DE2154173B2 - Kontinuerlich arbeitender knetmischer fuer thermoplastisches kunstharz - Google Patents

Kontinuerlich arbeitender knetmischer fuer thermoplastisches kunstharz

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DE2154173B2
DE2154173B2 DE19712154173 DE2154173A DE2154173B2 DE 2154173 B2 DE2154173 B2 DE 2154173B2 DE 19712154173 DE19712154173 DE 19712154173 DE 2154173 A DE2154173 A DE 2154173A DE 2154173 B2 DE2154173 B2 DE 2154173B2
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Description

Ausgehend von dem Stand der Technik im Sinne der DT-OS 19 43 868 bezieht sich die Erfindung auf einen kontinuierlich arbeitenden Knetmischer für thermoplastisches Kunstharz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Derartige Knetmischer (vgl. DT-OS 19 43 868 und US-PS 31 54 808) gewährleisten eine gute Vermischung des thermoplastischen Kunstharzes. Aufgrund der doppelseitigen Lagerung der gegenläufig angetriebenen Schnecken können diese mit hohen Drehzahlen angetrieben werden, wodurch ein hoher Durchsatz ermöglicht wird. Bei Kneimisehern dieser Art ist es möglich, die Verweilzeit des thermoplastischen Kunstharzes im Mischer und dessen Druck beim Mischvorgang zu steuern. Der Durchtrittsquerschnitt der Extrusionsöffnung ist nämlich dort durch die Anordnung einer verstellbaren Klappe veränderbar und dadurch ist eine Steuerung der Verweilzeit und des Druckes in der Knetkanimer möglich. Bei derartigen Knetmischern sind jedoch bei hohem Arbeitsdruck die abströmseitigen Labyrinthdichtungen der .Schneckenlager durch Einsickern von Kunststoff gefährdet.
Aufgabe der Erfindung ist es. einen Knetmischer der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß bei notwendigem hohem Materialdruck des zu bearbeitenden Kunstharzmaterials im Knetabschnitt die abströmseitigen Labyrinthdichtung der Schnecken vor einem Einsickern des Kunststoffs bewahrt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs vorgeschlagen.
Durch die Anordnung der sich konisch verjüngenden Abschnitte in Verbindung mit der Einstellung des Spaltes wird nicht nur die Möglichkeit der Steuerung der Verweilzeit und des Druckes im Knetabschnitt eröffnet, sondern darüber hinaus auch eine Drosselwirkung erzielt, so daß sich in jedem an den konisch verjüngenden Abschnitt anschließenden Extrusionsabschnitt nur ein sehr geringer Druck einstellt. Dieser relativ geringe Druck wird erfindungsgemäß im Bereich der abströmseitigen Labyrinthdichtung noch dadurch verringert, daß hinter der Extrusionsöffnung ein entgegengesetzt zur Stromrichtung fördernder Gang angeordnet ist. Dadurch wird der durch den Drosseleffekt des sich konisch verjüngenden Abschnittes bereits reduzierte Druck noch weiter herabgesetzt, so daß die Labyrinthdichtung praktisch keinem wesentlichen Materialdruck mehr ausgesetzt ist.
Zwar ist es bei Knetmischern mit einseitig gelagerten Schnecken (vgl. US-PS 31 43 767) bereits bekannt, die Verweilzeil des Materials und den Druck im Knetabschnitt durch ein Verstellen des Spaltes in den sich konisch verjüngenden Abschnitten zu steuern. Derartige Knetmischerkonstruktionen können jedoch mangels einer vorderen Lagerung der Schnecken nur mit geringen Drehzahlen angetrieben werden, so daß nur geringe Leistungen erzielbar sind. Mangels dieser Lagerung tritt darüber hinaus das Problem der Abdichtung bei derartigen Knetmischern nicht auf.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen zweiteiligen (\A und \B) Horizontalschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 2 einen zweiteiligen (2A und 2b) Vertikalschnitt durch das bevorzugte Ausfühl ungsbeispiel der Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels entlang der Linie Ill-Illder Fig. 1,
Fig.4 einen vergrößerten Teilsciinkt des Teils des Ausführungsbeispiels, der in Fig. 1 mit einem strichpunktierten Kreis IV angedeutet ist.
Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Knetmischers besteht in der Hauptsache aus einem Untersetzungsgetriebe, Schnecken, einem Gehäuse und einem Druckzylinder.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Untersetzungsgetriebe 1 besteht aus Wellen 51,52, Radiallagern 53, 54 und 55, 56, zur Aufnahme des Drehmomentes der Wellen. Axialschublagern 57 und 58 zur Aufnahme des Schubes der Wellen, Zahnrädern 59 und 60, welche entsprechend auf die Wellen 51 und 52 gekeilt sind und oberen und unteren Gehäuseteilen 61 und 62 zurr Lagern dieser Bestandteile. Das Zahnrad 59 steht mii dem Zahnrad 60 in Eingriff, so daß das auf die Welle 51 übertragene Drehmoment durch die kraflübertragendc Verbindung auf die Welle 51 übertragen wird und beide Wellen 51 und 52 gleichzeitig in entgegengesetzter Richtungen zueinander gedreht werden, wobei da: Drehzahlverhältnis zwischen den Wellen 51 und 5'. durch entsprechende Auswahl des Übersetzungsver hältnisses eingestellt wird.
Auf diese Weise erteilt das Untersetzungsgetriebe den Wellen 51 und 52 ein Drehmoment im Gegenuhr
zeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn (gesehen von der linken Seite der Fig. 1) und nimmt gleichzeitig das von c?en Rotoren übertragene Reaktionsdrehmoment auf.
Das Drehmoment der Wellen 51, 52 wird entsprechend auf die Schnecken 2, IA über an ih/em vorderen Ende angebrachte Kerbverzahnungen 63 bzw. 64 übertragen.
In den F i g. 1 und 2 sind die Schnecken 2, 2A parallel zueinander angeordnet und werden durch die Wellen 51,52 so angetrieben, daß sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, wobei sie derart angeordnet sind, daß die von ihren äußeren Flächen der entsprechenden Schnecken beschriebenen Kreise einander beim Drehen nicht schneiden, hierfür sind die Schnecken 2, 2Λ an ihren hinteren Enden entsprechend mit Kerbverzahnungen 63', 64' versehen, welche von den Kerbverzahnungen 63,64 der Wellen 51 bzw. 52 erfaßt werden, wobei entsprechende Paare der Kerbverzahnungen fest mit Muttern 10 aneinander befestigt sind, «n jeder der Schnecke 2, IA ist ein Paar wendeiförmiger Fördergänge 11 oder 11A an einem unter einer um einen Trichter angeschlossenen öffnung 32 des Gehäuseteils 3 liegenden Abschnitt ausgebildet. Die Fördergänge 11 oder 11Λ umfassen zwei Windungen, welche jeweils um 180° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Fördergänge II bzw. IM haben eine ausreichende Länge, damit sie dem zu knetenden Material eine Schubkraft mitteilen können, so daß das Material im Knetabschnitt der Rotoren nicht durch den Druck am vorderen Ende der Schnecken zurückgeschoben wird. Am hinteren Endabschnitt jeder der Schnecken 2, 2A ist eine schraubenförmige Windung 13 oder 13,4 mit kleiner Steigung ausgebildet, so daß die zurückgeschobene Materialmenge, welche in den Dichtungsabschnitt 12 des Rotors eindringt, auf ein Minimum verringert wird.
Die wendelf^rmigen Fördergänge 11 oder IM sind nach vorne ohne Unterbrechnung verlängert, um weitere Paare wendeiförmiger Knetgänge 14 oder 14/1 zu uilden. Die Schnecke 2 bzw. 2A ist weiter mit einem Paar wendeiförmiger Knetgänge 15 oder 15Λ vor den Knetgängen 14 oder 14/t ausgestaltet, wobei Spalte 16 zwischen beiden Windungen angeordnet sind. Die Richtung der Gänge 14, 14A und 15, 15/4 ist unterschiedlich.
Diese wendeiförmigen Knetgänge 14, 15 und 14Λ, 15/1 bilden die Knetabschnitte der Schnecken. Die wendeiförmigen Knetgänge 14 oder \4A führen das Material nach vorn, wenn die Schnecken sich drehen, während die wendeiförmigen Knetgänge 15 oder 15Λ das Material beim Drehen der Schnecken nach hinten fördern. Bei der Erfindung ist das Verhältnis zwischen den Längen der Knetgänge 14 oder 14/1 und den Knetgängen 15 oder 15A zweckmäßig so ausgewählt, daß das von den Fördergängen 11, WA zugeführte Material und das von den Gängen 15, Ί5Λ zurückgeschobene Material miteinander im Knetabschnitt vermischt werden, wodurch das makroskopische Kneten des Materials wirksam stattfindet. Weil die Gänge 14 oder 14.4 und die Gänge 15 oder 15.4 durch Spalte 16 die zwischen ihnen gebildet sind, unterbrochen sind, tritt eine Störung des Materialflusses an den Spalten 16 auf, welche dazu führt, daß das makroskopische Kneten des Materials leicht stattfinden kann.
Die Schnecken 2, 2Λ haben einen konischen Abschnitt 17 bzw. \7A welcher am vorderen Ende der wendeiförmigen Gänge 15 oder 15-4 angeordnet ist, so daß beim Vorwärtsbewegen der Schnecken 2, 2.4 oder Rückwärtsbewegen relativ zum Gehäuse 3 oder 3.4 der Spalt zwischen den konischen Abschnitten 17, 17A der Schnecken und einem konisch sich verjüngenden Abschnitt 37 bzw. 37A der Gehäuse 3Λ reguliert werden, wie dies in F i g. 4 zu sehen ist.
λ/οη den konischen Abschnitten 17, 17/4 aus sind die Schnecken 2 bzw. 2A »ach vorn verlängert, um einen zylindrischen Extrusionsabschnitt zu bilden, der mit einem durchgehenden Paar von Gängen 18 bzw. 18Λ zum Fördern des Materials nach vorn und einem Paar schraubenförmigen Gängen 19, 19/4 zum Zurückschieben des Materials nach hinten versehen ist. Die schraubenförmigen Gänge 18, oder 18Λ dienen zum Austreiben des Materials in Richtung der Extrusionsöffnungen 40 und die Gänge 19 oder 19.4 hindern das Material am Fließen in die Dichtungsabschnitie, welche am vorderen Ende der Schnecken vorgesehen sind.
Die äußeren Durchmesser der schraubenförmigen Gänge 18, iSA bzw. 19, 19Λ sind kleiner als die der Gänge 11 oder 11/4 ausgebildet.
Die Schnecke 2 bzw. 2A ist konzentrisch mit einer langgestreckten kleinen Bohrung 20 zum axialen Zuführen von Kühlwasser oder Dampf versehen. Das Wasser oder der Dampf werden von außen in die Bohrung 20 über einen drehbaren Anschluß 21 bekannter Art eingeführt, welcher am vorderen Ende der Schnecke 2 bzw. 2/4 angeordnet ist und wird in der Nähe des Endes über ein in die Bohrung 20 eingesetztes Siphonrohr 22 eingebracht und dann nach außen über den drehbaren Anschluß 21 ausgestoßen.
Die Schnecke 2 bzw. 2Λ ist ferner am vorderen Ende 23 bzw. 23/4 vor dem Extrusionsabschnitt mit einem kleineren Durchmesser versehen, wodurch zwischen dem Ende 23 bzw. 23Λ und einem radialen Wälzlager 24 oder 24Λ, welches am vorderen Ende des Gehäuses 3.4 angeordnet ist, eine Hülse 25 bzw. 25,4 eingesetzt ist. so daß das Wälzlager 24 oder 24/4 nicht beeinträchtigt wird, wenn das Gehäuse 3/4 axial verschoben wird. Das Drehmoment der Schnecken 2 oder 2.4 wird von den Radiallagern 24 oder 24A über die Hülsen 25 oder 25.4 übertragen, welche am Rotor mit Keilen 26, 26 4 festgekeilt sind.
Das Gehäuse umfaßt einen hinteren 3 und einen vorderen Gehäuseteil 3A Im hinteren Gehäuseteil ist eine Zuführkammer 31 mit zwei zueinander parallelen Zylindern vorgesehen, welche seitlich miteinander verbunden sind. Oberhalb der beiden Zylinder ist eine sich über beide Zylinder erstreckende gemeinsame Öffnung 32 zum Einbringen des Materials in die Zuführkammer 31 vorgesehen.
Im hinteren Abschnitt der Zuführkammer 31 sind zwei unabhängige Zylinder ausgebildet, welche jeweils einen kleineren Durchmesser als die Zuführkammer aufweisen, und mit Dichtungspackungen 33 versehen sind, welche jeweils mit einer Stopfbüchsbrille 34 befestigt sind, um zu verhindern, daß das Material oder Stickstoffgas usw. nach außen leckt. Eine Ummantelung 35 umgibt die Gehäuseteile 3, 3A um die Zuführkammer 31 zu kühlen, damit das in die Zuführkammer 31 eingebrachte Material nicht in der öffnung 32 schmilzt ί,-ι daß das Erfassen des Materials durch die Fördergänge 11 nicht verschlechtert wird.
Der vordere Gehäuseteil 3.4 enthält eine Knetkam nier 36, zwei unabhängige konische Abschnitte 37, .37.4 zwei unabhängige Extrudierabschnitte 38, 38.4, eir Lagergehäuse 39 und zwei Ausstoßöffnungen 40. Di< Knetkammer 36 wird durch die Verlängerung de Zuführkammer 31 nach vorn gebildet und besteht au zwei seitlieh miteinander verbundenen Zylindern, wii
sie in Fig.3 im Querschnitt dargestellt sind. Die konischen Abschnitte 37, ZTA werden von zwei unabhängigen konischen Verlängerungen gebildet, die vor der Knetkammer 36 angeordnet sind. Jeder der konischen Abschnitte läuft vom inneren Durchmesser der Knetkammer zum Durchmesser des Extrudierab· schnittes 38, 38,4 zusammen, der vor dem konischen Abschnitt angeordnet ist. Die Extrudierabschnitte 38, 38,4 werden durch zwei unabhängige Zylinder gebildet, welche jeweils an der Unterseite mit einer rechteckigen Ausstoßöffnung 40 versehen sind.
Innerhalb jedes Zylinders der Extrudierabschnitte 38 sind am vorderen Teil Labyrinthdichtungen 41 vorgesehen, welche mit einer Stopfbüchsenbrille befestigt sind, um ein Lecken des Materials von den Extrudierabschnitten 38, 38,4 an den Schnecken entlang nach außen zu verhindern. Das Lagergehäuse 39 wird von Rippen 43 getragen, welche sich vom vorderen Ende des vorderen Gehäuseteils erstrecken. Das Lagergehäuse trägt die radialen Wälzlager 24, 24/4, um die vorderen Enden der Schnecken 2 bzw. 2A drehbar zu lagern. Um die Knetkammer 36, die Extmdierabschnitt 38 und die Ausstoßöffnungen 40 sind Mantel 44 und 45 angeordnet, welche mit Dampf oder Wasser versorgt werden können. Die vorderen und hinteren Gehäuseteile 3A und 3 sind durch Flansche 46 und 47 mit nicht dargestellten Schraubenbolzen und Muttern fest miteinander verbunden. Beide Gehäuseteile sind über einen Fuß 48 des Flansches 47 des hinteren Gehäuseteils 3 und einem Fuß 49 des vorderen Gehäuseteils 3A verschiebbar auf einem Rahmen 70 gelagert.
Ein Kolben des auf dem Rahmen 70 angeordneten Druckzylinders 4 ist mit dem hinteren Gehäuseteil am Fuß 48 von dessen Flansch 47 verbunden, so daß die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Kolbens des Druckzylinders 4 auf den hinteren und vorderen Gehäuseteil 3, 34 übertragen wird, wodurch die Einstellung des Spaltes h durchgeführt wird, welcher zwischen den konischen Abschnitten 17, 17.4 der Schnecken 2.2A und den konischen Abschnitten 37,37.4 des vorderen Gehäuseteils 3/4 gebildet ist. Damit die Mittellinien der Gehäuseteile 3, 3,4 und der Schnecken 2, 2Λ miteinander übereinstimmend bleiben, wenn die Gehäuseteile 3, 3/4 nach vorwärts oder rückwärts verschoben werden, werden die Füße 48, 49 von Führungen 71 und 72 geführt, welche am Rahmen 70 befestigt sind. Zusätzlich ist eine Führung 65 an der Vorderseite des Untersetzungsgetriebes 1 vorgesehen.
Zum besseren Verständnis wird im folgenden kurz die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes erläutert.
Wenn das Drchmomem des nicht dargestellten Motors über eine nicht dargestellte kraftübertragende Kupplung auf die Welle 51 übertragen wird, wird die Welle 52 ebenfalls über die Zahnräder 59, 60 in einer Richtung entgegengesetzt zur Welle 51 gedreht. So sind die Drehrichtungen beider Wellen so, daß sie nach innen aufeinanderzu drehen und diese Drehungen werden über die Kerbverzahnungen 63, 64 bzw. 63' bzw. 64'
ίο direkt auf die Schnecken 2, 2Λ übertragen, so daß die Schnecken 2, 2A nach innen aufeinanderzu gedreht werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.
Die Schubkraft der Schnecken 2, 2A wird von den Axialschublagern 57, 58 aufgenommen, welche auf den Wellen 51, 52 angeordnet sind. An dieser Stelle ist zu erkennen, daß die Rotoren 2,2A mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten gedreht werden können, als sie bisher mit bekannten Extrudern erzielt wurden, weil die vorderen Enden der Rotoren 2, 2Λ durch die radialen Wälzlager 24,24,4 gelagert sind.
Das durch die öffnung 32 eingebrachte Material wird von den wendeiförmigen Förderwindungen 11, 11/4 der Rotoren 2, 2/4 zur Knetkammer 36 des Gehäuseteiles 3Λ gefördert.
Die Verweilzeiit, das Beschickungsverhältnis und der Druck des Materials in der Knetkammer werden leicht über die Einstellung des Spaltes h zwischen den konischen Abschnitten 17, 17Λ und 37, 37/4 durch die Betätigung des Druckzylinders 4 eingestellt. Zusätzlich zur Steuerung wird das endgültige Homogenisieren des Materials in den konischen Abschnitten 17,17/4 und 37, 37/4 durchgeführt. Das durch den Spalt h zwischen den konischen Abschnitten 17, 17/4 und 37, 37A herausgetriebene Material wird nach außen durch die Extrusionsöffnungen 40 durch die Wirkung der Gänge 18,18Λ und 19, 19,4 der Extrudierabschnitte extrudiert. D^bei lecki das Material nicht durch die Labyrinthdichtung 41 am vorderen Ende der Schnecken 2, 2A, weil die Querschnittsfläche der Extrusio «öffnungen 40 genü-
gend groß gewählt ist. Während des Betriebes wird dem Mantel 35 des hinteren Gehäuscteils 3 fortwährend Wasser zugeführt, so daß das Erfassen des Materials durch die wendeiförmigen Fördergänge der Schnecken im Zuführabschnut nicht durch Schmelzen des Materials behindert wird. Außerdem wird den Mänteln 44,45 und den Bohrungen 20 der Schnecken abhängig von dem 711 knetenden Material ein Heiz- oder Kühlmedium zugeführt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Kontinuierlich arbeitender Knetmischer für thermoplastisches Kunstharz, bestehend aus einem Gehäuse mit zwei achsparallelen, im wesentlichen zylindrischen, sich zumindest in einem Knetabschnitt durchdringenden und dadurch miteinander in Verbindung stehenden Bohrungen, in denen beidseitig gelagerte und abströmseitig hinter der Extrusions-Öffnung angeordnete, Labyrinthpackungen aufweisende, gegenläufig angetriebene Schnecken angeordnet sind, die in Materialstromrichtung hintereinanderfolgend jeweils einen Fördergänge aufweisenden Zuführabschnitt und e;nen gegenläufige Knetgänge aufweisenden Knetabschniu aufweisen, wobei im Anschluß an den Knetabschnitt Einrichtungen zum Einstellen des Durchtrittsquerschnittes für das thermoplastische Material vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einriehtungen von konisch sich verjüngenden Abschnitten (37 bzw. ΎΙ A) der Gehäusebohrungen und in diesen Abschnitten liegenden konischen Abschnitten (17 bzw. YIA) der Schnecken (2 bzw. 2A) gebildet, jedoch zur Einstellung der Größe des Spalts (H) zwischen den konischen Abschnitten der Schnecken und der Gehäusebohrungen axiale Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse und den Schnecken durchführbar sind — wie an sich bekannt —, und daß ferner sich an die konischen Abschnitte jeweils ein Extrusionsabschnitt anschließt, der eine im Querschnitt unveränderbare Extrusionsöffnung (40) aufweist, die das Kunstharz frei durciströmen läßt, wobei die Schnecken in diesem Abschnitt jeweils einen vor der Extrusionsöffnung liegenden, in Stromrichtung fördernden Gang (18, HA) und jeweils einen hinter der Extrusionsöffpung liegenden, entgegengesetzt zur Stromrichtung fördernden Gang (19,19,4^aufweisen.
    40
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