DE3009233C2

DE3009233C2 - Mixing device

Info

Publication number: DE3009233C2
Application number: DE3009233A
Authority: DE
Inventors: Klaus 4040 Neuss Fisch; Heinz Prof. Dr.-Ing. 4050 Moenchengladbach Houben; Friedrich Josef Dipl.-Ing. 4040 Neuss Zucker
Original assignee: Supraton F.J. Zucker GmbH, 4040 Neuss
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE3009233A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung mit zwei koaxial angeordneten, relativ zueinander drehbaren Ringkörpern, von denen jeder mehrere mit radialen Durchbrechungen versehene koaxrr¹. und mit Abstand voneinander angeordnete Ripgwände aufweist, die in Ringlücken des anderen Ringkörper eingreifen, und mit einem zentral durch einen der Ringkörper hindurchführenden Einlaß sowie einem am Umfang der Ringkörper angeordneten Auslaß.The invention relates to a mixing device with two coaxially arranged annular bodies rotatable relative to one another, each of which has a plurality of coaxrrrrr ¹ provided with radial openings. and having ribbed walls arranged at a distance from one another, which engage in annular gaps in the other annular body, and with an inlet extending centrally through one of the annular bodies and an outlet arranged on the circumference of the annular body.

Derartige bekannte Mischvorrichtungen (DE-PS 9 02 708) werden insbesondere zur Herstellung von Mischungen, Dispersionen oder Emulsionen benutzt. Die zu mischenden Substanzen werden axial zwischen die Ringkörper eingeführt und durch Fliehkrafteinfluß nach außen getrieben. Dabei passieren sie die Durchbrechungen der Ringwände. In der Regel ist der eine Ringkörper als Stator und der andere als Rotor ausgebildet. Da die Durchbrechungen von Rotorringwand und Statorringwand sich relativ zueinander bewegen, ergeben sich ständig andere radiale Durchtrittskanäle für das Mischgut, das auf diese Weise seine Bewegungsrichtung ständig ändert und dabei eine intensive Durchmischung erfährt. Such known mixing devices (DE-PS 9 02 708) are used in particular for the production of mixtures, Dispersions or emulsions used. The substances to be mixed are axially between the Annular body introduced and driven outward by the influence of centrifugal force. In doing so, they pass the breakthroughs of the ring walls. As a rule, one ring body is designed as a stator and the other as a rotor. There the openings in the rotor ring wall and the stator ring wall move relative to one another, result constantly different radial passages for the mix, which in this way its direction of movement constantly changes and experiences an intensive mixing.

Diese bekannten Mischvorrichtungen laufen mit so hohen Drehzahlen, daß das relativ niedrigviskose Mischgut durch den Rotorringkörper nach Art einer Fliehkraftpumpe nach außen getrieben wird. Sie üben also außer ihrer Mischfunktion auch eine Förderfunktion aus.These known mixing devices run at such high speeds that the relatively low viscosity Mixture is driven outward through the rotor ring body in the manner of a centrifugal pump. they practice So in addition to their mixing function, they also have a conveying function.

Bei der aus der DE-PS 9 02 708 bekannten Vorrichtung handelt es sich um eine Maschine zur Herstellung von feinstzerteilten Mischungen, Dispersionen oder Emulsionen, in der das Gut zunächst vorzerkleinert und in einer weiteren Stufe am Rand eines im innenverzahnten MUhlengehäuse umlaufenden, ebenfalls verzahnten Rades feinstzerteilt wird. Das Arbeitsgut wird einem zum Rotor axial angeordneten Einfülltrichter zugeführt und gelangt in den Bereich zwischen Rotor und Stator, von denen jeder mehrere mit Durchbrechungen versehene koaxiale Ringwände aufweist Rotor und Stator sind relativ zueinander drehbar und das Arbeitsgut wird aufgrund von Zentrifugalkräften nach außen gefördert Die Ringwände mit ihren Ringlücken übernehmen hierbei die Aufgabe, das Arbeitsgut zu zerkleinern, indem das meist aus Teilchen bestehende Arbeitsgut zerrissen, zerhackt zerrieben oder zerstoßen wird. Der Arbeitsraum zwischen den beiden Ringkörpern, Stator und Rotor, verjüngt sich in Richtung nach außen. Dadurch wirdThe device known from DE-PS 9 02 708 is a machine for production of finely divided mixtures, dispersions or emulsions in which the material is first pre-shredded and in a further step on the edge of a mill housing that runs around and is also toothed Wheel is finely divided. The material to be worked is fed to a filling funnel which is arranged axially to the rotor and reaches the area between the rotor and stator, each of which has several openings has coaxial ring walls rotor and stator are rotatable relative to each other and the work piece is conveyed to the outside due to centrifugal forces. The ring walls with their ring gaps take over here the task of shredding the work material by tearing the work material, which mostly consists of particles, is chopped, grated or crushed. The working space between the two ring bodies, stator and rotor, tapers towards the outside. This will

ίο mit fortschreitender Förderung des Arbeitsgutes die maximal mögliche Teilchengröße ständig verkleinertίο with progressive promotion of the work goods maximum possible particle size constantly reduced

Bei einer weiterhin bekannten Vorrichtung (DD-PS 80 544) handelt es sich um einen Drehscheiben-Extruder zur Gelifizierung und Homogenisierung eines Arbeitsgutes, bei dem es sich um ein pulveriges oder körniges Material handelt Das Arbeitsgut wird einem Trichter, der am Umfang zweier mit Flügeln versehener, relativ zueinander drehbarer Ringkörper angeordnet ist, zugeführt und gelangt zwischen die Flügel sowie anschlie-Bend unter Umlenkung um 90° in einen axialen Extruderabschnitt in dem sich eine oder mehrere Spindeln befinden. Die koaxialen Ringkörper bilden aiso nur eine Vorstufe für den eigentlichen Extruder, der anstelle einer längeren Schnecke mit einer oder mehreren »Spindein« ausgestattet ist, die aber ebenfalls Flügel mit einer Steigung aufweisen.Another known device (DD-PS 80 544) is a rotary disk extruder for gelification and homogenization of a work item, which is a powdery or granular material The material to be worked is placed in a funnel, which is arranged on the circumference of two annular bodies provided with wings and rotatable relative to one another and passes between the blades and then, deflected by 90 °, into an axial extruder section in which one or more spindles are located. The coaxial ring bodies thus form only one Preliminary stage for the actual extruder, which instead of a longer screw has one or more "spindles" is equipped, but also have wings with a slope.

Das Prinzip des bekannten Drehschesbenextruders besteht darin, die sonst übliche Extruderschnecke durch einen oder mehrere Drehflügel zu ersetzen, deren Flügel in der Weise geneigt sind, daß sie das zu extrudierende Material unter Umwälzung der Düse zuführen.The principle of the well-known rotary table extruder consists in replacing the otherwise common extruder screw with one or more rotary blades, their blades are inclined in such a way that they feed the material to be extruded with circulation to the nozzle.

Bei der bekannten Vorrichtung besteht das Bestreben, mit möglichst hohen Drehzahlen zu arbeiten, was durch die Verwendung der Flügelspindeln ermöglicht wird. Je höher die Drehzahl ist, umso größer sind aber die inneren Reibungsverluste, so daß die insgesamt aufzuwendende Antriebsleistung mit höherer Drehzahl überproportional steigt
Zum Vermischen mehrerer hGchv>skoser Polymerschmelzen untereinander oder tuch zürn Mischen einer hochviskosen Polymerschmelze mit Zusätzen, wie Stabilisatoren, Weichmachern o. dgl. verwendet man Rührwerksautoklaven oder Extruderschnecken. Eine Polystyrolschmelze, die eine Viskosität von 5000 dPas hat, kann beispielsweise zusammen mit einem Weichmacher einem Extruder zugeführt werden, um beide Substanzen miteinander zu vermischen. Extruder für derart zähe, hochviskose Substanzen erfordern einen Hochleistungsantrieb und haben einen hohen Energieverbrauch. Nachteilig ist die lange Verweilzeit des Polymeren in dem beheizten Extruder. Dadurch besteht die Gefahr des Freiwerdens von Monomeren durch örtliche ihei mische Zersetzung. In den Randzonen eines Extruders treten oft beträchtliche Scherungen und Überhitzungen auf. Schließlich bewirkt ein Extruder eher eine Knetung und Umwälzung des Mischgutes als eine echte Zerteilung und Durchmischung.In the known device, there is an effort to work at the highest possible speeds, which is made possible by the use of the vane spindles. The higher the speed, the greater the internal friction losses, so that the total drive power to be used increases disproportionately with the higher speed
Agitator autoclaves or extruder screws are used to mix several high-viscosity polymer melts with one another or to mix a highly viscous polymer melt with additives such as stabilizers, plasticizers or the like. A polystyrene melt that has a viscosity of 5000 dPas can, for example, be fed to an extruder together with a plasticizer in order to mix the two substances with one another. Extruders for such tough, highly viscous substances require a high-performance drive and have a high energy consumption. The long residence time of the polymer in the heated extruder is a disadvantage. As a result, there is a risk of monomers being released as a result of local ihei mix decomposition. Considerable shear and overheating often occur in the edge zones of an extruder. Ultimately, an extruder kneads and circulates the material to be mixed rather than real dividing and mixing it.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung der in der DE-FS 9 02 708 beschriebenen Art so auszubilden, daß sie eine intensive und wirksame Mischung hochviskoser Polymerschmelzen mit geringem Energiebedarf und mit kurzer und möglichst gleichmäßiger Verweildauer in der Mischvorrichtung ermöglicht.The invention is based on the object of providing a mixing device of the type described in DE-FS 9 02 708 Art to train in such a way that they melt an intense and effective mixture of highly viscous polymer melts with low energy consumption and with a short and as even as possible dwell time in the mixing device enables.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Verarbeiten hochviskoser Polymerschmelzen mit einer Viskosität von mindestens 150 000mPas dem Einlaß eine druckerzeugende For-This object is achieved according to the invention in that, for processing highly viscous polymer melts with a viscosity of at least 150,000 mPas the inlet a pressure-generating form

dereinrichtung vorgeordnet ist und die relative Drehzahl zwischen beiden Ringkörpern höchstens etwa 300 U/min beträgtdereinrichtung is upstream and the relative speed between the two ring bodies is at most about 300 rpm

Durch die niedrige Drehzahl der Mischvorrichtung wird die Strukturviskosität, die von der Rührgeschwindigkeit des Mischgutes abhängt, gering gehalten, so daß die Mischvorrichtung mit niedriger Leistung betrieben werden kann. Der Grad dsr Durchmischung hängt ausschließlich von der Anzahl der Öffnungen an den einzelnen Ringwänden sowie von der Drehzahl ab. Wenn die Zahl der öffnungen bzw. Zähne erhöht wird, kann die Drehzahl herabgesetzt werden, ohne daß eine Verschlechterung des Mischergebnisses stattfindet Beim Mischen hochviskoser Materialien kann die Drehgeschwindigkeit der Mischvorrichtung extrem niedrig gehalten werden, d h. es muß lediglich sichergestellt werden, daß überhaupt eine Drehung stattfindet weil im stillstehenden Zustand kein Durchtrittskanal durch die öffnungen der Ringkörper gebildet wird und auch eine Mischung nicht erfolgt Wegen der geringen relativen Drehzahl, die vorzugsweise niedriger als 200 U/min ist und insbesondere bei etwa 30 U/min liegt kommt man mit sehr niedrigen Antriebsleistungen aus.Due to the low speed of the mixing device, the intrinsic viscosity is determined by the stirring speed depends on the material to be mixed, kept low, so that the mixing device operated at low power can be. The degree of mixing depends exclusively on the number of openings on the individual ring walls and on the speed. If the The number of openings or teeth is increased, the speed can be reduced without deterioration of the mixing result takes place When mixing highly viscous materials, the rotational speed the mixing device can be kept extremely low, i.e. it just has to be ensured that a rotation takes place at all because in the stationary state there is no passage through the openings of the ring body is formed and a mixture does not take place because of the low relative Speed, which is preferably less than 200 rpm and in particular about 30 rpm is achieved with very low drive power.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Durchbrechungen mindestens einiger Ringwände axial und umfangsmäßig gegeneinander versetzt sind.Another embodiment of the invention is that the openings at least some Ring walls are axially and circumferentially offset from one another.

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Mischvorrichtung wird durch die Begrenzungswände der Öffnungen bzw. durch die Zähne der Ringkörper jeweils ein Ober die benachbarte Ringwand vorgeschobener Abschnitt abgeschnitten und an eine andere Stelle gebracht, wo sich die abgeschnittene Scheibe wieder mit anderem Material vermischt Den Mischvorgang kann man sich etwa so vorstellen, daß das Mischgut beim Verlassen jeder der öffnungen von dem benachbarten Ringkörper erfaßt und scheibchenweise mitgenommen wird. Es erfolgt also ständig ein Abschneiden kleiner Materialstücke und anschließendes Umordnen und neuerliches Zerkleinern der abgeschnittenen Stücke.When using the mixing device according to the invention, the boundary walls of the openings or through the teeth of the ring body each one over the adjacent ring wall advanced Cut off the section and move it to another location where the cut-off slice is again with mixed with other material The mixing process can be imagined in such a way that the material is mixed with Leaving each of the openings captured by the adjacent ring body and taken along slice by slice will. Small pieces of material are constantly being cut off and then rearranged and repeated Shredding the cut pieces.

Die Mischvorrichtung wird mit so geringer Drehzahl betrieben, daß sie keine Eigenförderung bewirkt. Dies bedeutet daß die Drehzahl so gering ist, daß praktisch keine nennenswerte Zentrifugalkraft auf das Mischgut ausgeübt wird. Aus diesem Grunde tritt auch keine Desagglomerierung auf.The mixing device is operated at such a low speed that it does not produce any self-pumping. this means that the speed is so low that there is practically no significant centrifugal force on the mix is exercised. For this reason, no deagglomeration occurs either on.

Durch die beständig und mit großer Häufigkeit erfol gende Abtrennung und Neuordnung von Materialteilchen wird nicht nur eine intensive Durchmischung erreicht sondern in der Mischvorrichtung ist die Verweilzeit gleichmäßig und im Vergleich zu einem Extruder relativ kurz.Due to the constant and frequent separation and rearrangement of material particles not only is intensive mixing achieved, but the dwell time in the mixing device is also achieved uniform and relatively short compared to an extruder.

Die Mischvorrichtung kann in Verbindung mit einer geeigneten Pumpe, z. B. Zahnradpumpe, als Ersatz für einen Extruder eingesetzt werden und z. B. eine Strangpreßdüse speisen.The mixing device can be used in conjunction with a suitable pump, e.g. B. gear pump, as a replacement for an extruder can be used and z. B. feed an extrusion nozzle.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigenIn the following the invention is explained in more detail by means of an exemplary embodiment with reference to the figures explained it show

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mischvorrich- &o tung,Fig. 1 is a longitudinal section through the mixer & o tion,

F i g. 2 im vergrößerten Maßstab einen Teilschnitt entlang der Linie H-II von Fig. 1 undF i g. 2 shows, on an enlarged scale, a partial section along the line H-II of FIGS. 1 and

F i g. 3 ein Schema einer Anordnung der Durchbrechungen bei aufeinanderfolgenden Ringwänden.F i g. 3 shows a diagram of an arrangement of the openings in successive ring walls.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Mischvorrichtung weist einen als S'ator bezeichneten ersten Ringkörner 10 und einen ais Rotor bezeichneten zweiten Ringkörper 11 auf. Der Stator 10 ist als Innenkegel und der Rotor 11 als Außenkegel ausgebildet, wobei die Kegelflächeii einander zugewandt sind Der Stator 10 weist mehrere koaxiale Ringwände Si, S2, S3 auf, die aus einzelnen Zähnen 12 bestehen, welche mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind Zwischen den Zähnen 12 einer jeden Ringwand befinden sich die Durchbrechungen oder Zahnlücken.The in the F i g. 1 and 2, the mixing device has a first ring body 10, referred to as S'ator, and a second ring body 11, referred to as a rotor. The stator 10 is designed as an inner cone and the rotor 11 as an outer cone, the conical surfaces facing each other. The stator 10 has several coaxial ring walls Si, S2, S3 , which consist of individual teeth 12, which are arranged at mutual distances between the teeth The openings or tooth gaps are located in each ring wall.

Die Ringwände des Rotors 11 sind mit R1, RI und R 3 bezeichnet Jede dieser Ringwände besteht ebenfalls aus Zähnen 13, die unter Bildung von Durchbrechungen oder Zahnlücken mit gegenseitigen Abständen angeordnet sindThe ring walls of the rotor 11 are denoted by R 1, RI and R 3. Each of these ring walls also consists of teeth 13 which are arranged with mutual spacing to form openings or tooth gaps

Während der erste Ringkörper 10 in dem Gehäuse 14 fest angeordnet ist ist der zweite Ringkörper 11 an einer Welle 15 montiert, die von einem (nicht dargestellten) Antriebsmotor über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird Die Lagerung und Abdichtung der Welle 15 ist aus F i g. 1 ersichtlich und bedarf keiner zusätzlichen Erläuterung. Das vordere Ende der Welle 15 trägt den zweiten Ringkörper (Rotor) 11. "dieser befindet sich in der Mischkammer 16 im Inneren des Gehäuses 14.While the first ring body 10 is fixedly arranged in the housing 14, the second ring body 11 is on a shaft 15 mounted, which is driven by a (not shown) drive motor via a reduction gear The bearing and sealing of the shaft 15 is shown in FIG. 1 and does not require any additional Explanation. The front end of the shaft 15 carries the second ring body (rotor) 11. "This is located in the mixing chamber 16 inside the housing 14.

Die zu mischenden Substanzen werden von einer Pumpe in den Einlaß 17 hineingedrückt der dem vorderen Ende der Welle 15 direkt gegenüberliegt so daß das Mischf-'tt axial gegen den zweiten Ringkörper 11 gedrückt wird Dieser weist eine dem Einlaß 17 zugewandte Leitvorrichtung 18 auf, die das Mischgut radial nach außen leitet und in den Bereich zwischen den ineinandergreifenden Ringwänden Ri bis A3 und Sl bis 53 befördert Das Mischgut wandert zwischen den Ringwänden hindurch radial nach außen. Da jeweils zwei benachbarte Ringwände sich relativ zueinander drehen, erfolgt an jeder Durchbrechung bzw. Zahnlücke das Abschneiden einer Materialmenge.The substances to be mixed are pressed by a pump into the inlet 17 which is directly opposite the front end of the shaft 15 so that the mixing element is pressed axially against the second ring body 11 Mixing material directs radially outward and conveyed into the area between the intermeshing ring walls R 1 to A3 and S 1 to 53. The mixed material migrates radially outward between the ring walls. Since two adjacent ring walls rotate relative to one another, a quantity of material is cut off at each opening or tooth gap.

Das Mischgut das dia Durchbrechungen der Ringwände radial durchlaufen hat, wird am Umfang der Ringkörper 10, 11 gesammelt und verläßt die Mischkammer 16 durch den Auslaß 19.The mix that dia perforations in the ring walls has traversed radially, the ring body 10, 11 is collected on the circumference and leaves the mixing chamber 16 through outlet 19.

Anstelle der Zahnlücken können in den Ringwänden Ri bis /?3 und 51 bis 53 auch andere Formen von Durchbrechungen vorgesehen sein. Eine Möglichkeit ist in Fig.3 schematisch angedeutet. Hierbei sind jeweils zwei Ringwände 51 und 52 des Stators und zwei Ringwände R 1 und R 2 des Rotors dargestellt Benachbarte Ringwände bewegen sich jeweils relativ zueinander, wobei eine Durchbrechung der einen Ringwand kurze Zeit mit einer Durchbrechung der anderen Ringwand zur Deckung kommt.Instead of the tooth gaps, other shapes of perforations can also be provided in the annular walls R 1 to 3 and 51 to 53. One possibility is indicated schematically in FIG. Two ring walls 51 and 52 of the stator and two ring walls R 1 and R 2 of the rotor are shown here.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 haben die Durchbrechungen die Form von runden Löchern. In den Ringwänden 51 und 52 sind die Löcher 20 in schrägen Reihen angeordnet, d. h. sie sind axial und umfangsmäfMg fcdgeneinander versetzt In den Ringwänden R 1 und R 2 sind die Löcher 21 dagegen in radialen Reihen angeordnet, und zwar ua vorliegenden Fall in Doppelreihen. Die Löcher 21, die unterschiedlichen Abstand von der Achse haben, kommen zu unterschiedlichen Zeiten mit den Löchern 20 des Stators zur Deckung, weil diese Löcher 20 umfangsmäßig versetzt sind. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Mischeffekt durch die Anordnung der Durchbrechungen 20,21 an den Ringwänden erzielt.In the embodiment of FIG. 3, the perforations are in the form of round holes. In the ring walls 51 and 52, the holes 20 are arranged in oblique rows, ie they are axially and circumferentially offset from one another. In the ring walls R 1 and R 2 , however, the holes 21 are arranged in radial rows, including in the present case in double rows. The holes 21, which are at different distances from the axis, come to cover the holes 20 of the stator at different times because these holes 20 are circumferentially offset. In this way, an additional mixing effect is achieved through the arrangement of the openings 20, 21 on the ring walls.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Mixing device with two coaxially arranged, relatively rotatable annular bodies of each of which has a plurality of radial openings coaxially and at a distance from one another Has ring walls that engage in ring gaps of the other ring body, and with one centrally through an inlet passing through the ring bodies and one on the circumference of the ring body arranged outlet, characterized in that that for processing highly viscous polymer melts with a viscosity of at least 150 000 mPas the inlet (17) a pressure-generating conveyor is arranged upstream and the relative Speed between the two ring bodies (10, 11) is at most about 300 rpm.

2. Mixing device according to claim 1, characterized in that that the relative speed is in the order of 30 rpm

3. Mixing device according to claim 1 or 2, characterized in that the openings (20) of at least some ring walls (Si, S 2) are axially and circumferentially offset from one another.