DE2708200C2

DE2708200C2 - Statische Mischeinrichtung für eine Kunststoffmaschine, insbesondere Spritzgießmaschine oder Extruder

Info

Publication number: DE2708200C2
Application number: DE2708200A
Authority: DE
Inventors: Rolf Winterthur Kocher; Gerhard Dipl.-Chem. Dr.sc.techn. Schütz
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1982-07-01
Also published as: BR7702287A; NL7605790A; DE2708200A1; US4170446A; FR2349424A1; IT1079591B; CA1085123A; JPS6010892B2; SE7704790L; JPS52133364A; GB1572665A; AU2447677A; CH615113A5; BE854050A; ZA772599B

Description

d„ =

4 X freies Durchsatzvolumen
benetzte Oberfläche

Die Erfindung betrifft eine statische Mischeinrichtung für eine Kunststoffmaschine, insbesondere Spritzgießmaschine odc. Extruder, die nach einer Fördereinrichtung angeordnet und vnn eine^-. Rohrmantel umschlossen ist, mit mindestens einem Einbauelement das aus lagenartig angeordneten, StrörrMngskanäle bildenden Leitelementen besteht, wobei die Leitelemente einen Winkel gegen die Rohrachse einschließen und sich die Strömungskanäle von benachbarten Lagen kreuzen und an den Kreuzungsstellen gegeneinander offen sind.

Durch den Einsatz von statischen Mischeinrichtungen in den vorgenannten Kunststoffmaschinen sollen die steigenden Qualitätsansprüche durch Herbeiführung von einwandfrei homogenen Kunststoffschmelzen erfüllt werden.

Aus der FR-PS 9 29 239 und der DE-AS 19 01 013 sind statische Mischeinrichtungen bekannt, die aus wendelartigen Leitflächen aufgebaut sind. Obwohl derartige Mischeinrichtungen pro Längeneinheit einen relativ geringen Druckabfall aufweisen, benötigen sie eine lange Baulänge zur Herbeiführung der gewünschten Homogenisierung. Der Grund hierfür liegt darin, daß während des Mischvorganges nur wenige Teilströme entstehen und somit eine ausgeprägte Quervermischung fehlt. Derartige Typen von Mischeinrichtungen sind daher für die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht geeignet.

Statische Mischeinrichtungen, wie sie bei der Erfindung angewendet werden sollen, sind insbesondere in den schweizerischen Patentschriften 5 47 120 und 4 64 860 und der deutschen Offenlegungsschrift 23 28 795 offenbart.

Trotz der vorstehend genannten Vorteile derartiger Mischeinrichtungen in Kunststoffmaschinen standen ihrer Anwendung jedoch in der Praxis bisher Vorurteile entgegen. Die Begründung hierfür liegt darin, daß statische Mischeinrichtungen hohe Druckverluste erzeugen, welche die Durchsatzleistungen der Maschinen beeinträchtigen. Beim Auftreten hoher Druckverluste

der Mischeinrichtung definiert ist

2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der hydraulische Durchmesser mit mehreren Einbauelementen von der Eintrittsseite des Kunststoffes bis zur Austrittsseite variiert insbesondere sich verkleinert

entstehen in den statischen Mischeinrichtungen hohe lokale Scherkräfte, die zu lokalen Oberhitzungen und damit zur Produktschädigungen führen.

Um diese vermeintlichen Nachteile bei der Anwendung von statischen Mischeinrichtungen in Kunststoffmaschinen zu umgehen, versuchte man bisher den Druckabfall in den Mischeinrichtungen durch entsprechende Maßnahmen möglichst klein zu halten. Diese Maßnahmen bestehen in der Herbeiführung möglichst kleiner Durchflußgeschwindigkeiten und möglichst großer hydraulischer Durchmesser der Mischeinrichtung.

Der hydraulische Durchmesser d_h einer Mischeinrichtung wird folgendermaßen definiert:

d„ =

4 X freies Durchsatzvolumen
benetzte Oberfläche

Unter dem freien Durchsatzvolumen wird hierbei das zwischen dem Rohrmantel und den einzelnen Leitelementen sich befindende freie Durchsatzvolumen verstanden, während die benetzte Oberfläche von den Oberflächen der Leitelemente und dem inneren Rohrmantel der Mischeinrichtung gebildet wird.

Bei großen hydraulischen Durchmessern der Mischeinrichtung ist aber die Fähigkeit insbesondere zum Lösen schwieriger Mischproblemc, wie z. B. zum Mischen von Komponenten stark unterschiedlicher Viskosität stark beeinträchtigt Dieses trifft vor allem

JO für das Flüssig-Einfärben von Kunststoffen zu.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, daß durch Einsatz von statischen Mischeinrichtungen in Spritzgießmaschinen oder Extrudern die steigenden Qualitätsansprüche an die Produkte erfüllt werden.

J5 Hierzu ist eine einwandfreie Homogenisierung der Schmelze hinsichtlich Konzentration und Temperatur erforderlich. Ein bedeutendes Anwendungsgebiet besteht im Einfärben von Kunststoffschmelzen, wobei die erwünschte Homogenisierung bei der Mischung eines flüssigen, niederviskosen Farbstoffes von einer Zähigkeit η von ca. 1 m Pas (1 cP) mit einer hochviskosen Kunststoffschmelze von einer Zähigkeit η von beispielsweise ca. 20 000 m Pa s (20 000 cP) gewährleistet sein muß.

4'. Die Bedingungen für den Einsatz der vorstehend beschriebenen Mischertypen bestehen einerseits darin, daß die Mischstrecke, d. h. die Länge der gesamten Mischeinrichtung, möglichst klein sein muß, um eine gedrängte Bauweise der Maschine zu ermöglichen, sowie gegebenenfalls in schon bestehenden Maschinen nachträglich noch Mischeinrichtungen einsetzen zu können. Außerdem könnte bei einer großen Mischstrekke die Verweilzeit der Schmelze so groß werden, daß beispielsweise Zersetzungserscheinungen auftreten. Andererseits besteht die zweite Bedingung, die zu erfüllen ist, in einem möglichst kleinen Druckabfall der Schmelze, da sonst der Ausstoß zu gering ist und damit keine wirtschaftliche Betriebsweise der Maschine erreicht wird.

bo Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die statische Mischeinrichtung einen hydraulischen Durchmesser von höchstens 8 mm aufweist, wobei der hydraulische Durchmesser als

du =

4 x freies Durchsatzvolumen
benetzte Oberfläche

der Mischeinrichtung definiert ist.

Überraschenderweise wurde bei der Erfindung erkannt und experimentell bestätigt, daß auch beim Einsatz von Mischeinrichtungen mit hydraulischen Durchmessern von nur 8 mm und weniger der Druckabfall in den Mischeinrichtungen ohne weiteres toleriert werden kann.

Im Gesamtsystem einer Kunststoffmaschine der genannten Art, d. h. in dem sich von der Fördereinrichtung bis in das Formwerkzeug erstreckenden Bereich, ergaben Ver-uche, daß der Druckabfall sogar kleiner ist als derjenige in Kunststoffmaschinen ohne Einsatz von statischen Mischeinrichtungen. Vermutlich beruht dieses darauf, daß einerseits durch die Einwirkung der Zusatzscherkräfte der Mischeinrichtung die mittlere Viskosität der bearbeiteten Masse sinkt Andererseits werden durch die homogenisierende Wirkung Viskositätsunterschiede zwischen der Rohrwand des Mischers und dem Rohrinnern eliminiert, was ebenfalls die mittlere Viskosität erniedrigt

Eine besonders gute Mischgüte, die zu einer einwandfreien Qulität des Produktes führt, kann mit Mischeinrichtungen erzielt werden, deren hydraulischer Durchmesser über die ganze Länge der löscheinrichtung einen konstanten Wert aufweist, der im Bereich von 2 bis 4 mm liegt.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Mischeinrichtung so auszubilden, daß der hydraulische Durchmesser der Mischeinrichtung, die aus mehreren Einbauelementen zusammengesetzt ist, von der Eintrittsseite des Kunststoffes bis zur Austrittsseite variiert, insbesondere sich verkleinert

Diese Maßnahme ist z. B. dann sinnvoll, wenn in einem ersten Einbauelement mit einem größeren hydraulischen Durchmesser zunächst eine Grobverteilung der zu bearbeitenden Kunststoffmasse herbeigeführt werden und in einem anschließenden Einbauelement mit einem kleineren hydraulischen Durchmesser eine Mikrodurchmischung gewährleistet werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Längsschnitt durch eine Spritzsießmaschine, während

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Mischeinrichtung in perspektivischer Darstellung und die

F i g, 3 und 4 zwei va-iante Ausführungsformen für in einer Mischeinrichtung gemäß Fig.2 einsetzbare Einbauelemente zeigen.

Die Spritzgießmaschine 1 gemäß F i g. 1 weist im wesentlichen einen Einfülltrichter 2 für den zu bearbeitenden Kunststoff, dem beispielsweise flüssiger Farbstoff beigegeben wird, eine Schnecke 3, die zum Fördern und Plastifizieren der Kunststoffmasse dient, einen Rohrmantel 4, in dem eine Mischeinrichtung 5

ίο angeordnet ist, und eine Spritzdüse 6 sowie eine Spritzgießform 7 auf.

Im Ausführungsbeispiel besteht die Mischeinrichtung aus vier Einbauelementen 5a bis 5d, wobei die Lagen aufeinanderfolgender Einbauelemente gegeneinander um einen Winkel von 90" versetzt angeordnet sind. An die Spritzgießmaschine 1 ist ein Manometer 8 angeschlossen.

An den in F i g. 2 dargestellten Rohrmantel 4 ist eine Schraubenmutter 9 für die Verbindung mit der Spritzdüse 6 angeschlossen. Im Rohrmantel 4 ist ein Trägerelement 10 für die Haltep":g der die Mischeinrichtung bildenden Einbauelemente angeordnet

In den Rohrmantel kann eine aus mehreren Einbauelementen bestehende Mischeinrichtung, die z. B.

gemäß F i g. 3 oder F i g. 4 ausgebildet ist, eingeschoben werden.

Die in F i g. 3 dargestellte Mischeinrichtung 5 besteht aus Einbauelementen, deren Lagen 11 aus geriffelten Lamellen bestehen, welche sich gegenseitig mit ihren

jo Riffelungsrücken berühren. Auch hierbei ist es vorteilhaft, die Mischeinrichtung aus mehreren Einbauelementen (vgl. Fig. 1) zusammenzusetzen und derart im Rohrmantel anzuordnen, daß die Lagen aufeinanderfolgender Einbauelemente gegeneinander um einen

Ji Winkel von 90° versetzt sind.

F i g. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform einer Mischeinrichtung 5", die aus mehreren gegeneinander zur Achse des Rohrmantels geneigte Stege 13 aufweisenden PlattenpRaren 12

■»ο gebildet ist. Die Stege 13 der Plattenpaare 12 sind hierbei an einem gemeinsamen, senkrecht zur Längs-■chse der Stege verlaufenden sich quer durch den Rohrquerschnitt erstreckenden Verbindungssteg 14 angeordnet, mit dem sie ein einziges Stück bilden, wobei die von den Stegen 13 gebildeten Strömungskanäle bis an die innere Rohrwandung 4' reiche!,.

Hierzu 3 Blatt Zcichnunccn

Claims

Patentansprüche:

!. Statische Mischeinrichtung für eine Kunststorfmaschine, insbesondere Spritzgießmaschine oder Extruder, die nach einer Fördereinrichtung angeordnet und von einem Rohrmantel umschlossen ist, mit mindestens einem Einbauelement, das aus lagenartig angeordneten, Strömungskanäle bildenden Leitelementen besteht, wobei die Leitelemente einen Winkel gegen die Rohrachse einschließen und sich die Strömungskanäle von benachbarten Lagen kreuzen und an den Kreuzungsstellen gegeneinander offen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die statische Mischeinrichtung einen hydraulischen Durchmesser von höchstens 8 mm aufweist, wobei der hydraulische Durchmesser als