DE2933655A1

DE2933655A1 - Maschine zum bearbeiten von kunststoffen und polymeren

Info

Publication number: DE2933655A1
Application number: DE19792933655
Authority: DE
Inventors: Peter Hold; Zehev Tadmor
Original assignee: USM Corp
Current assignee: Farrel Corp
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-08-20
Publication date: 1980-03-13
Also published as: IT1122831B; IL57999A0; AR219183A1; FR2434017A1; ES483971A1; GB2031789B; JPS5528900A; GB2049543A; FR2434017B1; PT70083A; JPS5746728B2; BE878357A; YU204379A; DD145515A5; CA1144151A; US4227816A; AU537952B2; SE7906928L; MX150504A; BR7905422A

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE München, ?O.Auqu.-;t. ! V/9

DIPL. CHEM. DR. PETER FÜRNISS

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

PATENTANWÄLTE """ Ί O ~ O

Aktenzeichen: Unser Zeichen: ρ 29 33

Anmelder: ij_SM Corporation

Farmington, Connecticut Ο6Ο32
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

030011/0679 COPY

Kanzlei: Herrnetraße 15, München 22

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

030011/0679

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

Maschine gemäß Fig. 1.
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.

03001 1/0679

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

030011/0679 copy

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-

030011/0679

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

030011/0679

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.

030011/0679 ^C0PY

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,

03001 1/0679

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-

03001 1 /0679

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.

03001 1 /0679

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

030011/0679

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.

03001 1/067«

Claims

Patentansprüche

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)

030011/067«

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

copy ^f