DE2356201C3 - Vorrichtung zum Plastifizieren won Gummi, Kunststoff und ähnlichen plastischen Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Plastifizieren von Gummi, Kunststoff und ähnlichen plastischen Massen, mit zwei achsparallel angeordneten, an ihrem Umfang mit schraubenförmig verlaufenden, durch Zwischenstege getrennten Nuten versehenen Walzen, die zwischen sich über ihre gesamte Länge einen Plastif izierspalt bilden und an deren Enden Einrichtungen zum Aufgeben bzw. Abnehmen der Massen vorgesehen sind.

Eine derartige Vorrichtung offenbart z.B. die DT-OS1679880. Bei dieser greifen zumindest über einen wesentlichen Teil der am Aufgabeende beginnenden Arbeitslänge die Stege der einen Walze in die Nuten der anderen ein, und außerdem weisen die Walzen eine Art Schraubengewinde mit dreieckfönmigem Querschnitt der Stege auf, so daß diese zwischen den dann auch dreieckförmigen Nuten praktisch nur aus scharfen Kanten bestehen. Bei einer solchen Anordnung und Form der Profilierung müssen die für die Plastifizierung erforderlichen, eine Knetung hervorrufenden Scherkräfte bezüglich Einwirkungsdauer und -richtung sehr gleichförmig sein, weshalb eine intensive Durcharbeitung sowie gute Durchmischung und Homogenisierung plastischer Massen nicht erreicht werden kann.

Durch die DT-AS 2110179 ist ferner eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Homogenisieren bekanntgeworden, die aus einer in einem Gehäuse gelagerten Walze besteht, wobei in das Gehäuse sich kreuzende Scherkanäle und Mischnuten eingearbeitet sind und die jeweils zwischen den Mischnuten liegenden Scherkanäle versetzt zueinander angeordnet sind und das Material über die gesamte Breite der Walze zugegeben werden soll.

Zwar findet bei einer solchen Ausgestaltung eine sich wiederholende Scherung in den Schernuten mit anschließender Druckentlastung in den Mischnuten statt, aber um einigermaßen sicherzugehen, daß der ^6s Strom der verarbeiteten Masse auch tatsächlich den Richtungsänderungen in den Mischnuten folgt,, müssen diese in Förderrichtung schräg verlaufen. Dadurch wird die Herstellung des Gehäuses außerordentlich kompliziert, weil entweder im Zickzack verlaufende Mischnuten mit geraden, quer dazu verlaufenden Schernuten oder schräg verlaufende Mischnuten und diese querende, ebenfalls schräg verlaufende Schernutea vorhanden sein müssen, wobei jedesmal noch, um die komplizierte Herstellung zu vervollständigen, die kurzen, zwischen den Mischnuten liegenden Schernutenabschnitte zueinander versetzt liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß sie bei einfacher Gestaltung eine intensive aber schonende Scherung des Ausgangsmaterials ermöglicht, wobei dem Material zusätzlich die Möglichkeit gegeben wird, sich wiederholt zu entspannen und durch Übereinanderschichtung zu durchmischen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Achsabstand der beiden Walzen größer ist als die Summe ihrer Radien und daß die Breite der Nuten das 3,5- und 2,5fache ihrer Tiefe und die Breite der Zwischenstege das 1,5- bis 2,5fache der Nutenv/eiie beträgt. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung weisen dabei die Nuten und die Zwischenstege einen rechteckigen Querschnitt

auf.

Bei der Ausbildung der Walzen nach der Erfindung wird das verarbeitete Material kontinuierlich und wiederholt durch sich verbreiternde und in Förderrichtung dann wieder verengende Spaltabschnitte geführt. Damit wird dem Material in den engen Bereichen des Spaltes eine intensive Scherung erteilt, wonach in den sich anschließenden weiteren Bereichen eine völlige Druckentlastung eintritt. In den Spaltbereichen großer Weite wird das axial bewegte Material sich auch übereinanderschichten und damit durchmischen. Die notwendige heftige Scherung erfolgt immer nur kurzzeitig, d.h. ohne Schaden für das Material, das bei der anschließenden Druckentlastung sich erholen kann und für die Durchmischung Raum findet. Durch die so erzwungene gute Knetung und Durchmischung kann auch ein empfindliches Material in schonender Weise behandelt und die Gesamtverweilzeit herabgesetzt bzw. die Arbeitslänge der Walzen verkürzt werden. Dabei kommt hinzu, daß das aus einem »engen« Spalt austretende Material abwechselnd in einen tiefer und dann in einen höher liegenden weiten Walzenspalt gelangt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung bedarf nur geringer Wartung und ihre ständig wechselnden, eine besonders gute Knetung und Durchmischung herbeiführenden Spaltkombinationen können mit sehr einfachen Mitteln erreicht werden. Dadurch, daß die Profilierung der Walzen nicht ineinanderzugreifen und deshalb nicht genau ineinanderzupassen braucht, ist auch nur e;nc weniger genaue Bearbeitung der Oberflächen erforderlich und metallisches Abriebmaterial, insbesondere bei neuen, noch nicht eingelaufenen Walzen kann nicht erzeugt werden. Außerdem wird es dadurch möglich, die Walzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen zu lassen.

Zu der Erfindung gehört als wesentliches Merkmal, daß die Stege zwischen den Nuten im Verhältnis zu diesen breit sind. Dadurch wird garantiert, daß bei jeder Stellung der Walzen zueinander immer mindestens eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Scherspalten, also engen Spalten, und praktisch immer Druckentlastungsräume, also mittelweite Spalte, und

^ „.. . also weite Spalte, vorhanden sind.

Die Erfindung eignet sich für die Verarbeitung von Ivericnnigem Material ebenso wie für Grobgranu- i- oder vorgewärmte Materialballen. Auch kann mit bereits vorplastifiziertem Material örtlich

_i__. gemischt werden. Die örtlich im engen Spalt

tstandene Scherwärme wird unmittelbdr anschlie- t$ im weiteren oder weiten Spalt zum; Aufheizen kalten Neuware verbraucht und damit ungefähr- und nutzbringend abgeführt. Dies bringt einen jsa Wirkungsgrad, eine hohe Plastifizierungsge_lWjndigkeit und eine verringerte Antriebsleistung,

jlzenbelastung und Lagerbelastung.
^ J?ie Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch l^eianschauljdit und wild an Hand dieser nachfolgend

IKh Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in der

iifächt in verkleinertem Maßstab,

Fig. 2 den Ausschnitt Π aus der Darstellung nach

ig. 1 in vergrößerter und perspektivischer Oarstellung,

Fig. 3 und 4 Schnitt und Aufsicht durch bzw. auf ein bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit beider Walzen erzeugtes Walzenfeil,

Fig. 5 und 6 Schnitt und Aufsicht durch bzw. auf ein bei unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit beider Walzen erzeugtes Walzenfell,

Fig. 7 in vier verschiedenen Phasen α bis d schematisch die veschiedenen Spalte, die sich einstellen, wenn beide Walzen mit extrem unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit angetrieben werden,

Fig. 8 eine von den beiden Beispielen nach den Fig. 1 bis 7 abweichende Walzenprofilierung.

Man erkennt in F i g. 1, daß die Walzen in der Weise profiliert sind, daß die eine Walze 1 mit schraubenförmig verlaufenden Nuten 3 ausgerüstet ist, die durch Zwischenstege 4 eingegrenzt sind, während die andere Walze 2 entsprechende, aber gegenläufig verlaufende Nuten S und Zwischenstege 6 aufweist. Dabei sind die Nuten 3 und S merklich schmäler als die Zwischenstege 4 bzw. 6, so daß diese in der dargestellten Stellung der Walzen zueinander die jeweils gegenüberliegende Nut der anderen Walze beidseitig überragen. Außerdem sind die Walzen mit einem solchen Abstand achsparallel gelagert, daß die Stege 4 und 6 einen Abstand voneinander aufweisen, also ein Walzenspalt α verbleibt.

Wenn die Walzen 1 und 2 mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit rotieren, so wird das Material über die Länge der Walze in Förderrichtung A wiederholt aus einem jeweils engen Spalt 7 in einen demgegenüber weiteren Spalt 8 bewegt, wobei jeweils in dem Spalt 7 eine Scherung und Durchknetung und in dem Spalt 8 eine Druckentlastung und ein Übereinanderschichten und damit Durchmischen stattfinden. Dadurch entsteht ein Walzfell nach der Darstellung der Fig. 3 und 4 mit schrägen, parallel zueinander laufenden, den Nuten 4 und 5 entsprechenden Stegen 9 und 10, die mit den Stegen 4 uni 6 der Walzen 1 und 2 entsprechenden Vertiefungen 11 und 12 abwechseln und die von einem dem Spalt 7 entsprechenden Querschnitt 13 ausgehen.

Wenn dagegen die je nach dem Werkstoff und der durch Scher- und Knetarbeit erzeugten Wärme beheizten oder gekühlten Walzen 1 und 2 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen, beispielsweise die Walze 2 eine Vorlaufgeschwindigkeit von etwa 25% aufweist, so entstehen Walzfelle des grund-

55 sätzlichen Aufbaues nach dea Fig. 5 und 6. Wegen der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen 1 und 2 überkreuzt die Nut 5 der schneller laufenden Walze 2 im Wechsel die Nut 3 usw. der langsameren Gegenwalze. In gleicher Weise überkreuzt der Zwischensteg 6 der z.B. schnelleren Walze 2 abwechselnd die Nut 3, den Zwischensteg 4 und die nächste Nut 3 usw. der langsameren Walze 1. Wenn dabei die beiden breiten Rücken der Stege 4 und 6 der beiden Walzen 1 und 2 aufeinander zulaufen, entsteht dort augenblicklich, z.B. mit einer Spaltweite von 1 mm, die übliche scherende Walzwerkwirkung. Treffen ein Zwischensteg 4 (oder 6) und eine Nut 5 (oder 3) aufeinander, ist dort, örtlich und zeitlich begrenzt, die Spaltweite um die Nutentiefe vergrößert, und beim Zusammentreffen von zwei Nuten addieren sich örtlich zwei Nutentiefen und der Walzenabstand α zwischen den Walzenumfängen zu einer noch größeren Spaltweite. Demnach folgen in stetem Wechsel entsprechend dem Unterschied der Walzenumfangsgeschwindigkeit drei extrem verschiedene Scher-, Knet- und Durchmischungswirkungen in den verschiedenen Spalten aufeinander, nämlich:

1. die heftige und nur kurzzeitig dem Material schadlos zumutbare Scherung im engsten Spalt 7 (Fläche 14 in Fig. 6);

2. die mittlere Scherbelastung beim Zusammentreffen von Zwischensteg und Nut im Spalt 8 (Flächen IS von Nut 5 der schnelleren Walze 2 - Flächen 16 von Nut 3 der langsameren Walze 1);

3. die fast völlige Entlastung der Scherwirkung und das Aufeinanderschichten und Durchmischen des geförderten Materials beim Überkreuzen von zwei Nuten 3 und 5 (Flächen 17 in Fig. 6).

Dabei wird die durch Radialdruck und Radialbewegung entstehende Scherung durch eine in axialer Richtung wirkende Schubkomponente verstärkt, und aus der Überlagerung dieser beiden Kräfte entsteht eine resultierende Diagonalscherkraft innerhalb des Raumgitters.

Die schneller laufende Nut S schabt in einer ziehenden Bewegung das kurzzeitig vorher heftig gescherte Material von dem gegenüberliegenden Steg 4 ab. In der Nut dagegen rotiert das Material und weicht in beiden Richtungen teils in, teils gegen die Laufrichtung aus dem Druckbereich des Walzenspaltes aus. Zum Zeitpunkt des Überkreuzens der beiden Nuten vereinigen sich diese gitterförmig zu einem großen Gangquerschnitt und ermöglichen kurzzeitig eine großräumige Materialumschichtung und -mischung. Unverzüglich danach schneidet die treibende Kante des nachfolgenden breiten Zwischensteges 6 gleich einem umlaufend ziehenden Schnitt das große Gangvolumen in zwei Teile, und es folgt die Scherung mittlerer Intensität zwischen Steg 6 und Nut 3 und schließlich wieder die intensive Scherung zwischen den Flächen zweier Stege 4 und 6 usw.

In den Fig. 7a bis 7d sind zur Veranschaulichung der Scher- und Mischungsvorgänge Abschnitte zweier Walzen dargestellt, wobei, um die Vorgänge besonders deutlich zu machen, die Walzen 18 die Geschwindigkeit »Null« aufweisen, also stillstehen sollen. Der »enge« Spaltbereich zwischen zwei Stegen 20 und 21 ist mit e, der »mittelweite« Spaltbereich zwischen einem Zwischensteg 20 oder 21 und einer Nut 22 oder 23 ist mit m und der »weite« Spaltbereich zwischen zwei Nuten 22 und 23 mit w bezeichnet. Man erkennt,

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daß bei sich drehender Walze 19 und stillstehender 4 mm, betragen sollte. Die Steigung der Stege und

(oder sich sehr langsam drehender) Walze 18 die Nuten auf der einen Walze soll 15 bis 75°, vorzugs-

Spaltbereiche hinsichtlich ihrer Länge und Weite einer weise 45°, bzw. bei gegenläufiger Steigung auf der

ständigen Änderung unterworfen sind. So folgen bei- anderen Walze entsprechend 105 bis 165°, vorzugs-

spielsweiseinFig. 7adie Spaltbereiche »eng-mittel 5 weise 135°, betragen.

- weit« und nach Fig. 7b die Spaltbereiche »eng - Für eine erfolgreich erprobte Ausführung wurden

mittel - mittel« aufeinander. Kurze Zeit später sind folgende Maße gewählt.

es die Spaltbereiche »eng - mittel - eng«, die auf ein- Nutentiefe: 2,5 mm

anderfolgen und wiederum etwas später, gemäß Nutenbreite: . . . 7,0 mm

Fig. 7d, die Spaltbereiche »eng - weit-eng«. Da- 10 Stegbreite: 12,0 mm

durch wird ein in der Zeichnung von links nach rechts Nutensteigung: 45°

bewegtes Materialstück 24 sich ständig ändernden Walzendurchmesser: 185 mm

Kräften sowohl hinsichtlich der Angriffsrichtung als Länge der Profilierung: 270 mm

auch der Druckintensität und Dauer unterworfen. Die jeweils geeignete Ausführung eines Vielfach-

Eine weitere mögliche Ausführungsform zeigt 15 profils hängt von der Eigenschaft des zu verarbeiten- Fig. 8, in der die eine Walze 25 nur schematisch ange- den plastischen Materials und der Vorrichtungsgröße

deutet ist. Sie kann am Umfang Nuten gemäß den ab. Die Vielfachprofilierung erfolgt vorteilhaft über

Fig. 2 bis 7 aufweisen oder auch, ebenso wie die die gesamte Walzenlänge gleichmäßig, geht jedoch Walze 26, im Wechsel mit schraubenförmig verlau- bereits vor dem Bereich der Abstreifbacken in an sich

fenden Nuten 27 ausgerüstet sein, die beidseitig von 20 bekannter Weise in eine glatte Walzenoberfläche

weniger tiefen Ausnehmungen 28 begrenzt sind, zwi- über. Vorzugsweise rotieren die Walzen gegenläufig

sehen denen Stege 29 stehenbleiben. Auf diese Weise mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Durch den

wird wiederum erreicht, daß das Plastifizierungsgut Geschwindigkeitsunterschied wird die jeweils eine

einen »engen« Spalt 30, einen »mittleren« Spalt 31, Wandung der mit Plastifizierungsmaterial gefüllten

danach in der Nut 32 einen »weiten« Spalt usw. 25 Spalten gegenüber der anderen »zurückgehalten«,

durchlaufen muß. also auf der Seite der langsamer laufenden Walze eine

Die dargestellte Ausführungsform mit scharf kanti- Art Bremswirkung erzielt. Auch dies fördert die Sche-

gen Stegen und Nuten hat sich wegen der dadurch rung und Durchmischung.

zu erzeugenden erwähnten Ziehschnittwirkung als Es liegt jedoch auch im Bereich der Erfindung, die

vorteilhaft erwiesen. 30 Walzen mit Vielfachprofil gleichläufiger Steigung

Das Verhältnis der Länge der Nuten zur Länge der auszustatten und sie in gleichlaufendem Drehsinn, je- Zwischenstege ergibt im Zusammenwirken mit dem doch mit unterschiedlicher Oberflächengeschwindig- Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen keit zu betreiben.

die jeweilige Spalteinwirkungsdauer. Je länger also Weiterhin können die beiden Walzen Vielfachproz. B. die Stege zwischen den Nuten sind, desto länger 35 file ungleicher Steigung je Walze besitzen und/oder ist jeweils die Einwirkung in einem engen und mittel- ungleiche Nutentiefen oder -breiten haben, weiten Spalt und umgekehrt. Dabei sollen aber, um Wenn die Zwischenstege 4, 6 - 20, 21 - 29 gemäß die vorbeschriebene Spaltfolge zu garantieren, die der Darstellung ebenso wie die Nuten 5, 8 - 22, 23 Stege nicht nur breiter als die Nuten sein, sondern - 27, 28 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, auch innerhalb bestimmter Grenzen bestimmte Abso- 40 so wird einerseits die erwähnte Wirkung nach Art eilutwerte aufweisen, was erreicht wird, wenn ausge- nes ziehenden Schnittes erreicht und andererseits das hend von einer normalen Nutentiefe die Breite der Material die scharf ausgeprägten Ecken am Fuß der Nuten das 3,5- bis 2,5fache dieser Tiefe und die Breite Nuten nicht ausfüllen, sondern dort vielmehr auf eider Zwischenstege das 1,5- bis 2,5fache der Nuten- nem Luftpolster aufruhen. Die eingeschlossene Luft weite beträgt. Dies führt zu Nutenbreiten von 2 bis 45 verhindert dann, daß sich Material dort festsetzt, bei 25 mm, vorzugsweise 7 bis 10 mm, und zu Stegbreiten zu langer Verweilzeit verbrennt und von Zeit zu Zeit von 2 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 25 mm, während mitgerissen und in das verarbeitete Material eingedie Tiefe der Nuten 1 bis 20 mm, vorzugsweise 2 bis mischt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Vorrichtung zum Plastifizieren von Gummi Kunststoff und ähnlichen plastischen Massen mil zwei achsparallel angeordneten, an ihrem Umfang ■dt schraubenförmig verlaufenden, durch Zwischenstege getrennten Nuten versehenen Walzen, die zwischen sich über ihre gesamte Länge einen Plastitfizierspalt bilden und an deren Enden Einrichtungen zum Aufgeben bzw. Abnehmen der Massen vorgesehen sind, dadurch gekennze ichnet, daß der Achsabsiand der beiden Walzen (1, 2) größer ist als die Summe ihrer Radien und daß die Breite der Nuten (22, 23) das 3,5-bis 2,5fache ihrer Tiefe und die Breite der Zwi- «chenstege (20,21) das 1,5- bis 2,5fache der Nutenweite beträgt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (22,23) und die Zwischenstege (20, 21) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.