DE2731301C2

DE2731301C2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen

Info

Publication number: DE2731301C2
Application number: DE2731301A
Authority: DE
Inventors: Paul 6200 Wiesbaden Meyer
Original assignee: Frenkel CD AG Liechtenstein
Current assignee: Frenkel CD AG Liechtenstein
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1977-07-11
Publication date: 1983-01-13
Also published as: AU2702377A; CA1074780A; DD132051A5; IT1079297B; FR2358191B1; JPS5818139B2; US4184772A; DE2731301A1; JPS5320171A; AU512327B2; CH630285A5; FR2358191A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen mit einem Gehäuse und einem hierzu koaxial angeordneten, drehbaren Dorn, die zwischen sich wenigstens eine Mischkammer bilden, wobei im Bereich der Mischkammer die Innenfläche des Gehäuses und die Außenfläche des Dorns mit zueinander gegenläufigen, Schneckv-ngäng. bildenden, schraubenförmigen Nuten versehei. sind, deren Querschnittsflächen sich im entgegengesetzt« ι Sinne zueinander ]*> Indern, wobei der Steigungswinkel der Schneckengänge des Doms größer als 0° und kleiner als 45° ist.

Zum Beispiel durch die DEAS 11 42839 ist eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse ■"> angeordneten drehbaren Dorn bekannt. Die Innenwände des Gehäuses und die Außenwände des Doms sind dort mit Schneckengängen bildenden, schraubenförmigen Nuten versehen, deren Querschnittsflächen sich entgegengesetzt zueinander ändern und die gegenläufig ->s lueinander sind. Infolge dieser Geometrie der Dorn· und Gehäusenuten führt das Gut neben den üblichen, in Schneckenpressen auftretenden Bewegungen zusätzlich eine Bewegung senkrecht zur Drehachse des Doms auf. Dadurch wird eine gute Durchmischung und Durcharfceitung des Gute« erzielt, die nicht nur durch Reibwirkung zwischen mit engem Spiel aneinander »orbeistreifenden Flächen von Dorn und Gehäuse erfolgt, sondern vor allem durch die Bewegung des Gutes innerhalb der Nuten und durch den ständigen, 5ϊ schichtweisen Gutaustausch zwischen den nebeneinan- «"erliegenden Nuten von Dorn und Gehäuse.

Diese Vorrichtung weist aber Nachteile auf, die sich insbesondere bei der Bearbeitung von Kautschuk sehr Itark bemerkbar machen. Bei kalter Beschickung einer solchen bekannten Vorrichtung mit Kautschuk ist das zugeführte Material sehr steif, praktisch ein Festkörper, und auch bei der Warmbeschickung ist Kautschuk noch hochviskos. In beiden Fällen läßt sich Kautschuk praktisch nicht zusammendrücken und fließt nicht, so ⁶"^J daß die ein gewisses Fließen des Materials voraussetzenden Bewegungsabläufe nicht durchgeführt werden können. Um trotzdem eine atisreichende Durchmischung und Homogenisierung des Materials zu erreichen, müssen deshalb mehrere Mischzonen hintereinander angeordnet werden, so daß sich ein hoher apparativer Aufwand ergibt. Außerdem können solche kaltbeschickte Vorrichtungen nicht maßstabgsgerecht geometrisch vergrößert werden, ohne daß sich im Vergleich mit Vorrichtungen mit kleinerem Durchmesser ein Leistungsverlust ergibt. Eine Vergrößerung der Anzahl der Nuten kann dort nur dadurch erfrlgen, daß die Breite der Nuten klein und die Tiefe der Nuten entsprechend groß ausgelegt wird, damit ein gleicher Durchsatz möglich ist. Bei Überschreitung einer bestimmten Nutentiefe erfolgt aber kein Transport des zu mischenden Gutes mehr in den Nuten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß eine Vergrößerung der Anzahl von mischwirksamen Schnittpunkten nicht zu einer unerwünschten relativen Vertiefung der Nuten im Gehäuse führt

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der gattungsbildenden Art dadurch gelöst daß der Steigungswinkel der Schneckengänge des Gehäuses im komplementären Winkelbereich zu dem Bereich des Steigungswinkels der Schneckengänge des Doms liegt Im Bereich der Mischkammer sind in dem Gehäuse und in dem Dorn gegenläufige Schneckengänge ausgebildet, wobei wegen der Anordnung der Schneckengänge jeweils im komplementären Winkelbereich eine Maximalzahl mischwirksamer Schnittpunkte erzielt wird. Da der Steigungswinkel der Schneckengänge des Doms größer als 0° und kleiner als 45° ist. ergibt sich für der· Steigungswinkel der Schneckengänge in dem Gehäuse ein Wert zwischen 45° und 90°. Durch die Verlegung des Winkels der Schneckengänge im Gehäuse in dem komplementären Winkelbereich erhöht sich die Zahl der mischwirksamen Schnittpunkte um etwa den Faktor 2.5. während die Querschnittsverhältnisse der Nuten ansonsten unverändert bleiben. Wird beispielsweise ein Dorn mit einem Steigungswinke) von 32° 30' und eingängiger Konstruktion verwendet, so kann das Gehäuse mit dem gleichen Steigungswinkel ein Maximum von 8 Gängen haben. Bei einem komplementären Schneckenwinkel von 57° 30' kann das Gehäuse jedoch ein Maximum von weit über 30 Gängen aufweisen, ohne daß eine unerwünschte relative Vertiefung der Nuten erfolgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf dis schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Dorns eines herkömmlichen Kaltbeschickungs-Extruders mit zwei Scherebenen, der in Verbindung mit den in den ¥ \ g. 5 bis 8 gezeigten Gehäuseschnitten verwendet wird, wobei sich ein Schneckengang in der ersten und die beiden Schneckengänge in der zweiten Scherebene befinden:

F i g. 2 einen ähnlichen Dorn gemäß einer einfachen Ausführungsform, wobei eine allmähliche Änderung zu zwei Schneckengängen in der ersten Scherebene verwendet wird:

Fig.3 einen ähnlichen Dorn einer alternativen Änderung auf vier Schneckengänge in der ersten Scherebene und vier Gänge in der zweiten Scherebene;

Fig.4 einen ähnlichen Dorn, der in der ersten Scherebene eine Änderung von einem auf acht Schneckengänge aufweist;

F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse, welches die erste und zweite Scherebene eines herkömmlichen,

kontinuierlichen Mähers definert. vobei eine dreigängige Schnecke auf im wesentlichen dem gleichen Steigungswinkel wie bei dem Dorn dargestellt ist;

F i g. 6 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse mit acht Gängen, d. h. der maximalen Zahl von parallelen Schneckengängen, die auf dem gleichen Steigungswinkel wie bei Fig.5 ohne eine zu große maxima!·: Tie;.· der Nut relativ zu deren Breite aufgenommen werden können;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse, wobei ι ο dargestellt ist, wie die Verwendung des komplementären Steigungswinkel zwölf parallele Gänge oder Schnecken mit niedrigem Verhältnis Tiefe/Breite des Nutenschnittes ermöglicht;

Fig.8 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse, das π darstellt, wie die Verwendung des komplementären Steigungswinkels zwanzig parallele Gänge oder Schnecken ohne ein zu großes maximales Verhältnis Tiefe/Breite des Nutenschnittes ermöglicht; und

Fig. 9 und 10 vergrößerte Schnitte der maximalen Nutenquerschnitte in dem Gehäuse in der Zeichnungsebene bzw. im rechten Winkel zu der Achse der Nut.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist ein Haur-tteil eines Doms 1 einen Eintrittsabschnm 2. einen Kompressionsabschnitt 3 in einem zylindrischen Gehäusebereich (nicht dargestellt), einen ersten Scherebenenabschnitt 4 und einen zweiten Scherebenenabschnitt 5 auf. der irgendeinem der in den F i g. 5 bis 8 gezeigten Querschnitte von Gehäuse mit zwei Scherebenen angepaßt werden kann: außerdem ist noch ein m herkömmlicher Auslaßabschnitt 6 in einem zylindrischen Gehäuse (nicht dargestellt) vorgesehen.

Durch die Abschnitte 2 bis 4 erstreckt sich ein Schneckengang 7, der eine einzige schraubenlinienförmige Nut 8 bildet, deren Querschnittsfläche sich in der ersten Scherebene 4 auf Null verringert. Die Scherebene 4 hat auch eine konische Umhüllungsoberfläche. In der zweiten Scherebene 5 und dem Auslaßabschnitt befinden sich zwei Schnecken 9. welche die Schraubenlinien bzw. spiralförmigen Nuten 10 dieser Abschnitte bilden, die "on dem Querschnitt Null am Beginn der zweiten Scherebene ausgehen.

In F i g. 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Fig. I: außerdem ist zusätzlich in dem ersten Scherebenenabschnitt 4 ein zweiter Schneckengang 11 vorgesehen. Dieser Schneckengang Iteigt allmählich von dem Bochn der einzigen, ichraubenlinienförmigen Nut 8 an, um anschließend die beiden schraubenlinienförmigen Nuten 12 zu bilden.

Dieser zusätzliche Schneckensteg beginnt seinen so Anstieg in dem ersten Scherebenenabschnitt 4 und läuft eine bestimmte Strecke als Teilschnecke weiter, bevor er eine äquivalente Größe und Form zu dem ursprünglichen Schneckengang 7 annimmt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 bezeichnen M ähnliche Bezugszei;hen die gleichen Teile wie in F1 g. 1: dabei sind drei Teilschneckengänge 13 vorgesehen, die von dem Boden der ursprünglichen, einzigen Nut 8 in dem ersten Stherebenenabschniit 4 ansteigen. Die Form dieser Schnecken ändert sich allmählich so. daß fco $ie vier schraubenlinienförmige Nuten 14 für den letzten Teil der Scherebene 4 bilden.

In der zweiten Scherebene 5 sind zusätzlich zu den beiden ursprünglichen Schnecken 9 zwei Schnecken 15 vorgesehen, die zusammen vier schraubenlinienförmige *>'■ Nuten 16 bilden. Da alle diese Schnecken bzw. Nuten von Null an beginnen, ist die Entwicklung der Schnecken 9 und 15 ganz symmetrisch, wie es selbstverständlich auch für die Entwicklung der vier schraubenlinienförmigen Nuten 16 gilt.

An dem Ende der zweiten Scherebene 5 enden die beiden Stege relativ abrupt, und der Auslaßabschnitt 6 hat nur zwei schraubenlinienförmige Nuten 10.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 bezeichnen ebenfalls gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile wie in F i g. 1; dabei sind sieben zusätzliche Schneckengänge vorgesehen, die in der ersten Scherebene 4 ansteigen, um acht schraubenlinienförmige Nuten 18 zu definieren. F i g. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, mit der die Unterteilung der ursprünglichen einen Nut 8 in die acht schraubenlinienförmigen Nuten 18 erreicht werden können. Die erste zusätzliche Schnecke beginnt in der Nähe der vorderen Kante der Schnecke 7 kurz nach dem Beginn der ersten Scherebene 4; kurz danach folgt die zweite Schnecke, und so weiter. Dadurch wird die Materialströmung, die vor der vorderen Kante der Schnecke 7 zusammengedrückt wird, während sie an der hinteren Kante der Schnecke 7 locker bzw. lose und klumpig b<rw. in Stückform sein kann, in komprimierter Form über die Nut 8 verteilt so.·, e gebiäseradartig angetrieben, um zu den Schraubenlinien-' Jrmigen Nuten in dem Gehäuse überführt zu werden.

In der zweiten Scherebene 5 bilden die acht Schnecken 19 die acht schraubenlinienförmigen Nuten 20 auf symmetrische Weise und reduzieren sich dann ziemlich abrupt auf die beiden Schnecken 9 für den Auslaßabschnitt 6.

In Fig. 5 ist das Gehäuse 31 als Mischteil des Extrudergehäuses dargestellt, dessen zylindrische Abschnitte bzw. Schnitte die dem Einlaßabschnitt 2. dem Kompressionsabschnitt 3 und dem Auslaßabschnitt 6 des Doms (siehe Fig. 1) entsprechen, nicht dargestellt sind. Drei schraubenlinienförmige Schnecken 32 bilden eine dreigängige schraubenlinienförmige Nut 33 mit einem Verhältnis Breite/Tiefe, das sehr viel größer als eins ist, mit einer Querschnittsform, die sehr gut für den Transport von Gummi bzw. Kautschuk geeignet ist: dabei wird ein Steigungswinkel von näherungsweise 32" 30' verwendet. Dies entspricht der herkömmlichen Konstruktion, bei welcher der Dorn einen ähnlichen Steigungswinkel hat.

In Fig.b bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile wie in F i g. 5: dabei sind acht Schnecken 34 vorgesehen, die eine achtgängige schraubenlinienförmige Nut 35 noch mit dem gleichen Steigungswinkel von 32^r 30' bilden. Es läßt sich erkennen, daß nicht mehr als acht Nuten parallel aufgenommen werden können, während gleichzeitig die gleiche Querschnittsfläche wie in Fig. 5 verwendet wird, falls nicht das Verhältnis Breite/Tiefe des maximalen Nutenquerschnittes (in der Zeichnungsebene betrachtet) unter eins verringert wird. In Fig. 7 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die g'eici er. Teile wie in Fig. 5; dabei bilden zwölf Schneckengänge 36. die jedoch nun auf einem komplementären Steigungswinkel 90°— 3C^C 30'. d.h. 57 30'. liegen, eine zwölfgängige schraubenförmige Nutenstruktur 37. wenn sie zusammen mit einem der Dorne nach den F i g. 1 bis 4 verwendet werden. Es läßt sich erkennen, daß der neue, komplementäre Steigungswinkel es möglich macht, analog zu der Ausführung*, form nach F i g. 5 ein großes Verhältnis Breite/Tiefe für den maximalen Querschnitt der Nuten zu verwenden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 bezeichnen gleiche Bczugszeichen die gleichen Teile wie ir Fig. 5-, dabei bilden zwanzig Schneckengänge 38 auf dem Steigungswinkel 57°30' eine zwanziggängige schrau-

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benlinienförmige Niilcnsiriiktiir .W. Das Verhältnis Breite/Tiefe des maximalen Querschnittes ist ähnlich wie bei der Ausführungsform nach F i g. b näheningsweise I, während wegen des komplementären Steigungswinkels die Zahl der .Schnecken und damit Nuten um das 2,5fache erhöht wird.

Aus fertigungstechnischen Gründen, wobei es keine Rolle spielt, ob die Fertigung durch Gießen oder durch maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung erfolgt, sollte die Zahl der Gänge durch vier teilbar sein, d. h., der zu der Mittellinie senkrechte Schnitt sollte symmetrisch um zwei rechtwinklige Achsen sein. P.ine solche Ausgestaltung wird für zweckmäßig und gegebenenfalls sogar unbedingt erforderlich gehalten.

Kür den Dorn nach I·" i g. I und die Gehäuse nach ilen Fig. 5 bis 8 ergibt sich, daß die Merkmale der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, um eine Dichte der Schnecken-»Kreuzungen« bzw. -».Schneidpunkte« pro Einheitsfläche der Scherebenenoberfliiche zu erreichen, die größer ist als die Kombination des achtgängigen Gehäuses mit den verschiedenen Dornen, wenn die Steigungswinkel für Dorn und Gehäuse näherungsweise gleich sind.

Es muß betont werden, daß mit dieser größeren Dichte der Schnecken-»Schneidpunkte« und dadurch der Unterteilung der Ströme ein sehr wesentlicher !•"einschritt in bezug auf die Schwierigkeit der Mischaufgaben erreicht wird, die durchgeführt werden können. So ist es beispielsweise ohne die Verwendung der Merkmale nach der vorliegenden Erfindung ganz unmöglich, die Endmischung plus die Extrusion der Kautschiikmassc in der Form von nutzbaren Reifen laiiffliichcn in einem Durchgang zu erreichen, wenn man mit Kugeln bzw. Pellets aus einer Ruß-Grundmischung beginnt, die vorher mit vulkanisierenden Chemikalien in Pulverform vermischt oder vordosiert worden sind. Das gleiche gilt für die Mischung/Aufbereitung von pulver förmigem Kautschuk bzw. Gummi mit Ruß. Füllern bzw. Streckmiiteln und vulkanisierenden Chemikalien in einem Durchgang. Diese Feststellungen beziehen sich auf das Erreichen eines qualitativ hochwertigen Resultates auf einer Vorrichtung vorgegebener Größe mit einem Durchsatz, der für diese Größe charakteristisch ist. im Gegensatz zu Resultaten mit untypisch kleinen Atisgiiueleisuiiigeti. die .mi Γν1<ΐΜ_ίπιιυιι mti kleinem Durchmesser mit verschiedenen herkömmlichen Mischern/Extrudern im wesentlichen mit zylindrischen Gehäusen erreicht werden können; denn es ist praktisch unmöglich, solche Vorrichtungen im wesentlich größerem Maßstab zu »kopieren«.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen mit einem Gehäuse und einem hierzu koaxial angeordneten, drehbaren Dorn, die zwischen sich wenigstens ι eine Mischkammer bilden, wobei im Bereich der Mischkammer die Innenfläche des Gehäuses und die Außenfläche des Dorns mit zueinander gegenläufigen, Schneckengänge bildenden, schraubenförmigen Nuten versehen sind, deren Querschnittsflächen sich im entgegengesetzten Sinne zueinander ändern, wobei der Steigungswinkel der Schneckengänge des Dorns größer als 0° und kleiner als 45° ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Schneckengänge (36, 38) des υ Gehäuses (31) im komplementären Winkelbereich zu dem Bereich des Steigungswinkels der Schnekkengänge(7,11,13,19) des Dorns(l) liegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet 'laß in der Mischkammer die Summe der Steigungswinkel der Schneckengänge des Dorns (1) und des Gehäuses (31) ungefähr gleich 90° ist.