DE2933655A1 - Maschine zum bearbeiten von kunststoffen und polymeren - Google Patents
Maschine zum bearbeiten von kunststoffen und polymerenInfo
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Description
DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE München, ?O.Auqu.-;t. ! V/9
PATENTANWÄLTE ""Q 2933655
Aktenzeichen: Unser Zeichen: T1 2'Vi";
Anmelder: OSM Corporation
Farmington, Connecticut O6O32
Zustelladresse: 181 Elliott Street
Beverly, Mass. O1915 / USA
Maschine zum Bearbeiten von Kunststoffen und Polymeren
COPY 030011/0679
Kanzlei: Herrnstrai.te 15, München
DIPL. ING. HEINZ BARDEHi-E München,
DIPL. CHEM. DR. PETER FÜRNISS
Aktenzeichen: Unser Zeichen: ρ 29 33
Anmelder: ijSM Corporation
Farmington, Connecticut Ο6Ο32
Zustelladresse: 181 Elliott Street
Zustelladresse: 181 Elliott Street
Beverly, Mass. 01915 / USA
Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Bearbeitung von Kunststoffen und Polymeren, die viskose Flüssigkeiten sind
oder im Zuge der Bearbeitung solche werden.
Eine wichtige Abkehr vom Extruder des Schraubentyps zur Bearbeitung
von Kunststoffen und Polymeren ist die Rotor-Bear bei tungsma schine.
Eine solche Maschine weist einen oder mehrere ringförmige Kanäle auf, die unter dichter Anlage an einem ringförmigen
Gehäuse, das zusammen mit den Kanälen einen geschlossenen Durchlaß bildet, eine Drehbewegung ausführen. In den Kanälen
ist eine Kanalsperre angeordnet, die das Material dort anhält, so daß es bei der Drehbewegung des ringförmigen Kanals
eine Relativbewegung zur Kanaloberfläche ausführt, mit der Folge, daß die Wände des Kanals auf das im Kanal befindliche
Material einwirken und es bearbeiten, und zwar in Form eines Verflüssigens, eines Plastischmachens, eines Förderns, eines
Pumpens oder in Form des Pressens von viskosen Flüssigkeiten, Mischens derselben usw. Bei bekannten Bearbeitungsmaschinen
des Rotortyps tritt das bearbeitete Material, das aus dem Auslaß eines solchen Kanals ausgegeben wird, in eine Leitung
ein, die es um die Außenseite des Gehäuses herum und dann wieder in den Einlaß des nachfolgenden Bearbeitungskanals
führt.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Reibungskräfte und die
Wärmeverluste, die bei Verwendung einer solchen Rohrleitung
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Zustandekommen, unerwünscht hoch sind, daß es schwierig ist, die Rohrleitung von abgetragenem Material freizuhalten, und
daß die Komplexität der gesamten Rohrleitungsanordnung die Maschine teuer macht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Maschine zur Bearbeitung von Kunststoffen und Polymeren anzugeben, die einfacher
ist, und bei der wenigstens ein verbesserter Übergabedurchlaß zur Übergabe des Materials von einem ringförmigen
Bearbeitungsdurchlaß zu einem nachfolgenden solchen Durchlaß vorhanden ist. Darüber hinaus soll die Maschine so geartet
sein, daß die Lagerbelastung verringert wird. Insgesamt soll die Maschine einfacher und billiger als bekannte
Maschinen sein.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße
mehrstufige Bearbeitungsmaschine des Rotortyps einen Rotor mit Bearbeitungskanälen auf, der zwischen
diesen Bearbeitungskanälen liegende zylindrische Teile hat, die in gleitender Berührung mit dem Rotorgehäuse stehen ,
so daß in das Gehäuse geformte Kanäle, die zwischen ringförmigen Bearbeitungsdurchlässen verlaufen, durch die zylindrischen
Flächen des Rotors zu Übergabedurchlässen zwischen den ringförmigen Bearbeitungsdurchlässen vervollständigt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Übergabedurchlässe
durch lösbare Flußführungseinheiten gebildet, die vom Maschinengehäuse gehalten werden und Oberflächenteile
aufweisen, die Bestandteil der Oberfläche des ringförmigen Gehäuses sind. Die Übergabekanäle werden in diesem
Fall durch die Oberflächenteile der Flußführungseinheiten gebildet. Die Flußführungseinheiten können auch die Kanalendsperren
tragen, die in die Bearbeitungskanäle des Rotors hineinragen. Bei einer anderen Ausführungsform sind die
Übergabedurchlässe und die Endsperren in Umfangsrichtung und/oder axial gegeneinander versetzt angeordnet, so daß
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der Lagerdruck verringert wird, indem in den Bearbeitungskanälen einander entgegengerichtete radiale Kräfte erzeugt
werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Bearbeitungsmaschine des Rotortyps, wobei einzelne Teile geschnitten oder weggebrochen dargestellt sind,
und wobei eine der Flußführungseinheiten in Explosionsdarstellung gezeigt ist.
Fig. 2 eine mehr ins Einzelne gehene Schnittdarstellung der
Fig. 2 eine mehr ins Einzelne gehene Schnittdarstellung der
Maschine gemäß Fig. 1.
Fig. 3 ein Materialflußdiagramm, das die Wege des Materials
Fig. 3 ein Materialflußdiagramm, das die Wege des Materials
in einer Flußführungseinheit veranschaulicht. Fig. 4 einen vereinfachten schematischen Schnitt entsprechend
der Linie 4-4 in Fig. 2, aus dem die Bewegungsbahn des Materials durch einen Bearbeitungsdurchlaß
zu ersehen ist.
Fig. 5 einen vereinfachten schematischen Querschnitt entsprechend der Linie 5-5 in Fig. 2, aus dem die Bewegung
sbahn des Materials durch einen nachfolgenden Durchlaß zu ersehen ist.
Fig. 6 einen vereinfachten schematischen Querschnitt entsprechend der Linie 6-6 in Fig. 2, aus dem die Bewegungsbahn
des Materials durch einen weiteren Durchlaß und dessen Ausgabe aus der Maschine zu ersehen
ist.
Fig. 7 einen schematischen Teilquerschnitt entsprechend der
Linie 7-7 in Fig. 3, der den inneren Zirkulationsfluß des Materials zeigt, wenn dieses sich von einem Bearbeitungsdurchlaß
der erfindungsgemäßen Maschine durch den Übergabekanal in einen weiteren Bearbeitungsdurchlaß bewegt.
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Die mehrstufige erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine weist
eine neuartige Struktur der Übergabedurchlässe auf, durch die ein geringer Druckabfall und kleine Wärmeverluste beim
Durchgang des Materials von einem Bearbeitungskanal des Rotors zu einem nachfolgenden Bearbeitungskanal in einer
weiteren Bearbeitungsstufe der Maschine gewährleistet ist. Wie weiter unten noch eingehender erläutert werden wird,
umfaßt ein Übergabedurchlaß zwischen einem Bearbeitungs-
ep
kanal und einem nachfolgenden Bearbeitungskanal ein "Übergabekanal
in einem ringförmigen Oberflächenteil des Gehäuses, dessen offene Kanalseite der bewegten Oberfläche des Rotors
gegenübersteht und durch diese abgedichtet wird, Durch diese Anordnung ist der kürzeste Weg von einem Bearbeitungskanal
zum nachfolgenden Bearbeitungskanal gewährleistet und bei einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich
der besondere Vorteil, daß die Mitnahmewirkung der sich bewegenden Oberfläche den Materialfluß unterstützt und eine
Zirkulationsbewegung des Materials in dem Übergabedurchlaß bewirkt, so daß dieser selbstreinigend ist.
Die Übergabekanäle können in unterschiedlicher gegenseitiger Lage angeordnet sein, um die Bewegung des zu bearbeitenden
Materials wie in den Figuren gezeigt, bestimmten Bearbeitungskanälen zuzuleiten und entsprechend zu steuern. Bei einigen
dieser gegenseitigen Lagen ist ein Übergabekanal oder sind Übergabekanäle in Bezug auf die anderen Kanäle so angeordnet,
daß die Radialkräfte, die in anderen Bearbeitungskanälen erzeugt werden, durch die Radialkräfte kompensiert werden,
die in wiederum anderen Bearbeitungskanälen entstehen, oder so, daß ein ganz bestimmtes Zusammenwirken zwischen den
einzelnen Bearbeitungskanälen zustandekommt· Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Auswahl solcher gegenseitiger
räumlicher Lagen zwischen den Übergabekanälen beschränkt.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, gehört zu einer mehrstufigen Bearbeitungsmaschine 10 ein Rotor 12, der innerhalb eines
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Gehäuses 14 drehbar gelagert ist, und zwar auf einer Antriebswelle
16, deren Lagerpunkte sich in den Stirnwänden 18 des Gehäuses 14 befinden. Der Rotor 12 hat zylindrische Oberflächenteile
20, die abdichtend der ringförmigen Innenfläche 22 des Gehäuses 14 entlanggleiten und ist mit einer Mehrzahl
von koaxialen ringförmigen Bearbeitungskanälen 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 und 44 versehen, die jeweils einander
gegenüberliegende Seitenwände 46 haben, die von den zylindrischen Oberflächenteilen 20 des Rotors 12 aus nach
innen verlaufen. Dementsprechend stehen der zylindrische Oberflächenteil 20 des Rotors 12 und die ringförmigen Innenflächen
22 des Gehäuses miteinander in Wirkverbindung, indem sie mit den vorerwähnten Kanälen 24, 26, 28, ... 44 eine
Mehrzahl geschlossener ringförmiger Bearbeitungsdurchlässe 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68 bilden.
Bei der erfindungsgemäßen Maschine sind außerdem Kanalsperren
70 vorgesehen, deren Form komplementär zu derjenigen der Bearbeitungskanäle ist und die in diese exakt eingepaßt sind,
um Kunststoff oder polymeres Material daran zu hindern, sich in Bezug auf die Wände 46 der Kanäle zu bewegen und viskoses
flüssiges Material, das durch die Wände 46 weiterbewegt wird, gegen eine Ausgabe, wie sie bei dem bearbeiteten Material erfolgt,
abzusperren.
Es ist wenigstens eine durch das Gehäuse 14 hindurchgehende Einlaßöffnung 72 vorgesehen, durch die das zu bearbeitende
Material wenigstens einem Bearbeitungsdurchlaß zugeführt wird.
Bei der dargestellten Bearbeitungsmaschine sind die Übergabekanäle
in ihrer Relation zum Rotor 12, zu den Bearbeitungskanälen 24, 26 usw. und zu den Kanalsperren 70 axiaL^symmetrisch
angeordnet. Das bedeutet, daß der Bearbeitungskanal 24 am linken Ende des Rotors dieselbe Größe und Geometrie
wie der Kanal 44 am rechten Rotorende hat, und daß gleiches für die übrigen innerhalb dem rechten und linken Ende liegen-
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den Bearbeitungskanäle gilt. Die Bearbeitungsmaschine kann in drei Abschnitte unterteilt aufgefaßt werden, einen ersten
oder Eingabeabschnitt 74 an jedem Ende des Rotors und einen zweiten oder Bearbeitungsabschnitt 76, der zwischen den
beiden ersten Abschnitten liegt und von diesen Material zur weiteren Bearbeitung aufnimmt.
Es werden zunächst die ersten Abschnitte 74 der dargestellten Ausführungsform betrachtet. Jeder dieser Abschnitte besteht
aus drei ringförmigen Bearbeitungsdurchlässen 48, 50 und 52 am einen Ende und 64, 66 und 68 am anderen Ende und Kanalsperren
70, die jeweils einem dieser Durchlässe zugeordnet sind. In entsprechender räumlicher Zuordnung zu den ersten
Abschnitten 74 sind Einfüllstutzen 78 vorgesehen, durch die der Bearbeitungsmaschine Material zugeführt und dann durch
die Einlaßöffnungen 72 an alle drei Bearbeitungsdurchlässe der beiden ersten Abschnitte gegeben wird. Bei dieser Anordnung
arbeiten die Bearbeitungsdurchlässe 48, 50 und 52 des einen ersten Abschnittes und die Bearbeitungsdurchlässe 64,
66 und 68 des anderen ersten Abschnittes parallel, so daß das in jeder Dreiergruppe von Bearbeitungsdurchlässen bearbeitete
schmelzflüssige Material sich an den diesen Durchlässen zugeordneten Sperren sammelt. In den ringförmigen Oberflächenteilen
des Gehäuses verlaufen in der Nachbarschaft der Endsperren 70 parallel zur Rotorachse Übergabekanäle, deren
offene Seiten so liegen, daß sie das bearbeitete Material von allen dreien der Bearbeitungsdurchlässe in jedem der ersten
Abschnitte aufnehmen und es über die zylindrischen Teile 20 des Rotors 12 in den ersten Abschnitten 74 hinwegleiten
können, um es in die äußersten Bearbeitungsdurchlässe 54 und 62 des zweiten Abschnittes 76 zu übergeben. Die
Bearbeitungsdurchlässe 48, 50 und 52 oder 64, 66 und 68 entwickeln an den Kanalsperren 70 in den innenliegenden Durchlässen
einen etwas geringeren Druck als in den außenliegenden Durchlässen, so daß ein Materialfluß von den äußeren
Durchlässen 48 oder 68 über den oder die inneren Kanäle 26
und 28 oder 42 und 40 zustandekommt. Bei der Bewegung des
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Materials in den Übergabekanälen 80 über die zylindrischen Oberflächenteile 20 des Rotors 12 hinweg wirkt die Mitnahmebewegung
der zylindrischen Flächen 20 auf das Material in den Kanälen in Querrichtung zur allgemeinen Materialflußrichtung,
so daß ein zirkulierender Fluß und eine Selbstreinigungswirkung im Kanal 80 zustandekommt und das Entstehen
abgedeckter Bereiche im Materialfluß, das die Materialausgabe verzögern und zu Verlusten führen würde, weitgehend
vermieden iwrd.
Wie die Figur zeigt, sind die Kanalsperren 70 des zweiten Abschnittes 76 in Umfangsrichtung gegenüber den Kanalsperren
70 des ersten Abschnittes 74 um 180° versetzt, so daß das von den ersten Abschnitten aus in die äußersten Durchlässe
54 und 62 des zweiten Abschnittes 76 durch die Übergabekanäle 80 der ersten Abschnitts eintretende Material lediglich
eine halbe Umdrehung mitmacht, bevor es an die Kanalsperren 70 dieser äußersten Bearbeitungsdurchlässe 54 und
62 gelangt.
Im zweiten bzw. Behandlungsabschnitt 76 der erfindungsgemäßen
Maschine sind Übergabedurchlässe für den Fluß des bearbeiteten Materials von einem Kanal zu einem darauffolgenden Kanal
in Form von Übergabekanälen 90, 92, 94 und 96 vorhanden, die in der ringförmigen Oberfläche 22 gebildet sind und sich von
einer von den Kanalsperren 70 der Bearbeitungsdurchlässe 54, 56, 60 und 62 stromaufwärts gelegenen Stelle bis zu einer
stromabwärts von diesen Kanalsperren 7 0 gelegenen Stelle in nachfolgende Bearbeitungsdurchlässe 56, 58, 58 und 60 erstrecken,
wobei die offenen Seiten der Übergabekanäle 90, 92, 94 und 96 zu den zylindrischen Oberflächenteilen 2 0 des
Rotors 12 hin zeigen und der Länge nach durch sie abgedichtet werden. Es können natürlich auch Teile der Kanalsperren 70
in den Kanälen weggenommen oder abgerundet sein, so daß der Materialfluß durch die Kanäle ungehinderter vor sich gehen
kann.
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Der Materialfluß in den Bearbeitungsdurchlässen und in den Querdurchlässen kann bei Betrachtung des Materialflußdiagramms
gemäß Fig. 3, bei der es sich um eine idealisierte und vereinfachte Darstellung handelt, in der Pfeile die
Flußrichtung in den Durchlässen in Bezug auf die Endsperren im unteren Kanalabschnitt gemäß Fig. 1 zeigen, zusammen mit
den vereinfachten Querschnitten an aufeinanderfolgenden Stellen gemäß den Figuren 4, 5 und 6 besser verstanden werden.
Wie man aus den Figuren 1, 2 und 4 ersieht, wird flüssiges Material aus dem ersten Abschnitt 74 am einen Ende der Bearbeitungsmaschine
durch einen Übergabekanal 80 zugeführt und tritt dann in den Bearbeitungskanal 30 des Rotors ein. Das
Material sammelt sich an der Kanalsperre 7 0 und tritt dann, wie in den Figuren 3 und 4 durch Pfeile angedeutet, in den
Übergabedurchlaß ein, der durch die zylindrische Fläche 20 des Rotors 12 und durch den Übergabekanal 90 im Gehäuse gebildet
wird. Von diesem Übergabedurchlaß aus wird das Material weitergefördert und in dem Bearbeitungskanal 32 (siehe
Figuren 3 und 5) bearbeitet, wo es sich an der Kanalsperre dieses Kanals sammelt. Von diesem Kanal 32 aus fließt das
Material in einen Übergabedurchlaß, der durch die zylindrische Fläche 20 des Rotors 12 und den Kanal 92 im Gehäuse begrenzt
wird, um zur Bearbeitung in den Kanal 34 zu gelangen, wie in den Figuren 3, 5 und 6 angedeutet ist. Material, das in den
Bearbeitungskanal 34 eintritt, wird durch diesen Kanal weitergefördert und dort bearbeitet und schließlich als größere
Materialmenge an der Kanalsperre 70 gesammelt, um durch die Ausgabeöffnung 100 ausgegeben zu werden.
Die Kanalsperren 70 des zweiten Abschnittes 76 sind längs
einer Linie angeordnet, die der Achse des Rotors 12 parallel
kanäle
läuft und die Übergabe/90, 92, 94 und 96 verlaufen spiralförmig
von den stromaufwärts liegenden Seiten der Kanalsperren 70 in den Bearbeitungskanälen 30, 32, 36 und 38 aus zu
den stromabwärts gelegenen Seiten der Kanalsperren 70 der nachfolgenden Bearbeitungskanäle 32, 34, 34 und 36. Bei dieser
Anordnung unterstützt, wie in Fig. 7 schematisch gezeigt,
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die Mitnahmewirkung der sich bewegenden zylindrischen Fläche 2 0 des Rotors auf das Material im Übergabedurchlaß die Bewegung
des Materials hierdurch und bewirkt außerdem einen zirkulierenden Materialfluß, der auch eine quer zur Hauptbewegungsrichtung
im Durchlaß gerichtete Komponente aufweist, wodurch eine Selbstreinigungswirkung zustandekommt und das
Entstehen abgedeckter Stellen beim Materialfluß durch den Übergabedurchlaß vermieden ist.
Es ist natürlich auch möglich, die Kanalsperren 70 der mehrstufigen
Bearbeitungsmaschine derart versetzt oder spiralig anzuordnen, daß die Übergabekanäle und -durchlässe parallel
zur Rotorachse verlaufen. Diese Anordnung gewährleistet eine Selbstreinigung, unterstützt jedoch nicht die Materialbewegung
durch die Übergabekanäle.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
mehrstufigen Bearbeitungsmaschine besteht das Gehäuse 14 aus einem Hauptteil 102 und einer oder mehreren abnehmbaren Flußführungseinheiten
104, 106 und 108, in die die Übergabekanäle geformt sind und an denen die Kanalsperren 70 befestigt
sind. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist die Flußführungseinheit 106 in einem Schlitz bzw. einer öffnung 110 im Hauptteil
102 des Gehäuses befestigt,und zwar so, daß ihre Innenflächen
112 einen Teil der ringförmigen Innenfläche 22 des Gehäuses 14 bilden, um abdichtend an den zylindrischen Teilen
20 des Rotors 12 anzuliegen. Die Kanalsperren 70 der Bearbeitungskanäle werden bei dieser Flußführungseinheit 106
in Stellungen gehalten, in denen sie mit den Bearbeitungskanälen 30, 32, 34, 36 und 38 des Rotors zusammenwirken,
indem sie das Material in diesen Kanälen absperren, so daß es bearbeitet und schließlich ausgegeben werden kann. Die
Übergabekanäle 90, 92, 94 und 96 sind in die Innenfläche 112 der Flußführungseinheit eingeformt und führen von der stromaufwärts
liegenden Seite der Kanalsperren 70 der Bearbeitungskanäle 30, 32, 36 und 38 zu der stromabwärts liegenden
Seite der Kanalsperren 70 der nachfolgenden Bearbeitungs-
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kanäle 32, 34, 34 und 36. Die zylindrischen Teile 20 des Rotors 12 dichten die offenen Seiten dieser Übergabekanäle
90, 92, 94 und 96 ab, so daß geschlossene Übergabedurchlässe entstehen.
Die zuletzt beschriebene Struktur ist nicht nur billiger herzustellen, da das Erzeugen der übergaberillen bzw. Übergabekanäle
in den lösbaren Flußführungseinheiten einfacher ist als im Inneren eines Gehäuses, sondern sie erlaubt auch
die Verwendung alternativer Flußführungseinheiten mit anderen Anordnungen der Übergabekanäle und Gehäuse mit Rotoren,
die Bearbeitungskanäle anderer Größen und Anordnungen aufweisen.
Bei der Bearbeitungsmaschine gemäß den Figuren 1 und 2 liegt ein besonderer Vorteil der Anordnung der Kanalsperren und
der Übergabekanäle auf den gegenüberliegenden Seiten des Rotors 12 darin, daß der Lagerdruck und die Auslenkung der
Welle verringert wird. Genauer gesagt bedeutet dies folgendes: Wenn man einen Bearbeitungsdurchlaß betrachtet, erkennt
man, daß die Mitnahmewirkung der Kanalwende auf das Material in Richtung zu den Kanalendsperren hin einen Druck erzeugt,
der in Richtung zu diesen Endsperren hin progressiv anwächst. Der sich hieraus ergebende nicht ausgeglichene Radialdruck
neigt dazu, den Rotor durchzubiegen und behindert eine wirksame abdichtende Anlage der zylindrischen Teile des Rotors
an der inneren ringförmigen Fläche des Gehäuses.
Wenn die Kanalendsperren und die Übergabekanäle sich auf einer Seite befinden, weil nur eine einzige Flußführungseinheit vorhanden
ist, konzentriert sich der unausgeglichene Radialdruck aller Kanäle im selben Winkelbereich. Hierdurch kommt es zu
einer Vergrößerung der Durchbiegung der Welle. Um jedoch eine leckfreie Abdichtung sowie ein Optimum an Wirkungsgrad und
ein Minimum an Lagerbelastung erzielen zu können, sollte die Ausbiegung der Welle so gering wie möglich gehalten werden.
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Dies kann dadurch erreidht werden, daß die Kanalendsperren und die Übergabekanäle so angeordnet sind, daß ausgeglichene,
einander entgegenwirkende Kräfte entstehen. Es werden daher dann, wenn zwei oder mehr Flußführungseinheiten zur Anwendung
kommen, diese in einem bestimmten Winkelabstand zueinander
angeordnet, so daß die unausgeglichenen Radialdrücke, die in einem Bearbeitungsdurchlaß oder in einer Gruppe von Bearbeitungsdurchlässen
entstehen, entsprechende unausgeglichene Radialdrücke in anderen Bearbeitungsdurchlässen oder Gruppen
derselben kompensieren. Wenn zwei Flußführungseinheiten zur Anwendung kommen, sind sie zweckmäßigerweise um 180° gegeneinander
versetzt.
Bei der mehrstufigen Bearbeitungsmaschine, wie sie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, sind in den ersten Bearbeitungsabschnitten auf jeder Seite jeweils drei Schmelzdurchlässe
vorgesehen, über die eine Materialschmelze in weitere Bearbeitungsdurchlässe
des mittleren Bearbeitungsabschnittes und schließlich an die Ausgabeöffnung geleitet werden. Selbstverständlich
kann die Anzahl und die Anordnung der Durchlässe auch eine andere sein. Die weiteren Bearbeitungsdurchlässe
in dem mittleren Bearbeitungsabschnitt können zum Verfestigen, Mischen, Homogenisieren usw. Verwendung finden.
Bei einer bevorzugten Maschine mit einem Zylinderdurchmesser von 350 mm und einer Gesamtlänge der Welle 43 von 1092 mm
erreicht unter optimalen Arbeitsbedingungen, wenn alle Kanalendsperren dieselbe Winkelstellung haben, die Lagerbelastung
11340 kg und die maximale Wellendurchbiegung liegt bei 1,25 bis 1,50 mm. Der sich hieraus ergebende maximale Spalt
zwischen dem Rotor und dem Gehäuse beträgt dann 2,5 bis 3,0 mm.
Bei einer Ausführungsform, bei der drei Flußführungseinheiten
in der dargestellten Anordnung verwendet sind, kann die Wellendurchbiegung auf 0,125 bis 0,25 mm und die Lagerbelastung
auf 11340 bis 2268 kg verringert werden. In diesem
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besonderen Fall sind die Kanalsperren von Bearbeitungskanälen der sechs Schmelzstufen in den Flußführungseinheiten
an den beiden Enden angeordnet und die übrigen Kanalsperren (konzentriert im mittleren Bereich) befinden sich in der
anderen Flußführungseinheit, die gegenüber der erstgenannten um 180° versetzt ist. Der Übergang von Bearbeitungsdurchlässen,
deren Kanalsperren sich auf der einen Seite befinden, zu Bearbeitungsdurchlässen, deren Kanal sperren demgegenüber
um 180° versetzt sind, wird zweckmäßigerweise zwischen den Schmelzdurchlässen und den Mischdurchlässen herbeigeführt.
Obwohl lediglich die Hälfte der Mischdurchlässe wirksam ist, führt dies zu keinem Nachteil, da a) die Mischdurchlässe
lediglich bei halber Füllung arbeiten sollen und b) eine teilweise Rückführung aufgrund eines definierten Abstandes
zwischen den Wänden der Mischdurchlässe und der Mischkanalsperren zugelassen werden kann, um ein Rückmischen zu bewirken,
(durch das Konzentrate und Ungleichförmigkeiten des Materials beseitigt werden). Darüber hinaus kann die ungenutzte Hälfte
der Mischkammer unter Vakuum gesetzt werden, um einen Übergang von der flüchtigen in die feste Phase zu ermöglichen.
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Claims (20)
1.| Maschine zur Bearbeitung von Kunststoffen und Polymeren, die viskose Flüssigkeiten sind oder im Zuge der Bearbeitung
solche werden,
a) mit einem Rotor, der zumindest teilweise eine zylindrische Oberfläche und eine Vielzahl von koaxialen
ringförmigen Kanälen aufweist, deren einander gegenüberliegende Seitenwände von der zylindrischen Oberfläche
aus nach innen verlaufen,
b) mit einer ringförmigen Fläche, die koaxial zum Rotor verläuft und mit dessen zylindrischer Fläche derart
zusammenwirkt, daß aus den Kanälen geschlossene ringförmige Durchlässe entstehen,
c) mit Einlaßöffnungen für die Zufuhr von polymerem Material oder Kunststoffmaterial an die ringförmigen
Durchlässe,
d) mit Mitteln zum Erzeugen einer Relativdrehbewegung zwischen dem Rotor und der erwähnten ringförmigen
Fläche um deren gemeinsame Achse, durch die die Seitenwände und die zylindrische Fläche relativ zueinander
bewegt werden,
e) mit einer Auslaßöffnung bei jedem der ringförmigen
Durchlässe, die dem Umfang entlang in Richtung der Relativdrehbewegung zwischen Rotor und ringförmiger
Fläche von der Einlaßöffnung des betreffenden Durchlasses beabstandet ist,
f) sowie mit jeweils einem Sperrelement in den ringförmigen Durchlässen, das dort in Drehrichtung des Rotors
zwischen der jeweiligen Auslaß- und Einlaßöffnung angeordnet ist und in dem ringförmigen Kanal, der
Bestandteil jedes Durchlasses ist, eine Materialportion festhält, so daß es zu einer Relativbewegung
zwischen den Seitenwänden des jeweiligen ringförmigen Kanals und dieser Materialportion in den Durchlässen
030011/067«
kommt, aufgrund deren die Seitenwände das mit ihnen in Berührung befindliche Material zur Weiterbearbeitung
und zur Ausgabe hin mitnehmen,
dadurch gekennzeichnet, daß sich in der ringförmigen Oberfläche (22) ein Übergabekanal
(90) befindet, der von einem ersten ringförmigen Durchlaß (54) zu einem zweiten solchen Durchlaß (56) verläuft,
wobei die offene Seite des Übergabekanals (90) dem Rotor (12) gegenüberliegt, wobei ferner der Übergabekanal
in Längsrichtung sich teilweise über die ringförmigen Kanäle (30, 32), die Teile der beiden ringförmigen Durchlässe
(54, 56) sind, erstreckt und miteinander verbindet und damit als Auslaß zur Aufnahme von Material aus dem
ersten ringförmigen Durchlaß (54) dient, und wobei der Übergabekanal in Längsrichtung zwischen den ringförmigen
Durchlässen (54, 56) teilweise durch die zylindrische Fläche (20) abgedichtet ist, so daß ein geschlossener
Übergabedurchlaß (90, 20) entsteht, injdem der zylindrische Teil (20) relativ zum Übergabekanal (90) bewegbar
ist und dabei auf das Material im Übergabedurchlaß (90,20) einwirkt.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Übergabekanal (90) sich wenigstens über einen weiteren ringförmigen Kanalteil (34) eines ringförmigen Durchlasses
(58), der hinter dem zweiten ringförmigen Kanal (32) liegt, erstreckt und mit diesem eine Verbindung herstellt,
und damit als Auslaß zur Aufnahme von Material aus diesem zweiten ringförmigen Durchlaß oder als Einlaß
zur Abgabe von Material an diesen zweiten (56) und weitere ringförmige Durchlässe (58) dient.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergabekanal (90) so bezüglich dem Bearbeitungskanal
(30) eines ersten ringförmigen Durchlasses (54) angeordnet ist, daß er aufgenommenes Material für die
Bewegung durch den erwähnten Übergabedurchlaß (90,20)
030011/067«
ORiGlNAL INSPECTED
hindurch aufnimmt und in bezug auf den Verarbeitungskanal (32) eines weiteren ringförmigen Durchlasses (56)
so angeordnet ist, daß er aus diesem Übergabedurchlaß (90, 20) kommendes Material in den anderen ringförmigen
Durchlaß (56) weitergibt.
4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergabekanal (90) so angeordnet ist, daß er Material
aus wenigstens dem ersten und zweiten ringförmigen Durchlaß (54, 56) aufnimmt und Material in wenigstens
einen der weiteren ringförmigen Durchlässe (58) ausgibt.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß
eine gemeinsame Zuführung (80) für Polymere und Kunststoff vorgesehen ist, durch die das Material dem ersten
und zweiten Durchlaß (54, 56) zugeführt wird, und daß der Übergabekanal (90) parallel zur Rotorachse verlaufend
sich bis zu wenigstens einem weiteren ringförmigen Durchlaß (58), der hinter dem zweiten ringförmigen Durchlaß
(56) liegt, erstreckt, um Material von wenigstens dem ersten und zweiten ringförmigen Durchlaß (54, 56)
aufzunehmen und Material in wenigstens diesen zusätzlichen ringförmigen Durchlaß (58) abzugeben.
6. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergabekanal (90) spiralförmig in Drehrichtung des
Rotors (12) von einer über dem ringförmigen Kanalteil (30) eines der ringförmigen Durchlässe (54) liegenden
Stelle aus, in der er mit dem Kanal verbindet und Material aus diesem Durchlaß (54) aufnimmt, zu einer Stelle
verläuft, die über einem ringförmigen Kanalteil (32)
liegt des anderen ringförmigen Durchlasses (56K, wobei eine
Verbindung mit diesem Kanalteil hergestellt wird.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den erwähnten ringförmigen Durchlässen (54, 56)
vorgesehenen Sperren (70) längs einer Linie angeordnet
030011/0679
sind, die parallel zur Rotorachse verläuft.
8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Übergabekanälen (90, 96) aufweist,
und daß die Sperrelemente (70) und die Übergabekanäle (90-96) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet um
die ringförmige Fläche (22) herum angeordnet sind, so daß in wenigstens einem der ringförmigen Durchlässe
(54-62) durch unsymmetrischen Druckaufbau in diesem Durchlaß Radialkräfte entstehen, die der Radialkraft
entgegenwirken, die in wenigstens einem anderen ringförmigen Durchlaß (54-62) aufgrund des dort stattfindenden
unsymmetrischen Druckaufbaus zustandekommt.
9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrelemente (70) und die Übergabekanäle (90-96)
so angeordnet sind, daß im wesentlichen einander ausgleichende entgegengerichtete Radialkräfte entstehen,
und damit die Druckbelastung der Lager des Rotors (12) zu einem Minimum gemacht wird.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die ringförmigen Durchlässe (54-62), die Sperrelemente (70) und die Übergabekanäle (90-96) in axialer Richtung
so angeordnet sind, daß in wenigstens einem der ringförmigen Durchlässe (54-62) Radialkräfte entstehen, die
den Radialkräften entgegengerichtet sind, die in wenigstens
einem anderen der ringförmigen Durchlässe (54-62) entstehen, so daß ein axiales Gleichgewicht der Radialkräfte
entsteht.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die ringförmigen Durchlässe (54-62), die Sperrelemente (70) und die Übergabekanäle (90-96) in axialer Richtung
symmetrisch angeordnet sind.
03001 1/067»
12. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Bearbeitungsabschnitt (76) aufweist, zu dem
folgende Bestandteile gehören:
Axial äußere ringförmige Bearbeitungsdurchlässe (54, 56) an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes (76), Einlaßöffnungen
für das Material an den erwähnten äußeren ringförmigen Bearbeitungsdurchlässen (54, 62) und
Übergabekanäle (90, 96), die sich über die Bestandteile der erwähnten äußeren ringförmigen Durchlässe (54, 62)
bildenden ringförmigen Kanäle (30, 38) erstrecken und diese miteinander verbinden, um als Auslässe für in den
äußeren ringförmigen Durchlässen (54, 62) bearbeitetes Material zu dienen, wobei diese Übergabekanäle (90, 96)
sich auch über Kanäle (32, 36) als Bestandteil von ringförmigen Bearbeitungsdurchlässen (56, 60) erstrecken
und diese verbinden, die innerhalb und in Nachbarschaft
der erwähnten äußeren ringförmigen Durchlässe (54, 56) liegen, um als Einlasse für diese benachbarten ringförmigen
Bearbeitungsdurchlässe (56, 60) zu dienen und wobei die Übergabekanäle (90, 96) in Drehrichtung des
Rotors (12) spiralförmig von den erwähnten Auslässen zu den erwähnten Einlassen hin ausgerichtet sind.
13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsabschnitt (76) in axialer Richtung im
Mittelbereich des Rotors (12) angeordnet ist, und daß an gegenüberliegenden Enden des mittigen Bearbeitungsabschnittes (76) erste Bearbeitungsabschnitte (74, 74)
angeordnet sind, in denen Material bearbeitet und dann an die Einlasse der erwähnten äußeren ringförmigen
Bearbeitungsdurchlässe (54, 62) des mittigen Bearbeitungsabschnittes (76) gegeben wird, und daß jeder der ersten
Bearbeitungsabschnitte (74, 74) folgende Bestandteile aufweist:
1) eine Mehrzahl von ringförmigen Bearbeitungsabschnitten (48, 50, 52; 6 4, 66, 68),
030011 /0679
2) eine gemeinsame Zuführung (78, 78) für Polymere oder Kunststoffmaterial, die so angebracht ist, daß
dieses Material in die Einlasse (72, 72) der ringförmigen Bearbeitungsdurchlässe (48, 50, 52; 64, 66,
68) jedes ersten Abschnittes (74) gelangt, sowie
3) einen Übergabekanal (80), der im wesentlichen parallel zur Rotorachse verläuft und von den Auslässen der
ringförmigen Bearbeitungsdurchlässe (48, 50, 52; 64, 66, 68) der ersten Abschnitte (74, 74) aufnimmt, um
es an den mittigen Bearbeitungsabschnitt (76) weiterzufördern und dort an die Einlasse der äußeren ringförmigen
Bearbeitungsdurchlässe (54; 62) des mittigen Bearbeitungsabschnittes (76) zu geben, der dem jeweiligen
ersten Abschnitt (74, 74) benachbart ist.
14. Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergabekanal (80) und die Sperrelemente (7 0) in
den erwähnten ersten Bearbeitungsabschnitten (74, 74) den Sperrelementen (70) und Übergabekanälen (90-96) in
dem erwähnten mittigen Bearbeitungsabschnitt (76) gegenüberliegend angeordnet sind, so daß in den ringförmigen
Durchlässen (48, 50, 52; 64, 66, 68) der ersten Abschnitte (74, 74) aufgrund des dort stattfindenden unsymmetrischen
Druckaufbaus Radialkräfte entstehen, die den Radialkräften entgegengerichtet sind, die in den
ringförmigen Bearbeitungsdurchlässen (54-62) des mittigen Abschnittes (76) entstehen.
15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die ringförmigen Durchlässe (48, 50, 52; 64, 66, 68), die Sperrelemente (70) und die Übergabekanäle (80)
axial symmetrisch angeordnet sind.
16. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte ringförmige Fläche (22) Bestandteil des
Maschinenkörpers (14) ist, und daß eine Fluführungseinheit (106) vorgesehen ist, die in diesem Maschinen-
030011/067Ö
körper (14) gehalten wird und mit einem Oberflächenteil
(112) versehen ist, der ebenfalls einen Teil der ringförmigen
Fläche (22) bildet, wobei der Übergabekanal (90) sich in dem erwähnten Flächenteil (112) der Flußführungseinheit
(106) bäfindet.
17. Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sperrelemente (70) durch die Flußführungseinheit (106) gehalten werden.
18. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Fläche (22) Bestandteil eines Maschinenkörpers
(14) ist, und daß eine Mehrzahl von Flußführungseinheiten (106) von diesem Maschinenkörper (14) gehalten
werden, von denen jede Oberflächenteile (112) aufweist, die Bestandteil der ringförmigen Fläche (22) sind, daß
die Übergabekanäle (90-96) sich in den erwähnten Oberflächenteilen
(112) befinden, und daß die Sperrelemente (70) durch die Flußführungseinheiten (106) gehalten sind,
wobei diese Flußführungseinheiten in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind, so daß die erwähnten einander
entgegengerichteten radialen Kräfte in den ringförmigen Durchlässen (54-62) entstehen.
19. Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Fläche (22) Bestandteil folgender
Elemente ist:
des Maschinenkörpers (14) einer Flußführungseinheit
(104, 108) für jeden ersten Bearbeitungsabschnitt (74,74) und einer Flußführungseinheit (106) des mittigen Abschnittes
(76) ,
daß jede Flußführungseinheit (104, 106; 108) im Maschinenkörper
(14) gehalten ist und einen Oberflächenteil (112) aufweist, der Bestandteil der ringförmigen Fläche
(22) ist, daß die Flußführungseinheiten (104, 108) für
die ersten Abschnitte (74, 74) jeweils Übergabekanäle (80) aufweisen, die sich in ihren Oberflächenteilen (112)
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befinden und parallel zur Achsrichtung des Rotors (12) ausgerichtet verlaufen, um Material von den Auslässen
der ringförmigen Bearbeitungsdurchlässe (48, 50, 52; 64, 66, 68) der ersten Abschnitte (74,74) aufzunehmen
und an den mittigen Abschnitt (76) weiterzugeben, und um Material an die Einlasse der äußeren ringförmigen
Bearbeitungsdurchlässe (54, 62) des mittigen Bearbeitungsabschnittes (76), die dem jeweiligen ersten Abschnitt
(74, 74) benachbart sind, abzugeben, und daß die Flußführungseinheit (106) des mittigen Abschnittes (76) Übergabekanäle
(90-96) aufweist, die im wesentlichen spiralförmig in Richtung der Drehbewegung des Rotors (12) verlaufen,
um Material aufzunehmen, das von den äußeren ringförmigen Durchlässen (54, 62) des mittigen Abschnittes
(76) abgegeben worden ist, und um Material in die Einlasse
der inneren benachbarten ringförmigen Bearbeitungsdurchlässe (56, 60) abzugeben.
20. Maschine nach Anspruch 19, bei der die ersten Bearbeitungsabschnitte
an den beiden gegenüberliegenden Enden eines mittigen Bearbeitungsabschnittes angeordnet sind,
so daß sie das von ihnen bearbeitete Material an die Materialeinlässe der äußeren ringförmigen Bearbeitungsdurchlässe des mittigen Bearbeitungsabschnittes abgeben,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrelemente (70) und die Übergabedurchlässe (80, 80) der ersten Bearbeitungsabschnitte (74, 74) um 180° gegenüber den Sperrelementen
(70) und Übergabedurchlässen (90-96) des mittigen Bearbeitungsabschnittes (76) versetzt sind, so daß in den
erstgenannten Bearbeitungsdurchlässen Radialkräfte entstehen, die die Radialkräfte ausgleichen, die im mittigen
Bearbeitungsabschnitt (76) entstehen.
030011/0679
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