DE2632335C2 - Mischeinrichtung - Google Patents

Mischeinrichtung

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum insbesondere kontinuierlichen Mischen von hochviskosen Massen, mit einem Gehäuse, mit einer Fördervorrichtung in dem Gehäuse, mit einer der Fördervorrichtung nachgeschalteten Mischvorrichtung in dem Gehäuse, wobei die Mischvorrichtung einen koaxial im zylindrischen Gehäuse angeordneten rotierbaren Dorn aufweist, und zwischen dem Dorn und der Gehäusewand ein ringförmiger Mischraum gebildet ist, und mit einer Anzahl von rotationssymmetrischen Körpern, die im Mischraum beweglich angeordnet sind.
  • Bei Mischvorgängen in einer hochviskosen zähplastischen Phase handelt es sich wegen der sehr kleinen Reynolds- Zahlen ausschließlich um laminare Strömungen im Sinne der Hydromechanik. Der allgemeine Oberbegriff "Mischen" kann unterteilt werden in Mischen und Dispergieren im Sinne von Verteilen und Zerteilen einer aus Teilchen verschiedener Größe und Komponenten bestehenden Mischung. Eine Verteilung wird erreicht durch Verformen der im einfachsten Falle zwei in einer bestimmten Ausgangskonfiguration angeordneten Komponenten und die dadurch sich bildende neue Oberfläche. Das Verformen besteht meist aus Scherung und/oder Dehnung. Da das Verarbeitungsgut sich in der Praxis im Bereich hoher Viskosität und daher im Bereich der laminaren Strömung befindet, wird das Zerteilen hauptsächlich durch den Anteil an Scherströmung mit linearem Geschwindigkeitsprofil der jeweiligen Strömung bewirkt. Weiterhin steigt die Beanspruchung der Teilchen bei höherem Druck, und die Zerkleinerung setzt erst nach Überschreiten einer bestimmten Schubspannung ein. Damit können die Haft- und Bindungskräfte, die die Teilchen zusammenhalten, nur durch Scherkräfte überwenden werden, die die umgebende Flüssigkeit überträgt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine von der Förderwirkung unabhängige Scher- und Mischwirkung zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Dorn unabhängig von der Fördervorrichtung angeordnet und seine Drehzahl regelbar ist, und daß die rotationssymmetrischen Körper im Mischraum frei beweglich und so bemessen sind, daß sie den Mischraum nicht verlassen können.
  • Es wird zwar bereits beim Plastifizieren von Kunststoff mittels eines in einem ringförmigen Arbeitsraum rotierbaren Dornes eine Temperaturführung beim Verarbeitungsgut durch die von der Fördereinrichtung getrennt erfolgende Erzeugung von Scherwärme angestrebt. Eine ausreichend unabhängige Beeinflussung der Scherwirkung im Sinne des Mischens ist damit aber noch nicht möglich. Weiter ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 22 159 bekannt, rotationssymmetrische Körper zwischen einer auf der Schneckenspitze der Schnecke einer Schneckenmaschine befestigten Scheibe und Wandteilen des Maschinengehäuses abrollen zu lassen. Die Drehbewegung dieser Körper und damit deren Scherwirkung hägt jedoch von der Drehbewegung der Schnecke ab, die das Ausbringen der Maschine bestimmt. Die Anordnung der mischenden rotationssymmetrischen Körper bildet eine bauliche und funktionelle Einheit mit der selbst förderwirksamen Schnecke.
  • Zweck der als Mischelemente dienenden rotationssymmetrischen Körper ist es, die hochviskose Schmelze mit niedrigen Reynolds-Zahlen in ihrer laminaren Strömung beliebig zu stören. Damit wird über die in hochviskosen Massen nur unvollkommene hydrodynamische Vermischung mittels der bekannten Einrichtungen hinaus die Mischwirkung wesentlich verbessert und steuerbar. Die Mischwirkung ist unabhängig von der Scherwirkung. Beide lassen sich unabhängig voneinander einstellen und regeln.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile beruhen auch darauf, daß die zweckmäßig als Kugeln ausgebildeten Mischelemente in der Scherströmung rotieren. An der Oberfläche der Kugeln greift eine Schubspannung an, die nicht auf der ganzen Kugeloberfläche den gleichen Wert hat, sondern Maxima und Minima aufweist. Da dementsprechend auch der hydraulische Druck an der Kugeloberfläche nicht konstant ist und deshalb örtlich ein Unterdruck entsteht, wird die Verbesserung des laminaren Mischvorganges durch die so bedingte Umlagerung der Stromfäden bewirkt. Anfangs weiter voneinander entfernte Massepartikel kommen einander näher. Es findet ein Platzwechsel über größere Wegstrecken statt. Da Anzahl und Größe der Mischelemente nur im Hinblick auf die Mischwirkung bestimmt werden müssen, ist also die Intensität des Mischens weitgehend unabhängig vom Durchsatz.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung dargestellt, und zwar in
  • Fig. 1 im Schnitt durch das vordere Ende eines Schneckenextruders,
  • Fig. 2 im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
  • Fig. 3 in schematischer Wiedergabe der Geschwindigkeitsverhältnisse im Bereich eines Mischelements.
  • Die vom Extruder 1 aufbereitete Masse wird von der Extruderschnecke 2 in den ringförmigen Mischraum 3 zwischen einem rotierenden Dorn 4 und dem Gehäuse 5 gedrückt. Im Gehäuse 5 sind ringförmige Nuten 6 vorgesehen. In jeder Nut 6 befindet sich zwischen der feststehenden Außenwand und dem rotierenden Dorn 4 ein Kranz von als Kugeln 7 ausgebildeten rotationssymmetrischen Körpern.
  • Die Kugeln 7 schweben frei in der Masse und die Kugelkränze rotieren mit der Masse. Durch die Schubspannung zwischen der Kugeloberfläche und der Masse rotieren die Kugeln 7 zusätzlich um die eigene Achse und bewirken, daß ein Platzwechsel der von den Kugeln 7 mitgenommenen Massepartikel stattfindet. Mit dem Variieren der Dorndrehzahl ist der Mischeffekt durchsatzunabhängig einstellbar.
  • Die Dorn- und Gehäusetemperatur ist mit Temperiervorrichtungen 8 und 9 beeinflußbar. Damit ist die Temperatur des Verarbeitungsgutes auch unabhängig von der Dorndrehzahl regelbar, um eine frühzeitige Erwärmung und damit Viskositätsänderung bei schwerempfindlichen Materialien zu unterbinden. Für die Dorndrehzahl und damit die Geschwindigkeit der als Mischelemente dienenden Kugeln 7 steht so ein größerer Regelbereich zur Verfügung. Zusätzlich ist vorgesehen, daß eine oder mehrere Komponenten in einem Zulauf 11 mit einer Zumischschnecke 10 zum Hauptmassenstrom 13 zudosiert werden. In einer oder mehreren Zuführungsöffnungen 12 werden reaktionsfähige Additive unter Druck zugeführt, die dann ebenfalls mit dem Hauptstrom 13 vermischt werden.

Claims (4)

1. Einrichtung zum insbesondere kontinuierlichen Mischen von hochviskosen Massen, mit einem Gehäuse, mit einer Fördervorrichtung in dem Gehäuse, mit einer der Fördervorrichtung nachgeschalteten Mischvorrichtung in dem Gehäuse, wobei die Mischvorrichtung einen koaxial im zylindrischen Gehäuse angeordneten rotierbaren Dorn aufweist, und zwischen dem Dorn und der Gehäusewand ein ringförmiger Mischraum gebildet ist, und mit einer Anzahl von rotationssymmetrischen Körpern, die im Mischraum beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (4) unabhängig von der Fördervorrichtung (2) angeordnet und seine Drehzahl regelbar ist, und daß die rotationssymmetrischen Körper (7) im Mischraum (3) frei beweglich und so bemessen sind, daß sie den Mischraum (3) nicht verlassen können.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotationssymmetrischen Körper Kugeln (7 ) sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rotationssymmetrischen Körper (7) in nutenförmigen, den Dorn (4) umgebenden Vertiefungen (6) im Gehäuse (5) geführt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rotationssymmetrischen Körper (7) in ring- oder nutförmigen Vertiefungen (6) auf dem Dorn (4) geführt sind.
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