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"Mischwalzwerk"
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Die Erfindung betrifft ein Mischwalzwerk zum Mischen und Homogenisieren
von plastifizierbaren Materialien, insbesondere von Kunststoffen, mit einer eine
zylindrische Walzenfläche aufweisenden, um die Achse der Walzenfläche drehend antreibbaren
Walze, und mit einem eine zylindrische Walzenfläche aufweisenden, um die Achse der
Walzenfläche drehend antreibbaren Körper, wobei die Walze und der Körper achsparallel
und unter Freilassung eines schmalen Walzenspaltes an der Stelle ihres geringsten
gegenseitigen Abstandes zueinander angeordnet sind, wobei die Walze und der Körper
derart um ihre Achsen dEehend.antreibbar sind, daß ihre Walzenflächen sich im Walzenspalt
in gleicher Richtung bewegen,und wobei in Bewegungsrichtung der Walzenflächen gesehen
vor dem Walzenspalt und zwischen den Walzenflächen eine Einzugszone für die zu bearbeitenden
Materialien ist.
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Derartige, seit vielen Jahrzehnten bekannte Mischwalzwerke bestehen
regelmäßig aus zwei etwa in einer horizontalen Ebene angeordneten Walzen, die gegensinnig
derart angetrieben werden, daß sich ihre Walzenflächen im Bereich des Walzenspaltes
nach unten bewegen, d.h. die Einzugszone befindet sich oberhalb des Walzenspaltes.
Das zu behandelnde Material wird von Hand in die Einzugszone eingegeben und von
hier durch die Reibung zwischen den Walzenflächen in den Walzenspalt eingezogen,
dort intensiv geknetet und durchgewalkt und wird dabei als sogenanntes Fell auf
die Walzenfläche einer der Walzen aufgenommen. In der Regel werden die Walzen mit
derartigen Drehzahlen angetrieben, daß sich die Walzenfläche einer Walze mit einer
höheren Umfangsgeschwindigkeit bewegt als die Walzenfläche der anderen Walze. Hierbei
wird das Fell auf der Walze gebildet, deren Walzenfläche mit höherer Geschwindigkeit
umläuft.
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Nach einem Walzvorgang wird das Fell längs der Walzenfläche aufgeschnitten
und von dieser abgezogen. Gegebenenfalls wird es zum erneuten Walzen in die Einzugszone
gegeben.
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Derartige Mischwalzwerke sind technologisch gesehen immer noch das
am besten geeignete Werkzeug zum Mischen, insbesondere zum End-Mischen und Homogenisieren
von Kunststoffen oder sich ähnlich verhaltenden Materialien.
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Nachteilig bei diesen Mischwalzwerken ist, daß verhältnismäßig viel
manuelle Arbeit seitens des Bedienungsmannes
erbracht werden muß.
Da zumindest bei der Bearbeitung einiger Kunststoff sorten toxische Dämpfe oder
Gase entstehen, die nur begrenzt durch Absaugeinrichtungen abgesaugt werden können,
ist auch der verhältnismäßig große Anteil an manueller Tätigkeit und insbesondere
das Erfordernis der ständigen Anwesenheit einer Bedienungsperson von Nachteil. Der
Walz- und Homogenisiereffekt ist umso schonender und gleichzeitig umso intensiver,
je größer der Durchmesser der Walzen ist, da mit zunehmendem Durchmesser der Walzen
die Einzugszone schlanker und der Walzenspalt länger wird. Aus konstruktiven und
aus wirtschaftlichen Gründen sind einer Durchmesservergrößerung der Walzen aber
Grenzen gesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mischwalzwerk der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, mit dem eine Verbesserung des Misch- und Homogenisiereffektes
unter gleichzeitiger Verringerung der erforderlichen manuellen Arbeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper als Hohlkörper
ausgebildet ist, dessen Innenfläche die Walzenfläche ist, und daß die Walze innerhalb
des Hohlkörpers angeordnet ist. Hierbei bildet das Mischwalzwerk ein weitgehend
nach außen abgeschlossenes System, wobei naturgemäß der Durchmesser der Walze kleiner
sein muß als der Innendurchmesser des Hohlkörpers. Da hierbei die Krümmungen
der
Walzenflächen zwar unterschiedlich sind, aber in gleicher Richtung verlaufen, bildet
sich ein verhältnismäßig langer Walzenspalt und eine verhältnismäßig schlanke lange
Einzugszone, in der das zu bearbeitende Material bereits unter einem leichtem Walken
in den Walzenspalt eingezogen wird. Die Beschickung dieses Mischwalzwerkes erfolgt
von einer Seite und die Entnahme des bearbeiteten Materials am anderen Ende. Im
Normalfall wird der Hohlkörper einfach als dickwandiges Rohr ausgebildet sein. Wenn
gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Walze im unteren Bereich des Hohlkörpers
angeordnet ist, wobei insbesondere sich die Einzugszone an der untersten Stelle
des Hohlkörpers befindet, dann ist sichergestellt, daß alles irgendwie in den Hohlkörper
eingegebene Material in die Einzugszone gelangt und also auch der gewünschten Bearbeitung
unterzogen wird. Um sicherzustellen, daß das Fell aus dem zu bearbeitenden Material
nur auf einer Walzenfläche aufgenommen wird, ist es in bekannter Weise zweckmäßig,
wenn diese eine Walzenfläche mit höherer Umfangsgeschwindigkeit antreibbar ist,
als die andere Walzenfläche.
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Einer der ganz besonderen Vorzüge des erfindungsgemäßen Mischwalzwerkes
liegt darin, daß innerhalb des Hohlkörpers mindestens ein mit einer Walzenfläche
zusammenwirkendes Messer angeordnet sein kann, mittels dessen ständig oder periodisch
das Fell aus zu bearbeitendem Material von der Walzenfläche abgeschnitten und wieder
in die Einzugszone
gegeben wird. Dieses mindestens eine Messer
wirkt mit der mit höherer Umfangsgeschwindigkeit antreibbaren Walzenfläche zusammen,
also mit der Walzenfläche, die das Fell aufnimmt. Hierbei handelt es sich vorteilhafterweise
um die Walze.
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Dieses mindestens eine Messer ist vorteilhafterweise über der Einzugszone
angeordnet, damit das abgeschnittene Fell in oder vor diese fällt. Um sicherzustellen,
daß nicht Materialreste auf der Walzenfläche verbleiben, ist es von großem Vorteil,
wenn die wirksame Schneidenkante des mindestens einen Messers sich über die volle
Länge der zugeordneten Walzenfläche erstreckt.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind
mehrere Wendemesser vorgesehen, die also zweckmäßigerweise pflugscharähnlich ausgebildet
sind, die jeweils einen Streifen des Fells von der Walzen -fläche abschneiden und
hochnehmen und diese aufgrund der Wendewirkung des jeweiligen Wendemessers in axialer
Richtung des Hohlkörpers und der Walz'e um ein Stück weitertransportieren, wodurch
einerseits der Transport des zu bearbeitenden Material in axialer Richtung durch
das Mischwalzwerk sichergestellt ist, und wodurch andererseits die Zahl der Bearbeituegsschritte
festgelegt ist, denen jedes Materialteilchen nterworfen wird. Die Zahl
dieser
Bearbeitungsschritte ergibt sich aus der wirksamen Länge des Mischwalzwerkes dividiert
durch die Strecke, um die das Material von einem Wendemesser weitertransportiert
wird.
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Gemäß einer anderen ebenfalls sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist
das mindestens eine Messer wannenförmig ausgebildet. Dieses Messer wird in Zeitabständen
an die zugeordnete Walzenfläche angestellt und dann das gesamte Fell von der Walzenfläche
abgehoben. Wenn dieses mindestens eine wannenförmige Messer um eine zur Achse des
Hohlkörpers parallele Achse verschwenkbar ist, kann dann durch eine solche Verschwenkbewegung
das in dem wannenförmigen Messer aufgenommene, von der Walzenfläche abgehobene Fell
wieder vor die Einzugszone gegeben werden. Wenn dieses wannenförmige Messer zusätzlich
in Richtung seiner Achse verschiebbar ist, kann gleichzeitig auf diesem Wege ein
axialer Transport des Materials durch das Mischwalzwerk erfolgen. Hierdurch wird
die Zahl der Bearbeitungsschritte genau festgelegt, die sich aus dem Verhältnis
von wirksamer Länge des Mischwalzwerkes zu Länge der axialen Verschiebung des wannenförmigen
Messers ergeben. Hierbei ist es zweckmäßig, in
der Nähe der Austragsöffnung
dem wannenförmigen Messer ein in Umfangsrichtung der Walzenfläche schneidendes Messer
zuzuordnen, mittels dessen der Streifen des Fells abgeschnitten wird, der bereits
alle Bearbeitungsschritte durchlaufen hat. Dieser Fellstreifen aus fertig bearbeitetem
Material wird dann aus der Austragsöffnung ausgegeben. Bei der Version mit mehreren
Wendemessern erfolgt diese Ausgabe von dem in Durchlaufrichtung letzten Wendemesser.
Der Transport des Materials durch das Mischwalzwerk wird noch verbessert, wenn die
Walze und der Hohlkörper gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in Durchlaufrichtung
der Materialien nach unten geneigt sind.
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Um den Anforderungen an die Temperaturführung beim Walz- und Mischvorgang
gerecht zu werden, ist es von Vorteil, wenn die Walze heiz- und/oder kühlbar ist.
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Hierzu ist es zweckmäßig, die Walze zumindest teilweise hohl auszubilden
und mit einem Zulaufanschluß und einem Ablauf anschluß für ein strömungsfähiges
Medium zu versehen. Hierdurch kann also beispielsweise zu Beginn eines Walzvorganges
das zu bearbeitende Material erwärmt und im späteren Verlauf des Walzvorganges gekühlt
werden, wenn die Temperatur aufgrund der beim Walzen entstehenden Wärme zu hoch
werden sollte. Als strömungsfähiges Medium
kann entsprechend Dampf
(zum Heizen) oder heißes bzw.
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kaltes Wasser verwendet werden.
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Ein weiterer erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Mischwalzwerkes
liegt darin, daß eine den Hohlkörper außen umgebende Wärmeisolierung vorgesehen
werden kann, so daß die erläuterte Temperaturführung mit einem besonders geringen
Energieaufwand möglich ist.
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Weiterhin kann auch der Hohlkörper beheizbar sein, wofür sich verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten ergeben. Der Hohlkörper kann doppelwandig ausgebildet und
mit einem Zulaufanschluß und einem Ablaufanschluß für ein strömungsfähiges Medium
versehen sein, wobei wiederum Dampf oder Heißwasser zum Heizen verwendet werden
kann. Der Hohlkörper kann aber auch mit einer elektrischen Heizung versehen sein,
wobei dann, wenn eine ständige Beheizung möglich sein soll, es zweckmäßig ist, die
elektrische Heizung mittels Schleifkontakten an eine Stromzuführung anzuschließen,
während dann, wenn nur ein Erwärmen vor Aufnahme des Betriebes möglich sein soll,
die elektrische Heizung lösbar an eine Stromzuführung angeschlossen sein kann. Als
elektrische Heizung können sogenannte Heizmatten verwendet werden. Wenn die Heizung
in der
erläuterten Weise elektrisch oder mittels eines strömungsfähigen
Mediums erfolgt, dann kann die Wärmeisolierung fest am Hohlkörper angebracht sein.
Wenn dagegen gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zur
Beheizung des Hohlkörpers mindestens eine Strahlungsheizung vorgesehen ist, danp
ist es zweckmäßig, die Wärmeisolierung ortsfest um den Hohlkörper herum und die
mindestens eine Strahlungsheizung zwischen der Wärme isolierung und dem Hohlkörper
anzuordnen.
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Ein weiterer beträchtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Mischwalzwerkes
liegt darin, daß es weitestgehend, also auch an seinen Stirnseiten weitgehend geschlossen
werden kann, wodurch die geschilderten Nachteile der bekannten offenen Mischwalzwerke
vermieden werden. Hierbei ist im Bereich der einen Stirnseite eine Eingebeöffnung
offengelassen, während im Bereich der anderen Stirnseite eine Ausgabeöffnung offengelassen
ist. In besonders einfacher Weise kann das zu bearbeitende,Material im Bereich einer
Stirnseite des Hohlkörpers über eine Eingeberutsche eingegeben werden.
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Die Lagerung des Hohlkörpers ist in besonders einfacher Weise realisierbar;
es ist nämlich ausreichend, wenn der Hohlkörper auf mindestens zwei Laufrollenpaaren
gelagert ist. Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, in an sich bekannter Weise
den Hohlkörper und die Walze von einem gemeinsamen Antriebsmotor anzutreiben.
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Der Hohlkörper kann mittels eines Zahnradantriebes, mittels eines
Zahnkettenantriebes oder mittels eines Friktionsantriebes angetrieben werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein
Mischwalzwerk der Erfindung im vertikalen Querschnitt, Fig. 2 das Mischwalzwerk
im horizontalen Längsschnitt, Fig. 3 das Mischwalzwerk nach einer Stirnansicht,
Fig. 4 das Mischwalzwerk in einem Schnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine Stirnansicht des Mischwalzwerks mit einer schematischen Darstellung
des Antriebes.
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Ein Mischwalzwerk nach der Erfindung weist einen Hohlkörper 1 auf,
der aus einem dickwandigen ringzylindrischen Rohr besteht, dessen Innenseite als
Walzenfläche 2 dient. Der Hohlkörper 1 ist mit etwa horizontal verlaufender Achse
3 angeordnet. In dem Hohlkörper 1 ist eine hohl ausgebildete zylindrische Walze
4 derart angeordnet, daß ihre Achse 5 parallel zur Achse 3 des Hohlkörpers 1 verläuft.
Die Achse 5 ist auf einer gegenüber einer durch die Achse 3 gehenden horizontalen
Mittelebene 6 geneigten Ebene 7 angeordnet und zwar derart, daß zwischen den zylindrischen
Walzenfläche 8 der Walze 4 und der Walzenfläche 2 des Hohlkörpers 1 im Bereich der
Durchdringung der gedachten Ebene 7 und der Walzenfläche 2 ein Walzenspalt 9 bildet,
der sich im unteren Bereich des Hohlkörpers 1 befindet, da ja auch die Achse 5 deutlich
unterhalb der Achse 3 angeordnet ist. Der Hohlkörper 1 und die Walze 4 sind gemäß
den Drehrichtungspfeilen 10 und 11 im gleichen Drehsinn antreibbar und zwar derart,
daß sich die Walzenflächen 2 und 8 von unten am Walzenspalt vorbei nach oben bewegen.
Hierdurch wird im unteren Bereich des Hohlkörpers 1 und unterhalb der Walze 4 eine
Einzw gszone 12 für die zu bearbeitenden Materialien 13 gebildet, die unter verhältnismäßig
geringer Verjüngung in den Walzenspalt 9 ausläuft, da die Krümmungsrichtung beider
Walzenflächen 2 und 8 gleich ist. Hinzu kommt, daß der Durchmesser d der Walzenfläche
8 der Walze 4 - wie aus der Zeichnung ersichtlich - etwa halb so groß ist wie der
Durchmesser D der Walzenfläche 2 des Hohlkörpers 1.
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Die Walze 4 ist an ihren Stirnseiten verschlossen und mit koaxialen
Lagerzapfen 14 versehen, auf denen Wälzlager 15 angeordnet sind, die in Lagerschalen
16 abgestützt sind.
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Diese Lagerschalen 16 sind an Traghebeln 17 angebracht, die in am
Boden 18 abgestützten Stützlagern 19 mit zu den Achsen 3 und 5 achsparallelen Lagerzapfen
20 schwenkbar abgestützt sind. An der Oberseite der Lagerschalen 16 sind Gewindeanker
21 über zu den Achsen 3 und 5 achsparallele Gelenkzapfen 22 angelenkt. Die Gewindeanker
21 sind im Bereich ihrer freien Enden in am Boden 18 abgestützten Gegenlagern 23
mittels Muttern 24, 25 fest aber entsprechend dem Doppelpfeil 26 längseinstellbar
gehalten. Durch derartige Verstellungen kann die Breite a des Walzenspaltes 9 eingestellt
werden.
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In dem Raum oberhalb der Einzugszone 12 ist in dem Hohlkörper 1 eine
achsparallel zu den Achsen 3 und 5 angeordnete Stange 27 angeordnet, die um ihre
Achse 28 schwenkbar und axial gemäß dem Doppelpfeil 29 verschiebbar ist. An dieser
Achse 28 ist ein etwa wannenförmiges Messer 30 angebracht, dessen vordere Schneidkante
31 parallel zu den Mantellinien der Walzenfläche 8 verläuft. Durch entsprechendes
Verschwenken kann die Schneidkante 31 auf die Walzenfläche 8 in deren oberen Bereich
aufgesetzt werden, wo sich die Walzenfläche 8 gemäß dem Drehrichtungspfeil 11 zu
dem wannenförmigen Messer 30 hin bewegt. Durch entsprechendes Verschwenken kann
das wannenförmige Messer 30 in eine etwa vertikale Lage gebracht werden, in der
die Schneidkante 31 weit von der Walzenfläche 8 abgehoben ist. An dem der Eingabeseite
32
entgegengesetzten Ausgabeseite 33 des Hohlkörpers 1 ist auf der Achse 28 ein Messer
34 angeordnet, das in Umfangsrichtung, also tangential zur Walzenfläche 8 an dieser
anliegt und in deren Umfangsrichtung schneidet. Seine Schneidkante 35 ist also ebenfalls
gegen die Drehrichtung der Walzenfläche 8 entsprechend dem Drehrichtungspfeil 11
gerichtet. Es ist über eine Hülse 34' auf der Stange 27 abgestützt, wobei die Hülse
34' gegenüber dem Hohlkörper 1 axial unverschiebbar ist.
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Der Hohlkörper 1 ist über beiderseits seiner vertikalen Mittelebene
36 angeordnete Laufrollen 37 abgestützt. Diese Laufrollen sind auf jeweils einer
Welle 38 angebracht, die in Lagerböcken 39 bzw. in den Gegenlagern 23 mittels Wälzlagern
40 frei drehbar gelagert sind. Die Laufrollen 37 sind so angeordnet, daß sie auf
der einen Seite im Bereich des Walzenspaltes 9 gegen die zylindrische Außenfläche
41 des Hohlkörpers 1 anliegen.
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Der Drehantrieb des Hohlkörpers 1 erfolgt mittels einer diesen zum
großen Teil umschließenden Zahnkette 42, die in ein entsprechendes, auf der Außenfläche,
41 des Hohlkörpers 1 angebrachtes Zahnprofil 43 eingreift. Die Zahnkette wird von
einem Antriebsmotor 44 mittels eines auf dessen Welle angebrachten Zahnritzels 45
angetrieben. Sie läuft über ein verstellbares Spannrad 46.
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Auf der Eingabeseite 32 wird zu bearbeitendes Material 13 eingegeben,
das vor die Einzugszone 12 fällt und aufgrund der Drehrichtung der Walze 4 und des
Hohlkörpers 1 in den Walzenspalt 9 eingezogen wird, wobei es geknetet und gewalkt
wird. Da die Walze 4 mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit
ihrer
Walzenfläche 8 angetrieben wird als der Umfangsgeschwindigkeit der Walzenfläche
2 des Hohlkörpers 1 entspricht, wird das Material 13, nachdem es den Walzenspalt
9 durchlaufen hat, auf die Walzenfläche 8 der Walze 4 in Form eines sogenannten
Fell es 47 aufgezogen. Nach einer ausreichenden Zahl von Umläufen der Walzenflächen
2 und 8 wird das Messer 30 mit seiner Schneidkante 31 gegen die Walzenfläche 8 geschwenkt
und schält das Fell 47 über die Länge des Messers 30 ab, wobei das abgeschälte Fell
in die Wanne des Messers 30 gleitet. Anschließend wird das wannenförmige Messer
30 leicht hochgeschwenkt, so daß seine Schneidkante 31 außer Eingriff mit der Walzenfläche
8 kommt und dann axial in der Durchlaufrichtung 48 des Materials durch das Mischwalzwerk
in Richtung auf die Ausgabeseite 33 verschoben. Dort wird es in die vertikale Lage
hochgeschwenkt, so daß das in ihm befindliche abgeschälte Fell herunterfällt und
wieder von den Walzenflächen 2 und 8 dem Walzenspalt 9 zugeführt wird. Dieser Vorgang
kann sich entsprechend der Zahl der gewünschten Bearbeitungsschritte wiederholen,
bis das Material in den Bereich der Ausgabeseite 33 des Mischwalzwerks kommt.
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Wie in Fig. 4 angedeutet ist, ist der Hohlkörper 1 an seinen Stirnseiten
mittels einer ortsfesten Wand 48' weitgehend verschlossen, in der sich eine Ausgabeöffnung
49 bzw. auf der Eingabeseite 32 eine Eingabeöffnung befindet. Der Hohlkörper ist
weiterhin im Bereich seiner Stirnseiten mit einem ringförmigen Steg 50 versehen,
durch den verhindert wird, daß zu behandelndes oder bereits behandeltes Material
unkontrolliert aus dem Hohlkörper 1 austritt.
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Alternativ zu dem wannenförmigen Messer 30 können auch mehrere, pflugscharähnlich
ausgebildete Wendemesser 51 an der Stange 27 angebracht sein, die das Feld 47 in
schmalen, fortlaufenden Streifen von der Walzenfläche 8 abschälen, wenden und unter
axialem Transport in Richtung auf die Ausgabeseite 33 wieder vor den Walzenspalt
9 fallen lassen.
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Im Bereich der Ausgabeseite 33 wird das Feld dann von dem Messer 34
abgeschält und durch die Ausgabeöffnung 49 ausgegeben.
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