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Mischbehälter zum kontinuierlichen Dosieren, Mischen und Trocknen
von Polymerverarbeitungsstoffen Die Erfindung betrifft einen Mischbehälter zum kontinuierlichen
Mischen von Polymerverarbeitungsstoffen derart, dass Materialien, wie ein Hauptpolymer,
andere Polymere, Pigmente und Zusatzstoffe durch Dosiereinrichtungen über Einlässe
in den Mischbehälter eingegeben und quantitativ zusammengesetzt werden und das Gemisch
nach dem Mischen im Mischbehälter über einen Auslass zu einer Polymerverarbeitungsmaschine
geleitet wird, mit einem sich im wesentlichen vertikal erstreckenden, ein natürliches
Absinken der Materialien ermöglichender Mischraum, der zwischen den Einlässen und
dem Auslass im Mischbehälter ausgebildet ist und mit wenigstens einem im Mischbehälter
angeordneten Rührwerk, das so ausgelegt ist, dass die Materialien nur
in
einer im wesentlichen horizontalen Richtung gerührt werden, nach Patentanmeldung
P 25 41 165.
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Bekanntlich werden bei der Kunststoffverarbeitung dem Hauptpolymer
zumeist gewisse Zusatzstoffe,wie Pigmente, andere Polymere und sonstige Additive
zugesetzt, die entweder dem Hauptpolymer eine bestimmte Färbung verleihen oder dessen
physikalische bzw. verarbeitungstechnologische Eigenschaften modifizieren. Beim
Vermischen dieser Zusatzstoffe mit dem Hauptpolymer liegt die häufigste technische
Schwierigkeit darin, die Konzentrationsverhältnisse in möglichst engen Grenzen zu
halten, wobei zu berücksichtigen ist, dass beispielsweise die Pigmentmenge extrem
klein gegenüber der Hauptmenge ist und die bekannten Dosiereinrichtungen nur eine
begrenzte Genauigkeit aufweisen. Man hat daher zur Erzielung von homogenen Mischungen
mit einer engen zulässigen Toleranz abweichung vom vorgegebenen Konzentrationsverhältnis
das chargenweise Mischen vorgesehen. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung,
die in der genannten deutschen Patentanmeldung P 25 41 165 beschrieben werden, ist
nunmehr jedocn auch ein Verfahren und ein Mischbehälter vorgeschlagen worden, mit
dem sich gegebenenfalls unmittelbar an jeder einzelnen Polymerverarbeitungsmaschine
das Zudosieren der Materialien und deren Vermischung automatisch mit hoher Genauigkeit
und Homogenität vornehmen lassen.BezUglich Details
des in der deutschen
Patentanmeldwig P 23 41 165 beschriebenen Mischbehälters wird auf die dortien Ausführungen
verwiesen, die damit ebenfalls zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldu gemacht sind.
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Bekanntlich weisen die zu vermischenden Materialien aufgrund ihrer
Lagerung und bedingt durch ihre Natur u.U.
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einen ihre Verarbeitbarkeit beeinträchtigenden Feuchtigkeitsgehalt
auf, so dass es zweckmässig ist, die Mischung vor Einführung in die Pclymerverarbeitungsmaschine
zu trocknen. In der genannten Patentanmeldung wird hierzu vorgeschlagen, dass man
vom unteren Bereich des Mischbehälters in diesen Heissluft einfUhrt,#die bei ihrem
Durchgang durch das im Mischbehälter befindliche Material diesem die Feuchtigkeit
entzieht und die am oberen Bereich des Mischbehälters nach aussen abeerührt wird.
Diese Art der Trocknung reicht für manche Anwendungsfälle aus, doch besteht die
Gefahr, dass durch die eingeblasene Warmluft dem Material eine rührende Vertikalkomponente
aufgezwungen wird, die den Mischvorgang negativ beeinflussen würde. Bei dem in Rede
stehenden Mischbehälter erfolgt das Vermischen der Materialien nämlich dadurch,
dass man die nur in horizontaler Richtung sich auswirkende Rührarbeit des Rührwerkes
mit dem schwerkraftbedingten natürlichen Absinken der Materialien im Mischbehälter
derart kombiniert, dass eine sehr homogene Vermischung erreicht wird. Diese Wechselwirkung
könnte durch die eingeblasene Heissluft gegebenenfalls gestört werden.
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Des weiteren kann erfahrungsgemäss mit Heissluft kaum eine gezielte
Temperaturregelung vorgenommen werden.
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Auch eignet sich Heissluft nicht für pulverförmige Materialien, die
dem Luftdurchgang einen zu grossen Wider stand entgegensetzen.
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Ziel der Erfindung ist es daher, den Mischbehälter der eingangs erwähnten
Gattung dergestalt zu verbessern, dass gleichzeitig mit dem automatischen Vermischen
der Materialien diese getrocknet werden, ohne dass damit die mit dem Durchblasen
von Heissluft verbundenen Begleitumstände auftreten.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Einrichtung
zum Beheizen der Wand des Mischbehälters vorgew sehen ist, so dass die Materialien
bei ihrer Bewegung längs der inneren Oberfläche der Wand des Mischbehälters getrocknet
werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Mischbehälter eine einen Zwischenraum bildende Doppelwand hat, indem ein
umlaufendes, temperaturgeregeltes Heizmedium enthalten ist.
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Damit lassen sich nunmehr ohne Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisee
der Materialien im Mischbehälter diese gezielt und ohne die Gefahr des Auftretens
von lokalen Überhitzungen trocknen, da, im Gegensatz zu Heissluft, das die Behälterwand
temperierende Heizmedium, bei dem es sich vorzugsweise
um ein flüssiges
Medium handelt, mit hoher Genauigkeit temperaturgeregelt werden kann. Da die Trocknungs-Wärme
von der Innenoberfläche der Wand aus in die Materialien eingeleitet wird, findet
längs der gesamten Behälterwand ein im wesentlichen gleichmässiger Feuchtigkeitsentzug
statt, während bei Durchführung von Heissluft durch die Materialien der Feuchtigkeitsentzug
am unteren Ende naturgemäss höher als am oberen Ende ist. Ausserdem lassen sich
mit der erfindungsgemässen Massnahme auch pulverförmige Materialien leicht trocknen,
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Es zeigen: Fig. 1 eine Dosier- und Mischanlage nach der deutschen Patentanmeldung
P 23 41 165, Fig. 2 einen verbesserten Mischbehälter für die Anlage nach Fig. 1.
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Wie ausfunrlich in der Patentanmeldung P 23 41 165 erläutert, kann
das Beschicken des in Fig. 1 gezeigten Mischbehälters mit dem Hauptpolymer als auch
beispielsweise mit einem Pigment kontinuierlich oder diskontinuierlich zu bestimmten
Zeitpunkten erfolgen. Vorzugsweise wird der Zeitpunkt, bei dem das Pigment eingegeben
wird, so ausgewählt, dass er mit dem Zeitpunkt der Zugabe an Hauptpolymer zusammenfällt
und Beginn und Ende der Zudosierung der beiden Komponenten gleichzeitig erfolgt.
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Dabei ist es wichtig, dass die erforderliche Beschikkungsmenge an
Materialien nicht als Augenblickswert,
z.B. als Funktion der Umdrehung,
sondern integral erfasst ~wird. Vorzugsweise wird daher die Anzahl der durch ein
automatisches Dosier- und 7.uführgerät zugeführten Dosiereinheiten digital abgezählt,
wobei eine Steuerschaltung so aufgebaut ist, dass sich das Gerät abschaltet, sobald
sich die Dosiereinheiten zu einer bestimmten Gesamtmenge addiert haben.
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Um zu vermeiden, dass die Materialien ohne vollständige Vermischung
den unteren Auslass des Mischtrichters erreichen, ist der Mischbehälter 1 im wesentlichen
vertikal ausgebildet, wobei er von den oberen Einlässen 7, 12 her beschickt und
am unteren Abschnitt entleert werden kann. Um weiter das Auftreten von Rückströmungen
zu verhindern, wird ein sich drehendes Rührwerk 2 vorgesehen, dessen Rührwirkung
hauptsächlich in der horizontalen Ebene erfolgt. Zu diesem Zweck sind die-Rührflügel,insbesondere
diejenigen, die unmittelbar unter den Einlassöffnungen liegen, als horizontale flache
Platten ausgebildet, so dass sie einen vertikalen Eintrittswinkel haben, der das
Auftreten einer vertikalen Strömungskomponente auf ein Minimum reduziert. Auch sind
quadratische Stäbe, Rundstäbe oder elliptische Stäbe möglich. Im übrigen wird bezüglich
weiterer Details auf die genannte deutsche Patentanmeldung P 25 41 165 verwiesen.
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In Fig. 1 ist der Aufbau einer nach dem erwähnten Prinzip arbeitenden
Misch- und Dosieranlage gezeigt. Der Mischbehälter 1 enthält ein rotierendes Rührwerk
2, das von einem Motor 5 angetrieben wird. Die Höhe der Materialien im
Mischbehälter
1 wird durch einen Niveauschalter 4 bestimmt.
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Ein Vorratstrichter 5 enthält das Hauptpolymer, wobei am unteren Ende
des Trichters 5 eine volumetrische Dosierscheibe 6 für das Hauptpolymer angeordnet
ist. Das Hauptpolymer wird in den Mischtrichter über einen Einlass 7 in einer von
einem Digitalgenerator 8 für die Dosierscheibe bestimmten Menge eingegeben. Die
Dosierscheibe wird von einem Motor 9 betätigt. Für das Pigment ist ein Pigmentvorratstrichter
10, eine volumetrische Dosierscheibe 11, ein Digitalgenerator 15 und ein weiterer
Einlass 12 in den Mischtrichter vorgesehen. Das untere Ende des Mischtrichters weist
eine Auslassöffnung auf, die z.B. direkt mit der Einlassöffnung 16 einer Polymerverarbeitsmaschine
15 verbunden sein kann.
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Der Mischtrichter kann fortlaufend das in Granulat- oder Pulverform
vom Vorratstrichter 5 durch den Einlass 7 zugeführte Hauptpolymer mit dem vom Vorratstrichter
10 durch den Einlass 12 zugeführten pulverförmigen Pigment vermischen, wobei die
im oberen Teil des Mischbehälters gestrichelt angedeutete Linie die Füllstandshöhe
angibt. . Der Niveauschalter 4 zur Bestimmung der Füllstandshöhe weist einen herkömmlichen
Aufbau auf und erzeugt innerhalb eines relativ engen Bereiches von Niveauänderungen
Ein- und Aussignale. Das Polymer und das Pigment werden über die durch die Motoren
9 und 14 angetriebenen Dosierscheiben 6 bzw. 11 zugeführt, die entsprechend dem
durch den Niveauschalter 4 erzeugten Niedrigniveausignal
in Betrieb
gesetzt werden. Die Dosierscheibe 6 für das Polymer ist eine bekannte, horizontale,
kreisförmige Scheibe mit mehreren längs ihres Umfanges angeordneten Ausnehmungen.
Die Ausnehmungen werden von dem Vorratstrichter 5 durch das auf sie drückende Hauptpolymer
gefüllt und entleert, sobald bei Drehung der Scheibe die Ausnehmungen über den Einlass
7 zu liegen kommen. Da ein unmittelbarer Durchgang des Polymers vom Vorratstrichter
durch die Ausnehmungen in den Einlass verhindert wird, tritt nur eine dem Volumen
der Ausnehmungen entsprechende Menge an Polymer in den Mischtrichter ein. In ähnlicher
Weise arbeitet die Dosierscheibe 11 am Pigmentvorratstrichter 10.
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Das Aufnahmevermögen einer Ausnehmung in der Dosierscheibe 6 kann
beispielsweise 80 cm3 und einer Ausnehmung in der Dosierscheibe 11 40 cm3 betragen.
Die Digitalgeneratoren für die Dosierscheiben 8 und 13 geben Jedesmal ein elektrisches
Signal ab, wenn die Dosierscheiben 6 und 11 eine Winkeldrehung entsprechend dem
Abstand von einer Ausnehmung zur anderen durchführen.
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Wie erwähnt weist der Mischbehälter 1 einen im wesentlichen vertikalen
Aufbau auf, so dass das Material im Mischbehälter durch Schwerkraft absinken kann.
Der Mischbehälter kann kreiszylinderförmig, elliptisch, quadratisch oder konisch
ausgebildet sein oder eine Kombination dieser Formen aufweisen. Sein Auslass kann
weiter direkt mit der Material eifltrittsöffnuflg 16 der Polymerverarbeitsmaschine
verbunden werden, sofern die Eintritts öffnung 16 ein dem Materialvolumen entsprechendes
Aufnahmevolumen aufweist.
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Bei der Polymerverarbeitsmaschine kann es sich um eine Spritzgiess-,
Extrusions- oder Blasmaschine handeln. Der Mischer ist auch für eine Materialeintrittsöffnung
ohne das entsprechende Volumen, z.B. für die Einlassöffnung eines Bunbury-Mischers,
verwendbar, indem zwischen der Auslassöffnung am Mischtrichter und der Materialeintrittsöffnung
am Bunbury-Mischer eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise ein von der Materialverbrauchsgeschwindigkeit
gesteuertes Drehventil, angeordnet wird.
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Der zuvor beschriebene Mischtrichter wird erfindungsgemäss nun dadurch
verbessert, dass eine Einrichtung vorgesehen wird, welche es ermöglicht, beim Mischen
auch eine Materialtrocknung vorzunehmen. Gemäss Fig. 2 weist der Mischtrichter 1
zu diesem Zweck zwei in Abstand konzentrisch zueinander angeordnete Wände 17, 18
auf, so dass zwischen ihnen ein Zwischenraum 19 verbleibt, wobei vorzugsweise im
wesentlichen die gesamte Aussenwandung des Mischtrichters derart doppelwandig gestaltet
ist.
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Die den ansonsten relativ schmalen Zwischenraum 19 bildende Aussenwand
17 weist jedoch an einer Stelle am Umfang des Mischtrichters eine kastenförmige
Erweiterung 20 au, in die ein Heizelement 21 bekannter Bauart angeordnet werden
kann, um ein im Zwischenraum 19 einschliesslich der kastenförmigen Erweiterung zirkulierendesHeizmedium,
bei dem es sich z.B. um Wasser, 51 oder dgl. handeln kann, zu erwärmen.
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Zur Einhaltung einer gewünschten Temperatur für das Heizmedium steht
das Heizelement 21 mit einer Temperaturregeleinrichtung 22 in Verbindung. Des weiteren
sind an der kastenförmigen Erweiterung verschliessbare Uffnungen 23, 24 zum Eingeben
und Auslassen des Heizmediums sowie im Bereich des schmalen Zwischenraumes 19 ebenfalls
verschliessbare, nicht gezeigte Entlüftungsöffnungen an geeigneten Stellen vorgesehen.
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Anstelle der gezeigten Ausführungsform könnte auch im Bereich des
unteren Endes eines durchgehend schmalen Zwischen -raumes sowie dessen oberen Endes
eine ZuSuhr- bzw. Abfuhröffnung vorgesehen werden, wobei die beiden Öffnungen über
Anschlussleitungen mit einer gesonderten Temperaturregel-und Heizeinrichtung verbunden
sind. Das im Zwischenraum 19 und der kastenförmigen Erweiterung 20 bzw. durch die
Leitungen und durch die gesonderte Heizeinrichtung zirkulierende Heizmedium erwärmt
die dem Material im Mischbehälter zugewandte Oberfläche der Innenwand 18 derart,
dass das Material bei seiner Bewegung längs der besagten Oberfläche getrocknet wird.
Je nach den gewünschten Umständen kann dabei die Zirkulation des Heizmediums entweder
natürlich erfolgen oder durch eine, in geeigneter Weise angeordnete Einrichtung
bekannter Bauweise aufgezwungen werden.