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Kontinuierliche Enetvorrichtung Die Erfindung betrifft eine kontinuierliche
Knetvorrichtung zum Kneten bzw. Verformen eines Materials unter Bildung einer Vorpaste
und zum weiteren Kneten bzw. Verformen der Vorpaste zusammen mit einem faserförmigen
Zusatz zwischen einer Trommel und einem Rotor. Dabei weist der Rotor einen speziellen
Aufbau auf und ist in der Trommel, die ebenfalls einen speziellen Aufbau aufweist,
so angeordnet, daß der Verschleiß der Apparatur und eine Beschädigung des faserförmigen
Materials
während des Knetens des faserförmigen Materials vermindert oder verhindert wird
und die Vorrichtung kompakt ist.
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Glasfaserverstärkte Kunststoffe (nachfolgend als FRP bezeichnet),
insbesondere eine Art einer FRP-Vormischung, die in der Regel als Massenformungsverbindung
(nachfolgend als BEC bezeichnet) bezeichnet wird, werden in der Regel hergestellt
unter Verwendung eines üblichen Ohargenmischers. Der Chargenmischer macht jedoch
während seines Betriebs Arbeftsstunden erforderlich. Auch hat der Glasfaserzusatz
die Neigung, zu brechen oder sich aufzudrehen, so daß die Eigenschaften des Produktes
dadurch beeinträchtigt werden können. Der Chargenmischer wird in der Regel dafür
verwendet, ein Pulver aus einem Material, wie Oalciumcarbid, und eine Flüssigkeit
aus beispielsweise einem Material, wie Polyester, zu einer Paste zu kneten und dann
die Paste zusammen mit einem weiteren Zusatzmaterial, wie z.B. #lasfasern, zu kneten.
Das heißt mit anderen Worten, bei der Verwendung des Ohargeiimischers erfolgt das
Kneten des Pulvers und der Flüssigkeit und das Kneten der resultierenden Paste und
des faserförmigen Zusatzmaterials in der gleichen Mischzone mit dem gleichen Knetflügel.
Vorzugsweise wird jedoch die wer stellung der Paste und die Einarbeitung von Glasfasern
in die Paste mit getrennten Mischern mit Jeweils geeigneten Gestalten und Dimensionen
durchgeführt.
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So ist es beispielsweise beim Kneten von Pulver und Flüssigkeit erwünscht,
hohe Scherkräfte auszuüben, um eine homogene Paste zu erhalten, die frei von einem
nicht-gekneteten Pulver- oder Flüssigkeitsanteil ist. Andererseits sind bei der
Einarbeitung von Glasfasern in die resultierende Paste übermäßig hohe Scherkräfte
unerwünscht, weil dadurch die Glasfasern zerbrochen oder aufgedreht würden. Aus
diesem Grunde ist eine mäßige Kraft erwünscht, die ausreicht, um
die
Fasern mit der Paste, d.h. der Mischung aus Calciumcarbid und dem nicht-gesättigten
Polyester, gleichförmig zu imprägnieren.
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Um diesen Anforderungen bei der Herstellung von swa zu genügen, ist
bereits ein sogenannter Multirotor-Kneter mit einer Vielzahl von Rotoren vorgeschlagen
worden. Dieser Kneter weist jedoch sehr schwierige Probleme hinsichtlich der Herstellung
und des Zusammenbaus insofern auf, als es strukturell unmöglich ist einen ausreichenden
Spalt zwischen jedem Rotor und der Innenwandoberfläche der Trommel zu erzeugen,
und insofern, als dann, wenn der Abstand Achse-Achse zwischen benachbarten Rotoren
einen vorher festgelegten Abstand übersteigt, die Rotoren leicht mit der Innenwandoberfläche
der Trommel in Berührung kommen, was zu einem erhöhten Verschleiß oder einer Beschädigung
derselben führt.
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Es ist auch üblich, die Einarbeitung von Fremdmaterialien, wie z.B.
Glasfasern, in ein thermoplastisches Harz, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol
und ABS-Nylon, unter Verwendung eines Mischers, Extruders oder einer Herausnabme-Formungseinrichtung
durchzuführen. In diesem Falle wird die aus dem Harz und einem Zusatzmaterial, wie
z.B. Glasfasern, bestehende mischung in den Einfülltrichter geschüttet und das Schmelzen
des Harzes erfolgt gleichzeitig mit dem Mischen desselben mit dem Fremdmaterial.
Wenn das Pulver oder die Pellets des thermoplastischen Harzes und des Zusatzmaterials
innerhalb einer Spritzguß-, Extruders oder Mischvorrichtung miteinander gerührt
werden, werden feste Partikel aus Harz und Festkörper des Zusatzmaterials miteinander
und mit der Innenwand des Extruders oder Mischers in Druckkontakt gebracht, wobei,
da der Kontaktdruck sehr hoch ist, zwischen dem Harz und dem Zusatzmaterial oder
zwischen dem Zusatzmaterial und der Innenwand des Extruders oder Mischers eine starke
Reibung auftritt, was zu einer Beschädigung des Zusatzmaterials
und
zu einem extremen Verschleiß an dem Metall der Innenwand führt. So wird beispielsweise
die Produktivität des Extruders herabgesetzt oder sein Betrieb muß in einem extremen
Falle eingestellt werden wegen des Verschleißes der Flügel in dem Zuführungsabschnitt
und dem Komprimierabschnitt der Förderschnecke. Auch verringert sich dann, wenn
das Zusatzmaterial extrem beschädigt wird, sein Effekt der Verbesserung von verschiedenen
mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der Zugfestigkeit, des thermoplastischen Harzes,
so daß es unmöglich wird, die gewünschten Eigenschaften des faserverstärkten thermoplastischen
Harzes zu erzielen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es nun, die oben genannten Nachteile
zu überwinden und einen Verschleiß der Vorrichtung und eine Beschädigung des faserigen
Zusatzmaterials zu eliminieren und gleichzeitig eine kontinuierliche Knetvorrichtung
mit einem einzigen, speziell konstruierten Rotor anzugeben, die frei von den strukturellen
Nachteilen des Multirotor-Kneters ist und eine verbesserte kompakte Form und Wirksamkeit
aufweist.
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Es wurde nun gefunden, daß dieses Ziel durch eine kontinuierliche
Knetvorrichtung zum Kneten eines Materials unter Bildung einer Vorpaste und zum
weiteren Kneten der Vorpaste zusammen mit einem faserförmigen Zusatzmaterial zwischen
einer Trommel (Zylinder) und einem Rotor erreicht werden kann, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß sie aus einer Trommel und einem einzigen Rotor besteht, der sich innerhalb
der Trommel erstreckt und zusammen mit der Trommel einen ersten Zuführungsabschnitt,
einen ersten Knetabschnitt, einen zweiten Zuführungsabschnitt und einen zweiten
Knetabschnitt nacheinander in der angegebenen Reihenfolge bildet, wobei die Trommel
mit einem ersten Einlaß zur Einführung des Materials zur Herstellung der Vorpaste
an einer Position entsprechend des ersten Zuführungsabschnittes, mit einem
zweiten
Einlaß zur Einführung des faserförmigen Zusatzmaterials an einer Position entsprechend
dem zweiten Zuführungsabschnitt und mit einem Auslaß an einer Position entsprechend
dem-vorderen Ende des zweiten Knetabschnittes versehen ist.
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Um das oben genannte Ziel wirksamer zu erreichen, wird der Spielraum
zwischen dem Rotor und der Innenwandoberfläche der Trommel variabel gemacht. Außerdem
ist es zweckmäßig, den Spielraum zwischen dem äußeren Rand des Rotors und der inneren
Oberfläche der Trommel in dem zweiten Knetabschnitt größer zu machen als in dem
ersten Knetabschnitt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Dabei bedeuten: Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer Anordnung, in der die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende kontinuierliche
Knetvorrichtung verwendet wird; Fig. 2 eine Schnittansicht, welche den inneren Aufbau
einer Ausführungrform der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Knetvorrichtung zeigt;
Fig. 3 eine Schnittansicht, welche eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
kontinuierlichen Knetvorrichtung zeigt, in der der Rotor in anderer Weise gelagert
ist; Fig. 4 eine Querschnittsansicht der ersten Knetzone in vergrö#ertem Maßstab;
Fig. 5 eine querschnittsansicht der zweiten Knetzone in vergrößertem Maßstab; Fig.
6 eine perspektivische nicht der ersten Kneteinrichtung;
Fig. 7
eine perspektivische Ansicht der zweiten Kneteinrichtung, Fig. 8 eine Schnittansicht,
die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Knetvorrichtung
zeigt; Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, welche die erste und zweite Kneteinrichtung
in der Ausführungsform gemäß Fig. 8 zeigt; Fig. 10A eine Schnittansicht, die eine
weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Knetvorrichtung zeigt;
Fig. 10B einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 10As Fig. 11A eine Frontansicht,
die eine Modifikation des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Rotas
zeigt; Fig. 11B einen Schnitt entlang der Linie B-B in der Fig. 11A; Fig. 12 eine
Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen kontinuierlichen
Knetvorrichtung zeigt; Fig. 13A eine Frontansicht einer weiteren Modifikation des
Rotors und Fig. 13B und 13C Schnitte entlang der Jeweiligen Linien A-A und B-B der
Fig. 13A.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen an Hand von bevorzugten Ausführuiigsformen näher erläutert
Die
Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kneter und die damit verbundene
Vorrichtung bei ihrer Verwendung zum Kneten von BMG. Die pulverförmige Mischung
umfaßt Calciumcarbid, ein Treunmittel (z.B. Zinkstearat) und ein Mittel zur Erhöhung
der Viskosität (z.B. Magnesiumo#d), die nach der Herstellung in einem geeigneten
Mischer mit einer geregelten Geschwindigkeit kontinuierlich durch einen Pulvereinlaß
3 aus einer Zuführungseinrichtung 1 in den Kneter eingeführt wird, während eine
flüssigkeitsartige Mischung, die ein nichtgesättigtes Polyesterharz und einen Katalysator
(z.B. Perbutylbenzoat) enthält, mit einer geregelten Geschwindigkeit aus einem Torratsbehälter
13 durch eine Pumpe 12 herausgepumpt und durch eine Einlaßöffnung 6 in das Innere
der Trommel 2 eingeführt wird.
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Die Trommel 2 ist an einem Punkte zwischen den einander gegenüberliegenden
Enden auch mit einer Einlaß öffnung 4 für die Glasfasern versehen, durch welche
auf eine vorher festgelegte Länge mittels einer Schneideinrichtung 7 zugeschnittene
Glasfasern 8 kontinuierlich in den Kneter eingeführt werden. Innerhalb der Trommel
dreht sich ein Rotor und die Pulver- und Flüssigkeitskomponenten werden in einer
Zone zwischen den Einlaßöffnungen 3 und 4 miteinander gemischt und gleichförmig
geknetet und die dabei erhaltene Paste und die zugesetzten Glasfasern werden in
einer Zone zwischen der Einlaßöffnung 5 und dem von der Einlaß öffnung 3 abliegenden
Ende 5 der Trommel gemischt und gleichförmig geknetet. Das auf diese Weise erhaltene
Xischungsprodukt wird kontinuierlich ausgetragen.
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Die Trommel 2 kann erforderlichenfalls mit einem Kühlmantel versehen
sein, um eine Erhöhung der Trommeltemperatur zu verhindern. Der Rotor wird über
eine Riemenantriebsscheibe 10 und eine angetriebene Scheibe 9 mittels eines Motors
11 angetrieben. Die Trommel 2 besteht aus einer oberen und einer unteren Hälfte,
die durch Bolzen aneinander befestigt sind und
zur Reinigung der
Innenwandoberfläche leicht voneinander getrennt werden können.
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Die Fig. 2 zeigt den Aufbau des Kneter im Detail. In dem dargestellten
Beispiel weist der sich durch die Knetertrommel erstreckende Rotor eine Rotorwelle
24 auf, die in der Nähe ihres rückwärtigen Endes mittels einer Büchse 25 in Lagern
26a und 26b und in der Nähe ihres vorderen Endes in einem Lager 27 gelagert ist.
Die Rotorwelle 24 trägt eine erste Zuführungseinrichtung 20, um das durch den Einlaß
13 zugeführte Pulver nach vorne zu drücken, eine erste Kneteinrichtung 21, die eine
erste Knetzone zum Mischen und Kneten des Pulvers und der durch die Flüssigkeitseinlaßöffnung
6 in der Trommel 2 zugeführten Flüssigkeit, eine zweite Zuführungseinrichtung 22,
um die resultierende homogene Paste aus dem Pulver und der Flüssigkeit nach vorne
zu drücken, und eine zweite Kneteinrichtung - 23, die eine zweite Knetzone zum gleichförmigen
Mischen uni steten der Paste und der zugesetzten Glasfasern bildet. Alle diese Einrichtungen
sind mittels eines Splints 30 auf der Rotorwelle 24 festgekeilt und rotieren gleichsinnig
mit der Rotorwelle. Auch werden die Einzelteile jeweils mittels nicht dargestellter
eingesetzter Bolzen in fixierten axialen Positionen festgehalten.
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Die Rotorwelle 24 ist mit Gewindegängen 24a und 24b auf den Abschnitten
versehen, #die in die einander gegenüberliegenden Stirnwände der Trommel 2 eindringen,
um ein Austreten von Pulver und Paste an diesen Teilen zu verhindern. Die Trommel
ist in der Nähe ihres von dem Einlaß 3 abliegenden Endes mit einem Auslaß 5 versehen,
durch welchen die geknetete Mischung ausgetragen und in eine Formungsvorrichtung,
beispielsweise eine Spritzformungsvorrichtung oder eine Presse zur Herstellung des
gewünschten Gegenstandes eingeführt wird.
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An dem Auslaß 5 ist eine Platte oder Klappe 5a vorgesehen und deren
relative Position zu der Auslaßöffnung ist mittels einer
Handschraube
28 so steuerbar, daß die geknetete Paste in der gewünschten kontinuierlichen Form,
beispielsweise in einer brettartigen oder stabartigen Form, ausgetragen werden kann.
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Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kneter. In diesem Beispiel ist die Rotorwelle 24 anstatt an den einander gegenüberliegenden
Enden wie in dem Beispiel gemäß Fig. 2 nur an ihrem rückwärtigen Ende gelagert.
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Außerdem ist eine weitere Zuführungseinrichtung 31 mit einer verhältnismäßig
kleinen axialen Dimension vor der zweiten Kneteinrichtung 23 vorgesehen und die
Einzelteile 20, 21, 22, 23 und 31 sind auf der Rotorwelle 24 festgekeilt und sie
werden integral relativ zueinander festgehalten durch Befestigen eines konischen
Kopfes 32, der auf eine Schraube oder eine mit einem Gewinde versehene Verlängerung
24C auf geschraubt ist, die sich von dem freien Ende der Rotorwelle nach vorne erstreckt.
Bei dieser Ausführungsform kann die geknetete Paste leichter ausgetragen werden,
da anders als bei dem Beispiel gemaß der Fig. 2 die Austragsrichtung mit der Richtung
zusammenfällt, in der die geknetete Paste nach vorne gedrückt wird. Erforderlichenfalls
können eine Schneideinrichtung 34 und ein durch Öl oder Druckluft betätigter Zylinder
35 vorgesehen sein, um die ausgetragene Paste in dem gewünschten Intervall abzuschneiden.
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Die Figuren 4 bis 7 zeigen spezifische Konstruktionen der ersten und
zweiten Kneteinrichtung 21 und 23, wie sie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
gemäß den Fig. 2 und 3 verwendet werden. Die Fig. 4 und 6 zeigen insbesondere den
Aufbau der ersten Kneteinrichtung 21, während die Fig. 5 und 7 diejenigen der zweiten
Kneteinrichtung 23 zeigen. Jede dieser Einrichtungen besteht aus einer Vielzahl
von rotierenden Teilen 21a, 21b, ..., oder 23a, 23b, ..., von denen jeder eine Vielzahl
von, in den dargestellten
Beispielen 2, Kanten 21z oder 23z aufweisen
und die durch den Splint 30 auf der Rotorwelle 24 festgekeilt sind.
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Die einzelnen rotierenden Teile in jedem Satz sind konzentrisch zu
der Rotorwelle und untereinander in den erläuterten angulären Positionen angeordnet.
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In der ersten Knetzone ist es erwünscht1 daß sie ein gleichförmiges
Mischen und Kneten der Pulver- und Flüssigkeitskomponente, die das nicht-gesättigte
Polyesterharz enthält, zu einer homogenen Paste erlaubt, die frei von einem nichtgekneteten
Pulver- oder Flüssigkeitsanteil ist. Zu diesem Zweck wird der Spalt zwischen der
Innenwandoberfläche der Trommel 2 und der Kante 21z des rotierenden Teils vorzugsweise
klein genug gemacht, um eine starke Scherung des zu knetenden Materials zu erzielen0
Wenn beispielsweise der Innendurchmesser der Trommel etwa 150 mm beträgt, können
beste Ergebnisse dadurch erzielt werden, daß man den oben erwähnten Spalt auf 1
mm einstellt.
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Die zweite Kneteinrichtung 23 muß, anders als die erste Kneteinrichtung
21, die FunI#ion haben, die Glasfasern und die Polyesterflússigkeit gleichförmig
miteinander zu mischen, ohne daß dabei die Glasfasern zerbrochen werden oder sich
aufdrehen.
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Es ist nicht erforderlich, daß dem zu knetenden Material eine hohe
Scherkraft erteilt wird, so daß der optimale Spalt zwischen der inneren Dromsleloberfläche
und der Kante des rotierenden Teils 5 bis 6 mm beträgt, wenn der Trommelinnendurchmesser
etwa 150 mm beträgt. Der oben angegebene optimale Spalt in der zweiten Knetzone
wird nicht nur eingestellt, um den Bruch und das Aufdrehen der Glasfasern zu verhindern,
sondern auch noch aus einem anderen Grunde. Wenn der Spalt auf etwa 1 mm verringert
wird wie in der ersten Knetzone werden die Glasfasern zusammengedrängt und die dabei
erhaltene Glasfasermasse wird darin festgehalten und bietet einen großen Widerstand,
so daß ein außerordentlich großes Drehmoment erforderlich
ist,
um durch Uberwindung dieses Widerstandes eine Knetung zu bewirken, so daß kein glattes
Kneten erzielt werden kann.
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In dem obigen Beispiel, in demdie Kneteinriohtung aus einer Vielzahl
von sich drehenden Teilen 21a, 21b, ..., oder 23a, 23b, ... besteht, ist es möglich,
die Zeit, die das geknetete Material braucht, um durch die Enetzone voranzuschreiten,
und die Art der Ausübung der Scherkraft auf das geknetete Material durch geeignete
änderung der angulären Positionen der sich drehenden Teile in dem Satz relativ zueinander
zu variieren.
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So kann beispielsweise mit der in der Fig. 6 dargestellten Anordnung,
in welcher einige aufeinanderfolgende rotierende Teile die gleiche anguläre Position
einnehmen oder auf einander ausgerichtet sind, eine hohe Scherkraft auf das zu knetende
Material ausgeübt werden. Daher kann durch Verwendung dieser Anordnung für die erste
Knetzone eine gut geknetete, von einem nicht-gekneteten Pulver- oder Flüssigkeitsanteil
freie Paste und das erfindungsgemäß angestrebte Ziel erhalten werden.
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Bei der Anordnung, bei der die Kanten der aufeinanderfolgenden rotierenden
Teile im wesentlichen helixartig angeordnet sind, wird die Vorwärtsbewegung des
gekneteten Materials in Abhängigkeit von der Richtung der Helix entweder gefördert
oder verzögert. Demgemäß sind in der Knetzone, wie z.B. der zweiten Knetzone, in
der kein ausgeprägter Kneteffekt erforderlich ist, die sich drehenden Teile vorzugsweise
so angeordnet, daß die durch ihre Kanten gebildete Helix die Wirkung hat, die Vorwärtsbewegung
des gekneteten Materials zu fördern. Dadurch kann das Brechen oder Aufdrehen der
Glasfasern minimal gehalten werden.
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Die Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kneters.
Während in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die erste und zweite Kneteinrichtung
jeweils aus einer Viel-zahl von sich drehenden Teilen aufgebaut sind, bilden in
dieser Ausführungsform die erste und die zweite Kneteinrichtung 21 und 23 mit der
Rotorwelle 24, wie in Fig. 9 dargestellt, eine Einheit. Bei der Herstellung können
die erste und die zweite Kneteinrichtung von der damit verbundenen Zuführungseinrichtung
getrennt hergestellt werden und dann können erstere und letztere zu einem einzigen
Knetrotor miteinander vereinigt werden. Alternativ kann der Rotor aus einem einzigen
Stück hergestellt werden, indem man es so bearbeitet, daß es sowohl eine Zuführungseinrichtung
als auch eine Kneteinrichtung bildet. Ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform sind die erste Zuführungszone, die erste Knetzone, die zweite Zuführungszone
und die zweite Knetzone hintereinander in der angegebenen Reihenfolge von dem rückwärtigen
Ende der Knetertrommel gerechnet, angeordnet.
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Es sei darauf hingewiesen, daß bei der erfindungsgemäßen kontinuierlichen
Knetvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau, bei der ein einziger Rotor mit
einer Harzkomponentenzuführtingszone, einer ersten Knetzone, einer Zusatzmaterialzuführungszone
und einer zweiten Knetzone verwendet wird, wobei die Pulver- und Flüssigkeitsmaterialien,
die in die Knettrommel eingeführt werden, durch den Rotor zu einer Paste gemischt
und geknetet werden, die dann zusammen mit dem Zusatzmaterial, wie z.B. Glasfasern,
die in der Mitte während des kontinuierlichen Knetvorganges durch den gleichen Rotor
und am Ende des Knetvorganges eingeführt werden, geknetet wird, die resultierende
Pastenmischung durch einen an dem oder in der Nähe des vorderen Endes der Trommel
vorgesehenen Auslaß kontinuierlich ausgetragen wird. Auf diese Weise ist es möglich,
die Pulver- und Flüssigkeitsmaterialien gleichförmig zu einer homogenen Paste st
kneten und der Paste gleichförmig Glasfasern einzuverleiben, ohne daß die Glasfasern
brechen oder
aufgedreht werden, so daß dadurch eine homogene Pastenmischung
mit einer hohen Qualität erhalten wird. Da der Kneter nur einen einzigen Rotor aufweist,
ist sein Aufbau im Vergleich zu den bisher bekannten Multirotor-Knetern mit 2 oder
mehr Rotoren einfach und bei seiner Herstellung und seinem Zusammenbau treten keine
Schwierigkeiten auf, so daß er billiger hergestellt werden kann. Außerdem ist es
möglich, den Knetungsgrad in Abhängigkeit von der Verwendung der erhaltenen Pastenmischung
frei einzustellen.
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Es sei betont, daß der Spalt zwischen der Innenwandoberfläche der
Knetertrommel und dem Rotor für die erste Knetzone ausreichend klein und für die
zweite Knetzone ziemlich groß gemacht wird. Auf diese Weise kann in der ersten Knetzone
eine hohe Scherkraft auf das geknetete Material ausgeübt werden, um so das Pulvermaterial
und das flüssige Material, wie z.B.
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einen nicht-gesättigten Polyester, zu einer homogenen Paste zu kneten,
die frei von einem nicht-gekneteten Pulver- oder Flüssigkeitsanteil ist, während
in der zweiten Knetzone die angewendete Scherkraft gering ist im Vergleich zu derjenigen
der ersten Knetzone, wodurch der Bruch oder das Aufrollen der zugesetzten Glasfasern
vermieden wird. Außerdem werden die Glasfasern nicht zusammengedrängt und in der
zweiten Knetzone festgehalten, so daß in derselben ein glattes Endes ten erzielt
werden kann. Außerdem ist es mit dem Aufbau der ersten und zweiten Kneteinrichtung,
die aus einer Vielzahl von sich drehenden Teilen bestehen, möglich, die Zeit, die
das geknetete Material benötigt, um sich durch die Knetzone nach vorne zu bewegen,
und die Art der Einwirkung der Scherkraft auf das geknetete Material durch geeignete
Änderung der angulären Positionen der einzelnen sich drehenden Teile in dem Satz
relativ zueinander zu variieren. Darüber hinaus ist es mit dem Ausleger-Typ der
Lagerung der Rotorwelle möglich, den Austrag der gekneteten Paste dadurch zu erleichtern,
daß ihre Austragsrichtung mit der Richtung der
Vorwärtsbewegung
des gekneteten Materials übereinstimmt.
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Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Knetvorrichtung an Hand des Knetens eines thermoplastischen Harzmaterials mit einem
faserförmigen Material beschieben.
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Die Fig. 10 zeigt eine solche erfindungsgemäße Ausführungsform.
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Darin ist eine zylindrische Trommel 105 der Knetvorrichtung dargestellt.
Sie weist einen Einlaß 102 zur Einführung des Harzmaterials, einen anderen Einlaß
103 zur Einführung des anorganischen Zusatzmaterials, wie Glasfasern, und einen
Auslaß 104 zum Austragen der gekneteten Paste, bestehend aus dem Harz und dem anorganischen
Zusatz, wie Glasfasern, auf, die gleichförmig miteinander durchgekentet worden sind.
Ihr äußerer Umfang ist mit einem Heiz- oder Kühlmantel 111 zum Heizen oder Kühlen
desselben versehen. Durch die Trommel 105 erstreckt sich ein Rotor 101, der drehbar
ist und in der Nähe seines rückwärtigen Endes in Lagern 109, die auf einem Träger
120 aufliegen, und in der Nähe seines vorderen Endes in einem Lager 110, das auf
einem Träger 121 aufliegt, gelagert ist Der Rotor 101 wird mit einer vorher festgelegten
Rotationsgeschwindigkeit mittels einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung
mit variabler Geschwindigkeit durch eine mit ihrem rückwärtigen Ende 101i verbundene
Kupplung und eine Scheibeneinrichtung angetrieben. Die Trommel 105 und der Rotor
101 werden von einem Trägerrahmen gestützt, der auf der Oberseite der Basis 114
befestigt ist.
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Das mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Einlaß 102 in die
Trommel eingeführte thermoplastische Harz wird durch eine helixartige Rille eines
ersten Zuführungsabschnitts 101a des Rotors in einen ersten Knetabsohnitt 101b in
Vorwärtsrichtung in die Trommel eingeführt, indem es aufgrund der Gestalt des Rotors
in diesem Abschnitt einer hohen Scherkraft ausgesetzt wird, die ausreicht, um es
zu kneten, so daß es
weich gemacht und geschmolzen wird. Das geschmolzene
Harz wird in einen zweiten Zuführungsabsohnitt 101c eingeführt, die ebenfalls eine
helixartige Rille aufweist. Inzwischen wird das anorganische Zusatzmaterial, wie
z.B. die Glasfasern, ebenfalls mit einer konstanten Geschwindigdit durch den Einlaß
103 in den zweiten Zuführungsabschnitt eingeführt, von wo es zusammen mit dem aus
dem ersten Knetabschnitt 101b kommenden geschmolzenen Harz in einen zweiten Knetabschnitt
101d eingeführt wird, in dem das zugesetzte Material in dem geschmolzenen Harz dispergiert
wird. Das dabei erhaltene Materialgemisch wird durch den Auslaß 104 der in der Nähe
des vorderen Endes der Trommel vorgesehen ist, kontinuierlich ausgetragen. Das ausgetragene
Material kann durch Walzen zu einer Folie verformt oder mit einem Extruder mit einer
kurzen Schnecke pelletisiert werden.
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Das Schmelzen des Harzes in dem ersten Knetabschnitt 101b schreitet
fort, während es unter Verwendung einer auf der Außenseite der Trommel vorgesehenen
Heizeinrichtung erhitzt wird und während auf es eine mechanische Energie einwirkt,
die auf die Scherwirkung zurückgeht, die zwischen dem Rotor 101 und der Innenwandoberfläche
der Trommel 105 auf es ausgeubt wird. Die Temperatur des geschmolzenen Harzes kann
durch geeignete Steuerung der Temperatur der Trommel und durch geeignete Einstellung
der Rotorgeschwindigkeit in geeigneter Weise gesteuert werden. Während einerAnfangsperiode
beim Start des Betriebs des Kneters wird die Temperatur der Trommel 105 erhöht,
um das Schmelzen des Harzes zu fördern, wenn jedoch die normalen Betriebsbedingungen
in der Trommel vorliegen, wird sie manchmal gekühlt, indem man durch einen innerhalb
der Heizeinrichtung 111 vorgesehenen Kühlmantel Kühlwasser zirkulieren läßt.
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Die Einstellung des Knetungsgrades in dem #weiten Knetabschnitt 10led
zur Erzielung eines vorher festgelegten Dispersionsgrades des Zusatzmaterials wird
erzielt durch geeignete
Einregulierung der Rotorgeschwindigkeit
und Einstellung der Öffnung des Auslasses 106 durch eine Klappe (Drossel) 106, die
durch einen Ölzylinder 107 betätigt wird. Die Abdichtung gegen das Austreten von
Material zwischen dem Rotor 101 und der Trommel 105 wird dadurch erzielt, daß man
die betreffenden Teile des Rotors 101 mit Gewindegängen 101g und 101e versieht,
die dem Ausfließen des Materials' entgegenwirken.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist in jedem der Knetabschnitte
101b und 101d der Rotor 101 so geformt, daß er einen Flügel, der die Vorwärtsbewegung
des Materials unterstützt, und einen anderen Flügel aufweist, der sich der Vorwärtsbewegung
des Materials entgegenstellt, wobei diese Flügel kontinuierlich sind, wie in den
Figuren 10A und 103 dargestellt ist. Alternativ können auch diskontinuierlich fördernde
und sich entgegenstellende Flügel vorgesehen sein, wie das in den Figuren 11A und
11B dargestellt ist, es ist aber auch möglich, kontinuierliche Flügel, beispielsweise
für den ersten Enetabschnittfund diskontinuierliche Flügel für den zweiten Knetabschnitt
vorzusehen.
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Die Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei
der eine Einrichtung zur Einstellung des Spielraumes zwischen dem Rotor 101 und
der Trommel 105 vorgesehen ist, so daß der Knetungsgrad und die Harztemperatur in
dem ersten Knetabschnitt 101b durch diese Einrichtung gesteuert werden können. Der
Spielraum zwischen einem kegelförmigen Abschnitt 101g des Rotors 101 und einem entgegengesetzt-kegelförmigen
Abschnitt 105T der Trommel 105 kann insbesondere durch axiale Verschiebung, d.h.
entweder durch Vorwärtsbewegen oder Rückwärtsbewegen,der Trommel 105 oder des Rotors
101 eingestellt werden, wodurch sich der dem aus dem ersten Knetabschnitt 101b herausgedrückten
Material entgegengesetzte Widerstand ändert, so daß der gewünschte Knetungsgrad
erzielt wird. Bei der in der Fig. 12 dargestellten Ausführungsform wird die Abdichtung
an
dem vorderen Ende des Rotors dadurch erzielt, daß man von der Gegenkraft einer Druckfeder
115 Gebrauch macht, die ein Druckaufnahmestück 117 gegen einen elastischen Teil
118, der an dem Rotorende vorgesehen ist, preßt. Diese Anordnung kann auch die weiter
oben erwähnten technischen Anforderungen erfüllen.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen muß die Temperatur
der Trommel 105 für eine Anfangsperiode beim Start des Betriebs erhöht und nach
Einstellung der normalen Betriebsbedingungen herabgesetzt werden. Dies bedeutet
auch, daß eine bestimmte Zeit erforderlich ist, bevor die Trommel auf eine vorher
festgelegte Temperatur heruntergekühlt werden kann. Außerdem ist es bei der Konstruktion,
bei der der Spielraum zwischen den entgegengesetzt kegelförmigen Abschnitten eingestellt
wird, erforderlich, die axialen Positionen des Rotors und der Trommel relativ zueinander
zu ändern, um zu einem normalen Betrieb zu gelangen, was eine zusätzliche strukturelle
Komplizierung bedeutet.
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Die Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit
der die oben erwahnten Nachteile überwunden werden können.
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Auch diesmal handelt es sich um einen Kneter mit einem einzigen Rotor
und dieser erlaubt einen leichten und schnellen Start und eine Herabsetzung der
Harzverluste während der Startzeit. In der Fig. 13 (in der gleiche Teile durch gleiche
Bezugsziffern oder Symbole bezeichnet werden) ist in der Nähe des vorderen Endes
des Enetflügels des ersten Knetabschnittes 101b eine Art Wehr D mit einem ovalen
oder nahezu kreisförmigen Querschnitt vorgesehen. Es erzeugt einen zusätzlichen
Widerstand gegen den Harz strom, der sich aus dem ersten Knetabschnitt 101b in den
folgenden zweitenZuführungsabschnitt 101c bewegt. Mit dieser Konstruktion ist es
möglich, ein glattes Schmelzen des Harzes zu erzielen, ohne daß die Temperatur der
Trommel zum Zeitpunkt des Starts erhöht werden muß. Das heißt mit anderen Worten,
mit diesem Rotoraufbau ist
die Bildung eines kegelförmigen Abschnittes
in der Trommel durch Verringerung des inneren Durchmessers des folgenden Abschnitts
der Trommel und Anbringung eines Mechanismus zur Einstellung des Spielraumes zwischen
den entgegengesetzt kegelförmigen Abschnitten wie in der Ausführungsform gemäß Fig.
12 nicht erforderlich.
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Das Querschnittsprofil des Wehrs D kann kreisförmig sein, wie es in
Fig. 13B dargestellt wird, die oben erwähnte~ technische Anforderung kann jedoch
wirksamer erzielt werden, wenn das Wehr ein im wesentlichen ovales Querschnittsprofil
mit lokal erhöhten Teilen D1 aufweist. Auch kann dieses Wehr nicht nur an Rotoren
mit kontinuierlichen Knetflügeln, sondern auch an Rotoren mit diskontinuierlichen
Flügeln angebracht werden, wie beispielsweise einer in der Ausführungsform gemäß
Sig. 11 dargestellt ist.
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Wie oben beschrieben, wird erfindungsgemäß das thermoplastische Harz
in einem ersten Knetabschnitt geschmolzen und das geschmolzene Harz wird in einen
zweiten Knetabschnitt überführt, in dem es zusammen mit dem Zusatzmaterial, wie
z.B. Glasfasern, geknetet wird, ohne daß die Glasfasern oder ein ähnliches Zusatzmaterial
brechen oder sich aufdrehen. Auch kann mit der 1-Rotor-Kneterkonstruktion, die aus
einer Trommel mit einem Einlaß zur Einführung des thermoplastischen Harzes, einem
anderen Einlaß zur Einführung der Glasfasern oder eines ähnlichen Zusatzmaterials,
das dem geschmolzenen thermoplastischen Harz zugesetzt werden soll, und einem Auslaß
zum Aus tragen der Mischungspaste, die das thermoplastische Harz in dem geschmolzenen
Zustand und das in dem Harz dispergierte Zusatzmaterial enthält, und einem drehbaren
Rotor besteht, der innerhalb der Trommel angeordnet ist'und zusammen mit der Trommel
einen ersten Zuführungsabschnitt zur Einführung des durch den thermoplastischen
Harzeinlaß zugeführten Harzes, einen ersten Knetabschnitt zum thermischen Schmelzen
des Harzes, einen zweiten Zuführungsabschnitt zur Einführung des
geschmolzenen
Harzes aus dem ersten Knetabschnitt zusammen mit dem Zusatzmaterial und einen zweiten
Knetabschnitt zum gemeinsamen Kneten des geschmolzenen Harzes und des Zusatzmaterials
ohne Beschädigung des Zusatzmaterials bildet (begrenzt), mit einem Kneter, der den
einfacheren Aufbau des 1-Rotor-yps aufweist und mit geringeren Herstellungskosten
hergestellt werden kann, eine ähnliche Knetleistung erzielt werden wie mit dem bekannten
kontinuierlichen Kneter vom 2-Rotor-Typ. Weitere Vorteile können dadurch erzielt
werden,' daß man eine solche Anordnung wählt, daß der Rotor und die Trommel relativ
zueinander axial verschoben werden können, um den Spielraum (tipped clearance) zwischen
dem Rotor und der Trommel an dem vorderen Ende des ersten Knetabschnittes zu variieren,
oder dadurch, daß man einen Wehrabschnitt vorsieht, der in der Nähe des vorderen
Endes des ersten Knetabschnittes einen zusätzlichen Widerstand gegen den Harzstrom
erzeugt. Da das anorganische Zusatzmaterial, wie z.B. Glasfasern, zusammen mit dem
vorher gekneteten geschmolzenen Harz, wie oben erwähnt, geknetet werden, ist es
außerdem möglich, eine Beschädigung des Zusatzmaterials zu vermindern sowie den
Verschleiß der Knetvorrichtung extrem herabzusetzen.
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Außerdem kann durch geeignete Verkleidung des Rotors und der Trommel
die Lebensdauer (Standzeit) der Knetvorrichtung für einen gleichmäßigen und zuverlässigen
Betrieb stark erhöht werden. Außerdem kann der Rotor an seinen einander gegenüberliegenden
Enden gelagert oder in einer Konstruktion vom Ausleger-Typ wie in einem Ordnungs-Schne.ckenextruder
gelagert werden. Der Mechanismus des Austragsauslasses in den beschriebenen Ausführungsformen
ist in keiner Weise beschränkend zu verstehen und es kann Jeder andere übliche Mechanismus
angewendet werden, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Austragswiderstand einzuregulieren.
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Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf Glasfasern
als Beispiel für ein anorganisches Zusatzmaterial erläutert, es ist Jedoch klar,
daß der Verschleiß der Knetvorrichtung
auch dann herabgesetzt
werden kann, wenn die Erfindung zum Kneten eines Harzmaterials und eines anderen
anorganischen Zusatzmaterials, wie Calciumcarbid, Titanoxyd, Kalk und Siliciumdioxydsand,
angewendet wird.
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Patentansprüche: