und Knetvorrichtung für zähplastische
Massen, bestehend aus einem feststehenden zylin-
drischen Gehäuse mit kreisförmigem
Querschnitt und beiderseits durch ganz oder teilweise abnehmbar ausgebildeten Stirnwänden
geschlossenen Stirnseiten sowie einer in beiden Stirnwänden konzentrisch gelagerten
und mit einem Knet- und Mischorgan versehenen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß
das Knet- und Mischorgan aus einem Mitnehmer besteht, der zwei oder mehrere Flügel
besitzt, die sich über die ganze Länge des Gehäuses von Stirnwand zu Stirnwand erstrecken
und deren äußerste Begrenzungslinien bzw. Kanten einen gleichbleibenden Abstand
von etwa 1 bis 15 mm von der Innenwandung des Gehäuses haben, während der Abstand
zwischen dem Mitnehmer und den Stirnwänden des Gehäuses unter Vermeidung metallischer
Reibung so klein wie möglich gehalten ist.