DE3150757C2

DE3150757C2 - Mixing device for an extruder for plastic masses

Info

Publication number: DE3150757C2
Application number: DE3150757A
Authority: DE
Inventors: Hisahiko Tokio/Tokyo Fukase; Akihiro Yokohama Kanagawa Nomura; Sadahiko Naka Kanagawa Shinya
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1980-12-27
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1984-12-06
Also published as: JPS57110429A; DE3150757A1

Abstract

Es wird eine Mischvorrichtung offenbart, die insbesondere dazu geeignet ist, in einem hohen Maß eine flüssige, pastöse oder schlammige Mischung aus hochviskosen fließfähigen oder erweichten plastischen Massen, hochmolekularen Zusammensetzungen mit oder ohne Additive zu mischen und zu dispergieren. Die Vorrichtung weist eine Gruppe mit drehenden Schaufeln sowie eine Gruppe mit ortsfesten Schaufeln, die axial miteinander abwechselnd angeordnet sind, auf.A mixing device is disclosed which is particularly suitable for mixing and dispersing a liquid, pasty or sludgy mixture of highly viscous flowable or softened plastic masses, high molecular weight compositions with or without additives to a high degree. The device has a group with rotating blades and a group with stationary blades which are axially arranged alternately with one another.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischvorrichtung für einen Extruder zum Auspressen von verflüssigten oder erweichten plastischen Massen oder Harzen mit einem Kranz von radial nach außen gerichteten, rund um die zylindrische Außenfläche einer mittigen, um ihre Achse drehbaren Welle angeordneten Schaufeln, die eine Drehschaufelgruppe bilden, und mit einem Kranz von radial einwärts gerichteten, an einer Inneren Zylinderfläche eines zylindrischen Gehäuses angebrachten Schaufeln, die eine Standschau fei gruppe bilden, wobei die drehbare Welle im Gehäuse derart aufgenommen Ist, daß die Stand- sowie Drehschaufelgruppe in axialer Richtung einander benachbart sind.The invention relates to a mixing device for an extruder for pressing out liquefied or softened plastic masses or resins with a rim directed radially outwards, all around the cylindrical outer surface of a central, rotatable about its axis arranged blades, the one Form rotary vane group, and with a ring of radially inwardly directed, on an inner cylinder surface a cylindrical housing attached blades, which form a Standschau fei group, the rotatable shaft is received in the housing in such a way that the standing and rotating blade group in axial Direction are adjacent to each other.

Es wurden verschiedene Methoden für das Mischen von verflüssigten oder fließfähig gemachten Harzen, die aus Plastikmassen-Extrudern ausgepreßt werden, zur Anwendung gebracht. Diese Verfahren können folgendermaßen aufgegliedert werden:Various methods have been used for mixing liquified or flowable resins that are pressed from plastic mass extruders, brought to use. These procedures can be done as follows be broken down:

1. Der Gegendruck Im Extruder wird erhöht, so daß die Verweilzelt des Materials, d. h. die Zeltspanne, In der1. The back pressure in the extruder is increased so that the residence time of the material, i.e. H. the tent span, In the

pfj 45 das Material Im Extruder bleibt, vergrößert und demzufolge der Mischungsgrad durch eine Speiseschneckepfj 45 the material remains in the extruder, and consequently the degree of mixing is increased by a feed screw

Il gesteigert wird.Il is increased.

Um ein Mischen zu begünstigen, wird die Speiseschnecke an Ihrem vorderen (vorlaufenden) Ende oder InTo facilitate mixing, the feed auger is attached to its front (leading) end, or in

'{.■_ Ihrem Mittelteil mit verschiedenartig ausgebildeten Vorsprüngen, wie zylindrischen Stiften, Flügeln oder '{. ■ _ Your middle part with variously designed projections, such as cylindrical pins, wings or

ja Rillen, versehen.yes grooves, provided.

' 50 3. Nahe dem vorderen Ende oder dem Mittelteil der Speiseschnecke werden Leitbleche oder dergleichen50 3. Guide plates or the like are placed near the front end or the central part of the feed screw

Bauteile angebracht, so daß zwischen der Speiseschnecke und dem diese umgebenden Zylinder oder Mantel eine Schneid- oder Schwerkraft entwickelt werden kann.
4. Wie Im Fall eines statischen Mischers wird Material, das In den Mischer fließt, stufenweise geteilt, und dann werden die geteilten Materialblöcke In einem Querschnitt des Mischers verschoben.Components attached so that a cutting or gravity force can be developed between the feed screw and the surrounding cylinder or jacket.
4. As in the case of a static mixer, material flowing into the mixer is gradually divided, and then the divided blocks of material are shifted in a cross section of the mixer.

5. Bei dem Transfer-Mlschverfahren Ist die Zylinder- oder Gehäusewand mit Rillen oder Nuten versehen, während die Teile der Speiseschnecke, die den Rillen (Nuten) gegenüberliegen, nicht mit Schraubengängen versehen sind, od^r die Schraubengange sind In diesem Teil In Ihrer Höhe vermindert, so daß die Materialien gezwungen sind, vom Schraubenraum In die Rillen und zurück zum Schraubenraum zu fließen, und aufeinanderfolgend Scherkräften unterworfen werden, welche aufgrund des Unterschieds In der Umfangsgeschwindigkeit zwischen Zylinder- und Speiseschnecke entstehen.5. In the case of the transfer mashing process, the cylinder or housing wall is provided with grooves or grooves, while the parts of the feed screw that face the grooves (grooves) do not have helical threads are provided, or the screw threads are reduced in height in this part, so that the materials are forced to flow from the screw space into the grooves and back to the screw space, and successively be subjected to shear forces due to the difference in the peripheral speed arise between the cylinder and the feed screw.

Die oben skizzierten Methoden haben jedoch einige Nachtelle, die einer Lösung bedürfen.However, the methods outlined above have some drawbacks that require a solution.

' Bei der 1. Methode wird der Auslaß des Extruders verkleinert, so daß der Gegendruck In der MaschineWith the first method, the outlet of the extruder is made smaller, so that the counter pressure in the machine

ansteigt, was konsequenterweise eine Wärmeerzeugung nach sich zieht, wodurch die Materlallen verschlechtert oder abgebaut werden und gleichzeitig Energleverluste eintreten. Bei der 2. Methode wirken die Vorsprünge so wie In einen Strom eingetriebene Pfosten oder Pfähle, d. h., der Strom wird durch diese Pfähle In viele TeIlströmc geteilt, UIc sich jedoch stromab sogleich wieder vereinigen. Insofern k;inn keine zufriedenstellende Dispersion erhalten werden HeI der .V Methode wird ebenso wie bei der I. Methode eine Überhitzung hervornc-increases, which consequently entails a generation of heat, whereby the materlallen deteriorates or be reduced and energy losses occur at the same time. In the 2nd method, the protrusions work like this like posts or stakes driven into a stream, d. That is, through these piles the stream is divided into many parts divided, but UIc immediately reunite downstream. In this respect, it is not a satisfactory one Dispersion are obtained.

rufen. Zusätzlich stellen die durch die Leitbleche oder dgl. Bauteile, wenn deren Abschnitt kurz ist, getrennten Materlallen, sobald sie den Scherabschnitt durchlaufen haben, alsbald wieder Ihren ursprünglichen Zustand her. Bei der 4. Methode wird überhaupt keine Kraft entwickelt, um die Materialien vorwärtszutreiben, so daß sehr häufig - wie bei der 1. Methode - die Tendenz zum Auftreten von Überhitzung vorliegt. Um dieses Problem zu vermelden, kann der Mischer in seiner Länge nicht vergrößert werden, was zum Ergebnis hat, daß der (später noch zu erklärende) Dispersionsfaktor P im besten Fall nur in einer Größenordnung von 10³ Hegt. Bei der 5. Methode wird das Material gezwungen, zwischen der Speiseschnecke und den Rillen In der Innenwand des Zylinders hin- und herzufließen. Daher wird, wenn es gezwungen ist, in der radialen Richtung zu fließen, der Fluß geteilt und demzufolge werden die Bestandteile Ineinander dlsperglert. Deshalb kommt ein niedriger Gegendruck zur Anwendung. Um jedoch den Dispersionsfaktor zu erhöhen, muß das Verhältnis axiale Schnek- "> kenlänge/Zylinder-Innendurchmesser hoch sein. Zusätzlich wird eine spezielle maschinelle Bearbeitung von Speiseschnecke und diese umgebender Zylinderwand notwendig, was zur Folge hat, daß die Kosten für die Vorrichtung ansteigen.call. In addition, the materials separated by the guide plates or the like components, if their section is short, immediately restore their original state as soon as they have passed through the shear section. With the fourth method, no force at all is developed to propel the materials forward, so that very often - as with the first method - there is a tendency for overheating to occur. In order to avoid this problem, the mixer cannot be increased in length, with the result that the dispersion factor P (to be explained later) is only in the order of 10 ^{3 in the best case.} In the fifth method, the material is forced to flow back and forth between the feed screw and the grooves in the inner wall of the cylinder. Therefore, when it is forced to flow in the radial direction, the flow is divided and consequently the constituents are sealed into each other. That is why a low back pressure is used. However, in order to increase the dispersion factor, the ratio of axial screw length / cylinder inner diameter must be high. In addition, special machining of the feed screw and the surrounding cylinder wall is necessary, with the result that the cost of the device increases.

Von diesen Methoden oder Vorrichtungen hat der statische Mischer die größte Dispersionsfähigkeit, d. h., er hat eine Grenzflächendichte ρ (der Flächeninhalt von neuen Grenzflächen pro Volumeneinheit nach einer Dispersion) In der Größenordnung von 10² (1/mm). Bei den anderen Vorrichtungen wird ein übermäßiges Vermengen oder Durchrühren wiederholt ausgeführt, um einen gewünschten Dispersionsfaktor zu erhalten.Of these methods or devices, the static mixer has the greatest dispersibility, ie it has an interface density ρ (the area of new interfaces per unit volume after dispersion) on the order of 10 ² (1 / mm). In the other devices, excessive blending or agitation is repeatedly carried out to obtain a desired dispersion factor.

Durch die DE-OS 26 50 248 wurde eine g-ntungsgemäße Mischvorrichtung bekannt, die zwischen das Werkzeug mit der Düse und die Schnecke eingefügt Ist und aus einer Welle mit vorspringenden Nasen sowie einem Gehäuse mit Gegennasen, welche mit den Nasen an der Welle zusammenwirken, besteht. Mit derartigen Nasen und Gegennasen, über deren Bemessung die genannte Druckschrift keine Angaben enthält, kann im Fall des Mischens von hochviskosen Materialien, wobei keine Turbulenzströmung auftritt, eine ausreichende und zufriedenstellende Wirkung nicht erhalten werden. Die damit erzielte Leistung wird bestenfalls gleich derjenigen sein, die mit einem bekannten, derzeit als besten Mischer eingestuften statischen Mischer zu erreichen ist.From DE-OS 26 50 248 a mixing device according to the invention was known, which between the tool Is inserted with the nozzle and the screw and consists of a shaft with protruding lugs as well as a Housing with counter lugs which interact with the lugs on the shaft. With noses like that and counter noses, the dimensions of which are not specified in the specified publication, can in the case of the Mixing of highly viscous materials, with no turbulent flow occurring, is sufficient and satisfactory Effect cannot be obtained. The performance achieved with this will at best be equal to that which can be achieved with a known static mixer currently classified as the best mixer.

Angesichts des Standes der Technik 1st es die Aufgabe der Erfindung, eine Mischvorrichtung zu schaffen, mit der eine Grenzflächendichte von mehr als 10⁴ (1/mm) in einem einzigen Schritt zu erhalten ist, wobei eine Verschlechterung der Materialien durch Überhitzung vermieden wird, und die für Verfahren zur Herstellung von Arzneimitteln oder mit Verwendung von Katalysatoren, In denen die Materialien in atomaren oder molekularen Maßstäben dlsperglert werden müssen, zum Einsatz kommen kann.In view of the state of the art, the object of the invention is to provide a mixing device with which an interface density of more than 10 ⁴ (1 / mm) can be obtained in a single step while avoiding deterioration of the materials due to overheating, and which can be used for processes for the production of pharmaceuticals or with the use of catalysts, in which the materials must be dispersed on an atomic or molecular scale.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 herausgestellten Maßnahmen gemäß der Erfindung erreicht, wobei die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise weiterbilden.In the case of a device of the type mentioned at the outset, this task is carried out with the characterizing part of claim 1 achieved measures according to the invention, the in the subclaims The features listed further develop the device according to the invention in an advantageous manner.

Gemäß den die Erfindung kennzeichnenden Merkmalen sind für die Schaufeln von Dreh- und Standschaufelgruppe zwei Bedingungen zu erfüllen, nämlich einmal ein Verhältnis von Schaufellänge zum Abstand zwischen den Schaufeln von wenigstens 1,5 und zum anderen ein Verhältnis von Schaufelstärke zu Schaufellänge von höchstens 0,5.According to the features characterizing the invention are for the blades of the rotating and stationary blade group to meet two conditions, namely a ratio of blade length to the distance between the blades of at least 1.5 and, on the other hand, a ratio of blade thickness to blade length of at most 0.5.

Bisher war ein zufriedenstellendes Mischen und Dispergieren von hochviskosen Fließstoffen äußerst schwierig zu bewerkstelliget., mit dem erfindungsgemäßen Mischer kann jedoch ein höherer Dispersionsgrad mit einer Grenzflächendichte von mehr als 10⁴ (I/mm) leicht erreicht werden. Deshalb kann In Verfahren zur Herstellung von Arzneimitteln und In Verfahren, bei denen ein Katalysator verwendet werden muß, der höhere Dispersions- *o grad In atomarem oder molekularem Maßstab selbst bei hochviskosen Fließstoffen erhalten werden. Ferner kann die Erfindung mit Vorteil auf Verfahren angewendet werden, wobei plastische, pulverige Materlallen geknetet und mit Pigmenten, Additiven, kurzen Glasfasern, Kalziumkarbonatpulver oder dgl. dispergiert werden.Up to now, a satisfactory mixing and dispersing of highly viscous flow materials has been extremely difficult to accomplish. With the mixer according to the invention, however, a higher degree of dispersion with an interface density of more than 10 ⁴ (l / mm) can easily be achieved. Therefore, in processes for the production of medicaments and in processes in which a catalyst must be used, the higher degree of dispersion * o can be obtained on an atomic or molecular scale even with highly viscous flow materials. Furthermore, the invention can advantageously be applied to processes in which plastic, powdery materials are kneaded and dispersed with pigments, additives, short glass fibers, calcium carbonate powder or the like.

Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung wurde bisher als am vorderen Ende der Speiseschnecke des Extruders angebracht beschrieben; es 1st jedoch klar, daß sie als einzelne und unabhängige Einheit verwendet werden kann, z. B. kann sie in einer Pipeline angeordnet sein und auch als Pumpe Verwendung finden.The mixing device according to the invention was previously considered to be at the front end of the feed screw of the extruder appropriately described; however, it is clear that they are being used as a single and independent unit can e.g. B. it can be arranged in a pipeline and also be used as a pump.

Am Erfindungsgegenstand können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. So kann beispielsweise die hintere Kante einer jeden Schaufel die Form einer Schneidkante haben, und die Schaufeln können parallel zum Eintrittswinkel des plastischen Flusses angeordnet sein, so daß die Masse aufgeschnitten wird. Diese Anordnung oder Abwandlung kann beispielsweise auf die Dispersion von pulverartigen Materialien, wie Käse, der mit höchster Wahrscheinlichkeit verklebt, angewendet werden. Wenn der Steigungswinkel der Schaufeln In geeigneter Weise gewählt wird, kann der Materialfluß die Drehung der Drehschaufelgruppe bewirken, selbst wenn diese nicht mit einem eigenen Antrieb verbunden ist, und somit wird eine Dispersion herbeigeführt. In dem Fall, da die Schaufeln einen Steigungswinkel haben, Ist es vorzuziehen, die Standschaufelgruppe in geteilter Bauart auszuführen, d. h., die Gruppe besteht aus zwei gelrennten Abschnitten, so daß die Montage der Dreh- und Standschaufelgruppen erleichtert werden kann. Darüber hinaus kann die Drchschaufelgruppe mit einer hohen Geschwindigkeit unabhängig von der Speiseschnecke gedreht werden, so daß ein höheres Maß an Dispersionsfähigkeit erhalten werden kann.Various modifications can be made to the subject matter of the invention. For example the trailing edge of each blade is in the form of a cutting edge, and the blades can be arranged parallel to the entry angle of the plastic flow, so that the mass is cut open. This arrangement or modification can apply, for example, to the dispersion of powdery materials such as Cheese, which are most likely to stick, can be used. When the pitch angle of the blades Appropriately chosen, the flow of material can cause the rotation of the rotating blade group, even if this is not connected to its own drive, and thus a dispersion is brought about. In the case that the blades have a pitch angle, it is preferable to put the standing blade group in to be carried out in a split design, d. i.e., the group consists of two separate sections, so that the assembly of the Rotating and standing vane groups can be facilitated. In addition, the threshing shovel group can be used with a high speed can be rotated independently of the feed screw, so that a higher degree of Dispersibility can be obtained.

Die hervorstechenden Eigenschaften und Vorteile des Erfindungsgegenstandes können, wie folgt, zusammengefaßt werden:The salient properties and advantages of the subject invention can be summarized as follows will:

a) Die aktiv arbeitenden Kiemente sind als Schaufeln ausgebildet und in einem Kranz oder in mehreren Kränzen angeordnet, wobei die Schaufeln eine passend gewühlte Länge haben, so daß eine mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik bisher nicht zu erreichende Dispersionsfähigkeit erhalten werden kann. Zusätzlich kann die Vorrichtung In Ihrer Größe sehr kompakt gehalten werden.a) The actively working Kiemente are designed as blades and in a ring or in several rings arranged, with the blades having a suitably dug length, so that one with devices according to the prior art, previously unachievable dispersibility can be obtained. In addition, the size of the device can be kept very compact.

b) Aus den unter a) angeführten Gründen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Verfahren zur Herstellung von Arzneimitteln oder solchen Anwendung finden, bei denen Katalysatoren verwendet werden, wobei eine Dispersion In atomarem oder molekularem Maßstab gefordert wird.b) For the reasons given under a), the device according to the invention can be used in processes for manufacturing of medicinal products or those that use catalysts, where a dispersion on an atomic or molecular scale is required.

c) Wenn die Schaufeln mit einem geeigneten Steigungswinkel angeordnet werden, kann eine Verschlechterung oder Herabsetzung von wesentlichen Bestandteilen aufgrund eines plötzlichen und hohen Druckabfalls vermieden werden.c) If the blades are arranged at an appropriate pitch angle, deterioration may occur or degradation of essential constituents due to a sudden and high pressure drop be avoided.

d) Das Mischen und Dispergieren von zum Pfropfenfluß neigenden Massen, die hochviskose öle, Pasten, Tone oder dgl., die nicht an den Wänden der von den Schaufeln begrenzten Durchgänge haften, oder das Mischen und Dispergieren von solchen Massen mit Additiven kann leicht sowie einfach mit ganz geringen Änderungen, wie z. B. Vergrößerung des Abstands zwischen den Stand- und Drehschaufel kränzen, ausgeführt werden.d) The mixing and dispersing of masses which tend to flow into a plug, which contain highly viscous oils, pastes, Clays or the like that do not adhere to the walls of the passages delimited by the blades, or that Mixing and dispersing of such masses with additives can be easy as well as simple with very little Changes such as B. wreath enlargement of the distance between the standing and rotating blades, executed will.

e) Eine Materialmasse kann sowohl in der axialen wie In der radialen Richtung in kleine Blöcke oder dgl. unterteilt werden, die wiederum zu einer neuen Dispersionscharakteristik umgeordnet werden. Das hat zur Folge, daß mit dem Erfindungsgegenstand eine Dlsperslonsf&hlgkeit zu erreichen 1st, die gleich oder höher als diejenige Ist, die man mit dem bekannten Verfahren erlangen kann, wonach das Material durch eine Pelletisiermaschine zu Pellets reduziert wird, die dann gemischt und dlspergiert werden.e) A mass of material can be divided into small blocks or the like both in the axial and in the radial direction. are subdivided, which in turn are rearranged to a new dispersion characteristic. That has the consequence that the subject matter of the invention can be used to achieve a degree of separation equal to or equal to higher than that which can be obtained with the known method, according to which the material passes through a pelletizer is reduced to pellets, which are then mixed and dispersed.

Die erste Bedingung ist unentbehrlich für die die Dispersion beeinflussende Umfangsgeschwindigkeit der Formmasse, damit eine angemessene Relativgeschwindigkeit vorliegt, bevor die Masse In einen nächsten oder folgenden Schaufelkranz eintritt, worauf später noch näher eingegangen werden wird. Wird diese erste Bedingung nicht erfüllt, so kann der Unterschied In der Größenordnung von 10⁴ In der Leistung gegenüber dem derzeit besten statischen Mischer nicht verwirklicht werden.The first condition is indispensable for the peripheral speed of the molding compound, which influences the dispersion, so that there is an appropriate relative speed before the compound enters a next or following blade ring, which will be discussed in more detail later. If this first condition is not met, the difference in the order of magnitude of 10 ⁴ in performance compared to the currently best static mixer cannot be achieved.

Die zweite Bedingung dient dazu, den Widerstand Im Fluß zu vermindern und ein Blockleren des Flusses auf Grund einer axialen Überlappung von benachbarten abwechselnden Schaufelkränzen zu verhindern, wenn die Formmasse in der axialen Richtung der Dispersionsvorrichtung fließt, was bedeutet, daß eine dünnere Schaufel von Vorteil ist.The second condition is to reduce the resistance in the flow and to clear the flow Reason to prevent an axial overlap of adjacent alternating blade rings when the Molding compound flows in the axial direction of the dispersion device, which means that a thinner blade is beneficial.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe subject matter of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows

Flg. 1 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit drehenden Schaufeln gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;Flg. 1 is a perspective view of a rotating blade assembly according to a first embodiment the invention;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer aufgeschnittenen Baugruppe mit ortsfesten Schaufeln;
Flg. 3 einen Längsschnitt durch eine Mischvorrichtung gemäß einer ersten Ausführüngsform nach der Erfindung; 2 shows a perspective view of a cut-open assembly with stationary blades;
Flg. 3 shows a longitudinal section through a mixing device according to a first embodiment according to the invention;

Fig. 4A eine Ansicht einer Schaufel In vergrößertem Maßstab for die Baugruppe von Fig. 1;
Fig. 4B eine Ansicht einer Schaufel in vergrößertem Maßstab für die Baugruppe von Flg. 2;
Fig. 5 den Querschnitt nach der Linie V-V in der Fig. 3;FIG. 4A is an enlarged view of a blade for the assembly of FIG. 1; FIG.
FIG. 4B is an enlarged view of a blade for the assembly of FIG. 2;
FIG. 5 shows the cross section along the line VV in FIG. 3; FIG.

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit drehenden Schaufeln, die mit einem Steigungswinkel angeordnet sind;FIG. 6 is a perspective view of an assembly having rotating blades arranged at a pitch angle are arranged;

Fig. 7 einen abgebrochenen Längsschnitt einer gegenüber der In Flg. 3 gezeigten Vorrichtung abgewandelten Ausführungsform;Fig. 7 is a broken longitudinal section of a compared to the In Flg. 3 modified device shown Embodiment;

Fig. 8 den Querschnitt nach der Linie VIII-VlIl In der Fig. 7;FIG. 8 shows the cross section along the line VIII-VIII in FIG. 7;

Fig. 9 ein Schema zur Erläuterung der Dispersion bei einer Anordnung mit Düse sowie erstem Kranz aus ortsfesten Schaufeln;9 shows a diagram to explain the dispersion in an arrangement with a nozzle and a first ring from FIG stationary blades;

Fl g. 10 ein Schema zur Erläuterung der Dispersion von Materialien mit einem geringeren Grad an gestaffelter Strömung in einem Kranz aus ortsfesten Schaufeln;Fl g. Fig. 10 is a diagram for explaining the dispersion of materials with a lesser degree of staggered Flow in a ring of stationary blades;

Fig. 11 ein Schema zur Erläuterung der Dispersion im Kranz mit drehenden Schaufeln bei Umkehr der Materialien am Schaufelkopf;11 shows a diagram for explaining the dispersion in the ring with rotating blades when the materials are reversed at the blade head;

Fig. 12 ein Schema zur Erläuterung der Dispersion bei in Abstand voneinander angeordneten Kränzen von *5 ortsfesten und drehenden Schaufeln;12 shows a diagram for explaining the dispersion in the case of rings of spaced apart from one another * 5 fixed and rotating blades;

Fig. 13 A und 13 B Schemata zur Erläuterung des hler verwendeten Ausdrucks »Dispersionsfaktor«;
Fig. 14 A und 14 B Schemata zur Erläuterung der Dispersion am Düsenaustritt der In Fig. 3 dargestellten Mischvorrichtung:13A and 13B are diagrams for explaining the term "dispersion factor" used previously;
14 A and 14 B Schemes to explain the dispersion at the nozzle outlet of the mixing device shown in FIG. 3:

Fi g. 15 A und 15 B Schemata zur Erläuterung der Dispersion am Düsenaustritt eines statischen Mischers.
⁵" Die in den Fig. 1 bis § dargestellte Vorrichtung weist eine Baugruppe 1 (im folgenden als »Drehschaufelgruppe« bezeichnet) mit einer Welle 2 auf, auf welcher mehrere Schaufelkränze 4 aus Schaufeln 3 angeordnet sind. Die Schaufeln 3 sind zueinander beabstandet und ragen von der Welle 2 radial auswärts. An der Welle 2 1st ein Außengewindeteil 6 ausgebildet, das mit einem passenden (nicht gezeigten) Innengewindeteil einer <· Speiseschnecke 5 (F I g. 3) zum Eingriff gebracht werden kann.Fi g. 15 A and 15 B Schemes to explain the dispersion at the nozzle outlet of a static mixer.
⁵ "The device shown in FIGS. 1 to § has an assembly 1 (hereinafter referred to as" rotary blade group ") with a shaft 2 on which several blade rings 4 of blades 3 are arranged. The blades 3 are spaced from one another and protrude radially outward from the shaft 2. An external thread part 6 is formed on the shaft 2 which can be brought into engagement with a suitable internal thread part (not shown) of a feed screw 5 (FI g. 3).

Eine in Fig. 2 gezeigte Baugruppe 7 (nachfolgend als »Standschaufelgruppe« bezeichnet) weist ein zylindrisches Gehäuse 8 mit Flanschen an seinen beiden Enden und drei In axialer Richtung beabstandete Schaufel- t kränze 4' von ortsfesten Schaufeln 3', die zueinander mit Abstand angeordnet sind und sich radial einwärts zur Drehschaufelgruppe 1 hin erstrecken, auf.An assembly 7 shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as “standing vane group”) has a cylindrical one Housing 8 with flanges at both ends and three blades spaced apart in the axial direction wreaths 4 'of stationary blades 3', which are arranged at a distance from one another and radially inward to Rotating blade group 1 extend out on.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, 1st das rückwärtige Ende, d. h. das Außengewindeteil 6 der Drehschaufelgruppe 1 fest mit dem Frontende 9 der Speiseschnecke 5 verbunden, während der rückseitige Flansch der Standschaufel gruppe 7 fest mit dem vorwärtigen Ende eines Zylinders 10 verbunden ist Am vorderen Ende der Standschau- * feignippe 7 ist ein Düsenkopf 11 befestigt. Ein Antrieb 12 dreht die Speiseschnecke 5; zu verarbeitendes Mate- Ti rial 14 wird einem Fülltrichter 13 zugeführt. Die Schaufelkränze 4 aus den Schaufeln 3 der Drehschaufelgruppe 1 und die Schau fei kränze 4' aus den Schaufeln 3' der Standschaufelgruppe 7 wechseln In axialer Richtung miteinander ab und sind zu einander benachbart derart angeordnet, daß die Schaufel kränze 4 und 4' sich gegenseitig nicht stören.As Fig. 3 shows, the rear end, ie the external thread part 6 of the rotary vane group 1 is firmly connected to the front end 9 of the feed screw 5, while the rear flange of the standing vane group 7 is firmly connected to the forward end of a cylinder 10 at the front end A nozzle head 11 is attached to the stand show * feignippe 7. A drive 12 rotates the feed screw 5; Material 14 to be processed is fed to a filling funnel 13. The blade rings 4 from the blades 3 of the rotating blade group 1 and the show fei wreaths 4 'from the blades 3' of the standing blade group 7 alternate in the axial direction and are arranged adjacent to one another in such a way that the blades 4 and 4 'do not wreath one another disturb.

Die Gestalt der Dreh- und Standschaufeln 3 bzw. 3' Ist den Flg.4 A bzw. 4B zu entnehmen. Die Schaufel- \ länge 1 ist so festgelegt, daß, wenn die flüssige Formmasse aus jedem Schaufclkranz austritt. Ihre Umfangs- #,The shape of the rotating and stationary blades 3 and 3 'can be seen in blades 4 A and 4B. The bucket \ length 1 is determined so that when the liquid molding material exiting each Schaufclkranz. Your circumference #,

geschwindigkeit Im wesentlichen gleich derjenigen des Schaufelkranzcs Ist, und zwar aus den nachstehend erläuterten Gründen. Zu diesem Zweck wird die Bedingung l/W 3: 1.5 erfüllt, worin W der Abstand zwischen den Schaufeln (In Umfangsrlchtung) Ist, wie Flg. 5 zeigt. Um den Druck und den Widerstand in der Vorrichtung zu vermindern, Ist die Schaufelstärke / durch die Bedingung ι/ r& 0,5 bestimmt. Um eine Hemmung des axialen Flusses sowie die Erzeugung von Pulsationen aufgrund der Lagebeziehung zwischen In axialer Richtung i benachbarten Schaufeln zu vermeiden und um eine Stauung der Formmasse nicht auftreten zu lassen, sind vorzugsweise die vorderen und hinteren Kanten 15', 15 einer jeden Schaufel 3, 3' scharf ausgebildet; alternativ können die Schaufeln 3, 3' eine Stromlinienform haben.speed is substantially the same as that of the blade ring for the reasons explained below. For this purpose, the condition l / W 3: 1.5 is fulfilled, where W is the distance between the blades (in the circumferential direction), as shown in Fig. 5 shows. In order to reduce the pressure and the resistance in the device, the blade strength / is determined by the condition ι / r & 0.5. In order to avoid an inhibition of the axial flow as well as the generation of pulsations due to the positional relationship between adjacent blades in the axial direction i and to prevent the molding compound from stagnating, the front and rear edges 15 ', 15 of each blade 3, 3 'sharp; alternatively, the blades 3, 3 'can have a streamlined shape.

Wie Flg. 6 zeigt, können die Schaufeln einen Steigungswinkel Θ haben, der so gewählt Ist, daß die Schaufelgruppen die Formmasse zwingen, gleich der Speiseschnecke zu fließen, oder daß die Drehschaufelgruppe 1 dazu gebracht wird, durch den Fluß der pulverigen Preßmasse zu drehen, wenn sie am Austragende des Extruders drehbar gelagert und von der Speiseschnecke 5 gelöst 1st. Wenn die Schaufeln unter einem geeigneten Steigungswinkel Θ angeordnet sind, so können höhere Mischgrade und bessere Dispersionseffekte erhalten werden.Like Flg. 6 shows, the blades can have a pitch angle Θ chosen so that the blade groups force the molding compound to flow like the feed screw, or that the rotating blade group 1 is made to rotate by the flow of the powdery molding compound when it is at The discharge end of the extruder is rotatably mounted and detached from the feed screw 5. If the blades are arranged at a suitable pitch angle Θ, higher degrees of mixing and better dispersion effects can be obtained.

Die Flg. 7 und 8 zeigen eine Abwandlung, wonach sich von den Schaufeln 3, 3' kürze Schaufelblätter 16 bzw. 16' erstrecken können. Diese kurzen Schaufelblätter 16, 16' haben eine geringere Höhe als die Schaufeln 3 bzw. 3' und greifen kämmend zwischen Dreh- und Standschaufelkränze ein, so daß das Mischen und Dispergieren der Formmasse noch welter erleichtert bzw. verbessert wird.The Flg. 7 and 8 show a modification, according to which the blades 3, 3 'have shorter blades 16 and 16, respectively. 16 'can extend. These short blades 16, 16 'have a lower height than the blades 3 or 3 'and mesh between the rotating and standing blade rings, so that the mixing and dispersing the molding compound is even easier or improved.

Das Arbeltsprinzip und die Betriebsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden Im folgenden erläutert, wobei nochmals die Flg. 3 heranzuziehen 1st. Das pulverförmige Material 14 wird In den Fülltrichter 13 eingegeben und die kontinuierlich drehende Speiseschnecke 5 drückt die pulverige Preßmasse langsam durch den Zylinder 10, der erwärmt wird. Wenn das Material 14 das Frontende 9 der Speiseschnecke 5 erreicht, ist es bereits vollständig verflüssigt oder erweicht.The working principle and the mode of operation of the device according to the invention are explained below, again the Flg. 3 to be used 1st. The powdery material 14 is placed in the hopper 13 entered and the continuously rotating feed screw 5 pushes the powdery molding compound slowly through the cylinder 10 being heated. When the material 14 reaches the front end 9 of the feed screw 5, it is already completely liquefied or softened.

In Fig. 9 Ist eine Abwicklung der Felnveriellung (Dispersion) der Formmasse, die am vorderen Ende der Speiseschnecke 5' und am ersten Standschaufelkranz 4' erweicht oder verflüssigt Ist, gezeigt, wobei die Darstellung in Flg. 9 aus Gründen eines besseren Verständnisses vereinfacht ist. In der Figur sind die Abwicklungen 17, 17' des Kopf- bzw. Fußzylinders der Speiseschnecke 5 sowie die Abwicklungen 18, 18' des Kopf- bzw. Fußzylinders des Standschaufelkranzes 4' zu erkennen. Teilungsebenen 19, die die Formmasse im Standschaufelkranz 4' gleichmäßig parallel zur Achse G des Extruders teilen, geben auch die Orte der Standschaufeln 3' an. Imaginäre Teilungsebenen 20 deuten eine Teilung der Masse am Frontende 9 der Speiseschnecke 5 entlang der Achse G an und stimmen mit den Teilungsebenen 19 Im Standschaufelkranz 4' überein.In Fig. 9 is a development of the furrowing (dispersion) of the molding compound, which is softened or liquefied at the front end of the feed screw 5 'and on the first stand blade ring 4', the representation in Flg. 9 is simplified for the sake of better understanding. In the figure, the developments 17, 17 'of the head or foot cylinder of the feed screw 5 and the developments 18, 18' of the head or foot cylinder of the standing blade ring 4 'can be seen. Dividing planes 19, which divide the molding compound in the stationary blade ring 4 'evenly parallel to the axis G of the extruder, also indicate the locations of the stationary blades 3'. Imaginary dividing planes 20 indicate a division of the mass at the front end 9 of the feed screw 5 along the axis G and coincide with the dividing planes 19 in the stationary blade ring 4 '.

Die Speiseschnecke 5 übt die Preßkraft F auf die Formmasse aus, so daß diese zum Fließen In Richtung der Pfeile e gebracht wird, während Ihr eine Geschwindigkeitskomponente / in Umfangsrichtung rechtwinklig zur Achse G erteilt wird. Die Schaufellänge / ist sehr viel größer als der Abstand W zwischen den Schaufeln 3', so daß die erweichte Formmasse, die In den Standschaufelkranz 4' eintritt, gezwungen wird, in der axialen Richtung zu fließen; die Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrlchtung geht unter. Das hat zum Ergebnis, daß ein Imaginärer Massenblock 21 aus Formmasse am vorderen Frontende 9 der Speiseschnecke 5 in eine Mehrzahl von kleinen Blöcken 21-1, 21-2, 21-3 und 21-4 aufgeteilt wird, die aufeinanderfolgend in die Schaufelzwischenräume des Standschaufelkranzes 4' verteilt werden. Diese kleinen Blöcke wdrden somit fortschreitend sowohl in der Richtung der Achse G wie In der Umfangsrichtung der Geschwindigkeitskomponente/bewegt, so daß sie in einer schrägen Richtung weitergeführt werden, die, wie In Flg. 9 Im Teil b gezeigt ist, unter einem Winkel mit Bezug zur Achse G verläuft.The feed screw 5 exerts the pressing force F on the molding compound, so that it is made to flow in the direction of the arrows e , while it is given a speed component / in the circumferential direction at right angles to the axis G. The blade length / is very much greater than the distance W between the blades 3 ', so that the softened molding compound entering the stationary blade ring 4' is forced to flow in the axial direction; the speed component in the circumferential direction goes down. This has the result that an imaginary mass block 21 of molding compound at the front front end 9 of the feed screw 5 is divided into a plurality of small blocks 21-1, 21-2, 21-3 and 21-4, which successively in the vane spaces of the standing vane ring 4 'to be distributed. These small blocks are thus progressively moved both in the direction of the axis G and in the circumferential direction of the velocity component / so that they are continued in an oblique direction which, as shown in FIG. 9 shown in part b , extends at an angle with respect to axis G.

Wenn das Auslaßende der Speiseschnecke 5 in Gegenüberlage zum Drehschaufel kranz 4 angeordnet Ist, so hat jedoch die von der Speiseschnecke S austretende Formmasse keine Umfangsgeschwindigkeit relativ zum Drehschaufelkranz 4, was zur Folge hat, daß der Imaginäre Massenblick 21 nicht geteilt und auf die aufeinanderfolgenden Schaufelzwischenräume des Drehschaufelkranzes 4 verteilt würde. «5If the outlet end of the feed screw 5 is arranged opposite the rotary vane ring 4, so however, the molding compound exiting from the feed screw S does not have a peripheral speed relative to the Rotary blade ring 4, with the result that the imaginary mass view 21 is not divided and on the successive Blade gaps of the rotating blade ring 4 would be distributed. «5

Aus der obigen Erläuterung wird ersichtlich, daß es gemäß der Erfindung erforderlich ist, daß sie in den Standschaufelkranz 4' eintretende Formmasse eine Geschwindigkeitskomponente In Umfangsrlchtung haben muß. In gleicher Weise ist es erforderlich, daß die erweichte plastische Masse, die aus dem Standschaufelkranz 4' aus- und In den folgenden Drehschaufelkranz 4 eintritt, eine relative Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung haben muß. Diese Erfordernisse können erfüllt werden, wenn UW S; 1,5 ist, wobei / die axiale Länge der Schaufel 3 oder 3' und W der Abstand zwischen benachbarten Schaufeln Cn Umfangsrichtung) !st, was oben schon erläutert wurde.From the above explanation it can be seen that it is necessary according to the invention that the molding compound entering the stationary blade ring 4 'must have a velocity component in the circumferential direction. In the same way, it is necessary that the softened plastic mass which emerges from the stationary blade ring 4 'and enters the following rotating blade ring 4 must have a relative speed component in the circumferential direction. These requirements can be met if UW S; 1.5, where / is the axial length of the blade 3 or 3 'and W is the distance between adjacent blades Cn in the circumferential direction), which has already been explained above.

Wenn die Mischvorrichtung, d. h. das Aggregat aus Dreh- sowie Standschaufelgruppe 1 bzw. 7, nicht mit dem Frontende 9 der Speiseschnecke 5 verbunden Ist, sondern in einem zylindrischen Durchgang für die plastische Masse angeordnet 1st, so tritt die Masse in den ersten Schaufelkranz ein, der ein Drehschaufelkranz sein muß, so daß die vom ersten Schaufelkranz austretende fließende Masse in den folgenden oder zweiten Stand- _: schaufelkranz mit einer Geschwindigkeitskomponente In Umfangsrlchtung eintreten kann. Mit anderen Worten gesagt, der erste oder am weitesten stromoberhalb liegende Schaufeikranz der Dispersionsvorrichtung muß ein Drehschaufelkranz sein.If the mixing device, i.e. the unit consisting of the rotating and standing vane group 1 or 7, is not connected to the front end 9 of the feed screw 5, but is arranged in a cylindrical passage for the plastic mass, the mass enters the first vane ring, must be of a rotating blade ring, so that the emerging from the first blade ring flowing mass in the following or second _stand: blade ring can occur with a velocity component in Umfangsrlchtung. In other words, the first or most upstream blade ring of the dispersion device must be a rotating blade ring.

Der plastischen Masse wird, wenn sie aus dem Drehschaufelkranz oder der Speiseschnecke aus- und in den Standschaufelkranz eintritt, eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung erteilt. Da die Masse eine Anzahl von Dreh- und Standschaufelkranzpaaren durchläuft, wird sie den Dispersionsvorgängen unterworfen, und die Dispersionswirkung wird Im Verhältnis zur Anzahl der Dreh- und Standschaufelkranzpaare gesteigert.The plastic mass is when it comes out of the rotating blade ring or the feed screw and into the Stand vane ring enters, a speed component granted in the circumferential direction. Since the crowd is a Number of rotating and stationary blade ring pairs passes through, it is subjected to the dispersion processes, and the dispersing effect is increased in proportion to the number of pairs of rotating and stationary blade rings.

Zu dem vereinfachten, in Fig.9 gezeigten Dispersionsmodell wurde gesagt, daß der imaginäre Block 21 in eine Mehrzahl von rechteckigen, quaderförmlgen, kleinen Blöcken 21-1 bis 21-4 unterteilt wird; in der Praxis werden diese jedoch, wie Flg. 10 zeigt, wegen der Reibung zwischen den Schaufel wänden und der fließenden plastischen Masse verformt. Die Dispersionswirkungen werden jedoch nicht verschlechtert, und es wird, da die erweichte Masse an einer Anzahl von Dreh- sowie Standschaufelkranzpaaren vorbeifließt, der Dlspersionsvor-With regard to the simplified dispersion model shown in FIG. 9, it was said that the imaginary block 21 in a plurality of rectangular, parallelepipedal, small blocks 21-1 to 21-4 are divided; in practice however, like Flg. 10 shows, because of the friction between the blade walls and the flowing deformed plastic mass. However, the dispersion effects are not deteriorated, and it will, as the softened mass flows past a number of rotating and stationary blade ring pairs, the dispersion

gang, wie oben erläutert wurde, demzufolge erhöht.speed, as explained above, is increased accordingly.

Die wichtigen Faktoren, die bei der behandlung von plastischer Masse mit einer starken Tendenz zum Pfropfenfluß in Betracht gezogen werden müssen, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Flg. 11 erläutert, die ein extremes Beispiel zeigt, wonach die plastische Masse, die ein erhöhtes Maß an Pfropfenflußtendenz hat, gezwungen wird, durch die Mischvorrichtung, In der der Abstand AL zwischen benachbarten Dreh- sowie Standschaufelkränzen Im wesentlichen gleich Null Ist, zu fließen. In diesem Fall rutscht die plastische Masse an den Schaufelwänden entlang, so daß die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit Im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Strömungsdurchgangs gleich ist. Im schlimmsten Fall 1st die Dispersionscharakteristik c Im Drehschaufelkranz 4 Im wesentlichen der Dispersionscharakteristik α am Front- oder Auslaßende 9 der Speiseschnecke 5 gleichartig. Diese Erscheinung tritt auf, wenn die Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung der aus dem Standschaufelkranz 4' austretenden Masse (Dispersionscharakteristik b In Flg. 11) gleich dem absoluten Wert der Umfangskomponente der aus der Speiseschnecke austretenden plastischen Masse Ist, InThe important factors to be considered in the treatment of plastic mass with a strong tendency towards plug flow are discussed below with reference to Flg. 11, which shows an extreme example in which the plastic mass, which has an increased degree of plug flow tendency, is forced to flow through the mixing device in which the distance AL between adjacent rotating and stationary blade rings is essentially zero. In this case the plastic mass slides along the blade walls so that the average flow velocity is essentially the same over the entire cross section of the flow passage. In the worst case, the dispersion characteristic c in the rotating blade ring 4 is essentially the same as the dispersion characteristic α at the front or outlet end 9 of the feed screw 5. This phenomenon occurs when the velocity component in the circumferential direction of the mass emerging from the stationary blade ring 4 '(dispersion characteristic b in Fig. 11) is equal to the absolute value of the circumferential component of the plastic mass emerging from the feed screw, In

; der Richtung jedoch entgegengesetzt Ist.; however, the direction is opposite.

Deshalb wird, wie Fig. 12 zeigt, der Abstand AL zwischen den Dreh- und Standschaufelkränzen 4, 4' vergrö-Therefore, as shown in FIG. 12, the distance AL between the rotating and stationary blade rings 4, 4 'is increased.

•15 ßert, und zwar für einen extremen Fall um einen Wert, der Im wesentlichen der Schaufellänge / gleich ist. Damit wird aufgrund des Unterschieds sowohl in den Umfangs- wie In den Radialgeschwindigkeiten zwischen den Stand- und Drehschaufelkränzen 4, 4' die Dispersionscharakteristik b Im Standschaufelkranz 4' in die Dispersionscharakteristik d Im Abstand AL geändert, so daß die Umkehr der Dispersionscharakteristik Im Drehschaufelkranz 4 zur Dispersionscharakteristik α am Front- oder Auslaßende 9 der Spelseschnccke 5 vermieden werden kann.• 15 ßert, namely for an extreme case by a value that is essentially equal to the blade length /. Due to the difference in both the circumferential and radial speeds between the stationary and rotating blade rings 4, 4 ', the dispersion characteristic b in the stationary blade ring 4' is changed to the dispersion characteristic d at the distance AL , so that the reversal of the dispersion characteristic in the rotating blade ring 4 to Dispersion characteristic α at the front or outlet end 9 of the Spelseschnccke 5 can be avoided.

Eine solche Umkehr in der Dispersionscharakteristik, wie sie oben beschrieben wurde, kann auch durch die In den Fig. 7 und 8 gezeigte Ausbildung vermieden werden, wonach die Dreh- und Standschaufeln 3, 3' mit Ihnen einstückige kurze Schaufelblätter 16, 16' aufweisen, die, wie oben erläutert wurde, kammartig Ineinandergreifen. Alternativ kann die Anzahl Im vorausgehenden Schaufelkranz unterschiedlich zur Anzahl des folgenden Schaufelkranzes gemacht werden. Zusätzlich können geeignet ausgebildete Fortsätze In den Abstand AL zwischen den Dreh- und Standschaufelkränzen 4, 4' hinein erstreckt werden.Such a reversal in the dispersion characteristic, as described above, can also be avoided by the design shown in FIGS. 7 and 8, according to which the rotating and stationary blades 3, 3 'have short blade blades 16, 16' that are integral with them, which, as explained above, mesh like a comb. Alternatively, the number in the preceding blade ring can be made different from the number of the following blade ring. In addition, suitably designed extensions can be extended into the distance AL between the rotating and stationary blade rings 4, 4 '.

Nachfolgend wird nun die verwendete Methode für eine numerische Abschätzung des Dispersionseffekts erläutert. Zuerst wird der Ausdruck »Dispersionsfaktor«, der hler verwendet wird, wie folgt, bestimmt. Es wirdThe method used for a numerical estimate of the dispersion effect is now described below explained. First, the term "dispersion factor," which will be used below, is determined as follows. It will

' angenommen, daß eine Masse eines vorbestimmten Volumens In kleine Blöcke geleilt und die Charakteristik (Schema) dieser kleinen Blöcke neu geordnet wird. Die Masse wird dann ausgewiesen als »eine durch einen wirksamen Divisor geteilte Masse, wobei der Divisor eine Anzahl von neuen Grenzflächen darstellt, an denen die benachbarten kleinen Blöcke, welche im Schema neu geordnet worden sind, gemeinsam teilhaben«. Dieser Divisor wird dann als »Dispersionsfaktor« bezeichnet.'Assume that a mass of a predetermined volume is divided into small blocks and the characteristic (Scheme) these small blocks are rearranged. The mass is then shown as “one through one effective divisor divided mass, the divisor representing a number of new interfaces at which the neighboring small blocks, which have been rearranged in the scheme, participate together «. This Divisor is then referred to as the "dispersion factor".

; Beispielswelse ist Im Fall des Im Teil b von Fig. 9 gezeigten Dispersionsmodells der Dispersionsfaktor in der Richtung der Achse G vier und in der Umfangsrlchtung (senkrecht zur Achse G) acht. Damit ist der Gesamt-Dispersionsfaktor 4x8 = 32.; In the case of the dispersion model shown in part b of FIG. 9, the dispersion factor is four in the direction of the axis G and eight in the circumferential direction (perpendicular to the axis G). The total dispersion factor is 4x8 = 32.

Die Grenzflächendlchte q_a wird durch Multiplizieren des Dispersionsfaktors mit dem Flächeninhalt der Grenzfläche und Dividieren des Produkts durch ein Volumen, worauf noch eingegangen werden wird, erhalten. Je größer die Werte von P (Dispersionsfaktor) und q_a (Grenzflächendlchte) sind, desto größer 1st das Maß derThe interface thickness q _a is obtained by multiplying the dispersion factor by the area of the interface and dividing the product by a volume, which will be discussed later. The greater the values of P (dispersion factor) and q _a (boundary surface area), the greater the measure of the

Dispersion. Die Abschätzung der Dispersion In Form von g_A wird äußerst häufig verwendet, weil der Grenzflächenbereich einer der am meisten maßgeblichen Faktoren bei der Dispersion Ist. Der Dispersionsfaktor P eines Schaufelkranzes wird, wie folgt, mit der nachstehenden Notation berechnet:Dispersion. The estimation of the dispersion in the form of g _A is used extremely often because the interfacial area is one of the most important factors in the dispersion. The dispersion factor P of a blade ring is calculated as follows using the following notation:

P = Dispersionsfaktor
« M = Anzahl der Schaufeln In einem Kranz P = dispersion factor
«M = number of blades in a wreath

m = Anzahl der kleinen geteilten Blöcke bei Ihrem Fluß durch jeden Schaufelzwischenraum D = mittlerer Durchmesser in mm (siehe Fl g. 5) m = number of small split blocks in your flow through each blade gap D = mean diameter in mm (see Fl g. 5)

W = Abstand zwischen benachbarten Schaufeln auf dem mit D (siehe Fi g. 5) gebildeten Kreis / = axiale Schaufellänge In mm W = distance between adjacent blades on the circle formed with D (see Fig. 5) / = axial blade length in mm

ν = durchschnittliche axiale Durchflußmenge in mm/s Im Schaufelzwischenraum (die als der durchschnittlichen axialen, in Flg. 9 mit e bezeichneten Strömungsmenge am Auslaßende der Speiseschnecke gleich angenommen wird)ν = average axial flow rate in mm / s in the space between the blades (which is assumed to be the same as the average axial flow rate, denoted by e in Fig. 9, at the outlet end of the feed screw)

t = die Zelt in s, die für einen Fluß durch den Schaufelzwischenraum erforderlich ist η = Umlaufgeschwindigkeit der Speiseschnecke und der Drehschaufelgruppe In U/s t = the time in s that is required for a flow through the space between the blades η = orbital speed of the feed screw and the rotating blade group in rev / s

Zuerst werden m und P erhalten. Durch Definition sind
; m W=At ■ nnD (DFirst, m and P are obtained. By definition are
; m W = At ■ nnD (D

Substituiert man Gl. (2) In Gl. (1), so erhält manIf one substitutes Eq. (2) In Eq. (1), one obtains

TiD I ft TiDTiD I ft TiD ti\ti \

/n = — = \i) / n = - = \ i)

M νM ν

Somit istSo is

IMn (A)IMn (A)

Hier wird die folgende Notation verwendet:The following notation is used here:

ijm = Wirkungsgrad der Dosierpumpe (der die Anzahl der Teilungen der ausgetriebenen plastischen Masse pro Drehung der Speiseschnecke an deren Ausgang angibt; Im allgemeinen Ist eine einzelne Teilung gleich dem Durchmesser der Speiseschnecke) 5 ijm = efficiency of the dosing pump (which indicates the number of divisions of the expelled plastic mass per rotation of the feed screw at its outlet; in general, a single division is equal to the diameter of the feed screw) 5

H_M = der Unterschied in mm zwischen dem Innendurchmesser des Zylinders und dem Außendurchmesser der Welle der Speiseschnecke (siehe Flg. 3) H _M = the difference in mm between the inside diameter of the cylinder and the outside diameter of the shaft of the feed screw (see Fig. 3)

T = der Unterschied In mm zwischen dem Bohrungsdurchmesser (Fußkreis) der Standschaufeln und dem Außendurchmesser der Welle der Drehschaufelgruppe (siehe FI g. 5). T = the difference in mm between the bore diameter (root circle) of the stationary blades and the outer diameter of the shaft of the rotating blade group (see FI g. 5).

Damit IstSo that is

T=H_M (S) T = H _M (S)

und 15and 15

,_ Q , _ Q

^ν (6) ^ν (6)

worin Q = volumetrische Auspreßmenge In itim'/s undwhere Q = volumetric extrusion rate In itim '/ s and

Q = η/ηπϋ H_MDn (7) Q = η / ηπϋ H _M Dn (7)

Durch Substitution von Gl. (7) In Gl. (6) erhält manBy substituting Eq. (7) In Eq. (6) is obtained

₌₌ nmcDH_MDnnmcDH _M Dn

^(8)(8th)

= r\m Dn (9) = r \ m Dn (9)

Ist α=^-, so folgt · (10)If α = ^ -, it follows (10)

/ = «D (100/ = «D (100

Durch Substitution von Gl. (9) und Gl. (10') in Gl. (4) erhält manBy substituting Eq. (9) and Eq. (10 ') in Eq. (4) is obtained

aß Mn ,...ate Mn , ...

m = (11) m = (11)

nmnDnmnD

₌ «M ₍₁₂₎ 40 ₌ «M ₍₁₂₎ 40

nmnm

Hieraus folgt, daß der Wen von m unabhängig ist von der Umlaufgeschwindigkeit n, daß er aber im Verhältnis zur Zahl M der Schaufeln sowie der Schaufellänge / im umgekehrten Verhältnis zum Pumpenwirkungsgrad i]m steht. 45It follows from this that the value of m is independent of the rotational speed n, but that it is related to the number M of blades and the blade length / in the inverse relationship to the pump efficiency i] m . 45

Hierauf wird der Dispersionsfaktor P berechnet. Es sei angenommen, daß die Masse mit dem Dispersionsfaktor P= 1, wie in Flg. 13 A gezeigt Ist, durch einen Schaufelkranz neu geordnet wird, wie Fi g. 13 B zeigt. The dispersion factor P is then calculated. It is assumed that the mass with the dispersion factor P = 1, as in Flg. 13A is rearranged by a blade ring, as shown in FIG. 13B shows.

Dann IstThen

P = M- Me (13) ⁵⁰ P = M-Me (13) ⁵⁰

worin Me = der folgendermaßen erhaltene Divisor ist:where Me = the divisor obtained as follows:

Da das Volumen der Masse, wie Fig. 13 A zeigt, selbst bei Neuordnung der Dispersionscharakteristik, wie Fi g. 13 B zeigt, unverändert bleibt, ist ⁵⁵ Since the volume of the mass, as FIG. 13A shows, even if the dispersion characteristic is rearranged as shown in FIG. 13 B shows, remains unchanged, is ⁵⁵

M WMe-T=QM' (14) M WMe-T = QM ' (14)

worin t' = die für das Auspressen eines vorbestimmten Volumens notwendige Zeit ist. Unter Verwendung von Gl. (13) und Umordnung von Gl. (14) erhält man P = M ■ Me =where t '= the time necessary to squeeze out a predetermined volume. Using Eq. (13) and rearrangement of Eq. (14) one obtains P = M ■ Me =

P^At> P ^At>

W-T (15) WT (15)

seimay be N_T:N _T : Ί0Γ%^ΗΜ Ί0Γ% ^ΗΜ
M ocMM ocM
ηταητα
π At' M¹ π At ' M ¹ EsIt wird Gbecomes G P =P = = π/ At'= π / At ' dannthen P
At' P.
At' 1.(17)1. (17) Ν_ΤΜ² Ν _Τ Μ ² oderor = ηΜ² = ηΜ ²

Durch Substitution der Gl. (2), (4). (5). (7). (100 und (11) in Gl. (15) erhält man
P = nmnlfHu η At' By substituting Eq. (2), (4). (5). (7). (100 and (11) in Eq. (15) are obtained
P = nmnlfHu η At '

M OUVlM OUVl

ηταητα

(17)(17)

Pc cplPc cpl

(18) (19)(18) (19)

Af - - ■ — —Af - - ■ - -

Die Gl. (19) drückt die Dispersionsgeschwindigkeit aus.The Gl. (19) expresses the rate of dispersion.

Die Gl. (18) oder (19) zeigen, daß der Dispersionsfaktor P der Masse mit einem vorbestimmten Volumen nach Durchlauf durch einen einzelnen Schaufelkranz das Produkt der Zahl N₇- der Umdrehungen der Speiseschnecke und des Quadrats der Zahl M der Schaufeln in dem Kranz ist.The Gl. (18) or (19) show that the dispersion factor P of the mass of a predetermined volume after passing through a single blade ring is the product of the number N ₇ - the revolutions of the feed screw and the square of the number M of blades in the ring.

Als nächstes wird der Dispersionsfaktor Pc im Fall einer Mehrzahl von Schaufelkränzen berechnet. Bei einer plastischen Masse mit einem geringeren Grad an Tendenz zum Propfenfluß, wte Im Zusammenhang mit Flg. 10 beschrieben wurde (d. h., der zu Fig. 11 erläuterte extreme Pfropfenfluß tritt nicht auf), und auch im Fall des plastischen Flusses mit einem höheren Grad an Pfropfenfluß, wobei die Mischvorrichtung mit dem Abstand AL zwischen den mehr beabstandeten Schaufelkränzen, wie zu Flg. 12 erläutert wurde, zur Anwendung kommt, ist der Gesamt-Dispersionsfaktor das Produkt aus den Dispersionsfaktoren der jeweiligen Schaufelkränze. Der Dispersionseffekt im Abstand AL zwischen den Schaufel kränzen wird als vernachlässlgbar Im Vergleich zu dem in den jeweiligen Schaufelkränzen erhaltenen Dispersionsfaktor angesehen.
Es seiNext, the dispersion factor Pc in the case of a plurality of blade rings is calculated. In the case of a plastic mass with a lower degree of tendency towards plug flow, wte in connection with Flg. 10 (ie the extreme plug flow explained for FIG. 11 does not occur), and also in the case of the plastic flow with a higher degree of plug flow, the mixing device with the distance AL between the more spaced blade rings, as in FIG. 12 is used, the total dispersion factor is the product of the dispersion factors of the respective blade rings. The dispersion effect in the distance AL between the blade rings is considered to be negligible in comparison to the dispersion factor obtained in the respective blade rings.
Be it

NB = die Anzahl der Schaufelkränze (die in Fig. 3 gleich fünf und in Flg. 7 gleich vier ist) und
Pi = der Dispersionsfaktor der jeweiligen Schaufelkränze (worin /= 1, 2 und NB Ist). NB = the number of blade rings (which is five in FIG. 3 and four in FIG. 7) and
Pi = the dispersion factor of the respective blade rings (where / = 1, 2 and NB Ist).

Durch Definition folgt dann j«0 ■ ■- By definition it then follows that j «0 ■ ■ -

Pc = P(I) P (2)- P(NB) (20) Pc = P (I) P (2) - P (NB) (20)

, Es sei P (I) = P (2) = = P(NB) = P (21), Let P (I) = P (2) = = P (NB) = P (21)

Substituiert man Gl. (21) In Gl. (20), so erhält man Pc = P"" If one substitutes Eq. (21) In Eq. (20) one obtains Pc = P ""

und bei Substitution In Gl. (18) erhält man
Pc = (N₇-HPY"¹ (22) and with substitution In Eq. (18) is obtained
Pc = (N ₇ -HPY " ¹ (22)

Aus Gl. (22) folgt, daß der Gesamtdisperslonsfaktor im Verhältnis zu W₇-Af²), potenziert mit NB, steht, d. h. zurFrom Eq. (22) it follows that the total dispersion factor is _{in relation to W 7} ^{-Af 2} ) raised to the power of NB , ie to

Anzahl der Schaufelkränze.Number of blade rings.

'. Es soll nun die Mischvorrichtung gemäß elne.n Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer solchen nach '. The mixing device according to an exemplary embodiment of the invention is now intended to be followed by such a device

so dem Stand der Technik, Insbesondere mit einem statischen Mischer, der die größte Dispersionsfähigkeit hat und am einfachsten In seiner Quantallslerung Ist, verglichen werden. Die Grenzflächendichte qä wird unter den folgenden Bedingungen erhalten:according to the state of the art, in particular with a static mixer, which has the greatest dispersibility and is the simplest in its quantum resolution. The interface density qä is obtained under the following conditions:

Die Masse mit einem Volumen von 1000 cm³ wird durch eine Düse In die Gestalt eines Zylinders mit dem Radius r=20mm und der Länge i = 318 mm (was einem Volumen von 1000 cm³ gleich Ist) gepreßt. Der die Mischvorrichtung gemäß dem Ausführungsbcispiel der Erfindung enthaltende Extruder hat die folgenden technischen Daten:The mass with a volume of 1000 cm ³ is pressed through a nozzle into the shape of a cylinder with the radius r = 20 mm and the length i = 318 mm (which is equal to ^{a volume of 1000 cm 3).} The extruder containing the mixing device according to the exemplary embodiment of the invention has the following technical data:

Durchmesser des Zylinders = 65 mm
' Umlaufgeschwindigkeit der Speiseschnecke = 60 U/mln
so Anzahl der Schaufelkränze NB = 1, 2, 3, 4 oder 5Diameter of the cylinder = 65 mm
' Circulation speed of the feed screw = 60 U / mln
so number of blade rings NB = 1, 2, 3, 4 or 5

Anzahl der Schaufeln in einem Kranz M = 8Number of blades in a ring M = 8

Der statische Mischer hat 10 Arbelts- oder Mischelemente.The static mixer has 10 working or mixing elements.

Für diese erfindungsgemäße Mischvorrichtung wird angenommen, daß die Dispersion In der radialen Richtung vermieden sei, wie Fig. 14 A zeigt, und der Zylinder In eine Vielzahl von keilförmigen Kreisausschnitten 22, wie Fig. 14 B zeigt, geteilt sei. Ein starkwandlger Hohlzylinder wird durch die Düse ausgepreßt und geht durch einen Schaufelkranz, so daß der Hohlzylinder radial einwärts zusammengedrückt und In der Folge seine Hohiform beseitigt wird, d. h., der Innendurchmesser wird null. Daß keine Dispersion In der radialen RichtungFor this mixing device according to the invention it is assumed that the dispersion is in the radial direction should be avoided, as FIG. 14A shows, and the cylinder in a plurality of wedge-shaped circular sections 22, as shown in FIG. 14B, is divided. A heavily converted hollow cylinder is pressed out through the nozzle and goes by a blade ring, so that the hollow cylinder is compressed radially inward and in consequence its Hohiform is eliminated, d. that is, the inside diameter becomes zero. That there is no dispersion in the radial direction

auftreten wird, bedeutet, daß keine Dispersion in Richtung der Dicke T In Fig. 13 B erfolgt. Die Grenzflache A™ wird unter den obigen Bedingungen berechnet, d. h. ;will occur, means that there is no dispersion in the direction of the thickness T in Fig. 13B. The interface A ™ is calculated under the above conditions, ie;

(23) j i worin?r² = der Flachenbereich der jeweiligen Grenzfläche ist, wo der Zylinder, wie Fig. 14A zeigt,(23) j i where? R ² = the surface area of the respective interface where the cylinder, as shown in FIG. 14A,

rechtwinklig zu seiner Achse aufgeteilt ist, undis divided at right angles to its axis, and

rs = der Flächenbereich der jeweiligen Grenzfläche ist, wenn der Zylinder, wie Fig. 14A zeigt, irs = the surface area of the respective interface when the cylinder, as FIG. 14A shows, i

durch die mit der Zylinderachse parallelen und durch diese verlaufenden Ebenen unter- ;by the planes that are parallel to the cylinder axis and run through it;

teilt ist. 105shares is. 105

Damit wird die Grenzflächendichte 'The interface density '

pATM = -IiL ₍₂₄₎ i pATM = -IiL ₍₂₄₎ i

4^rS 4 ^rS

Die mit einem statischen Mischer nach dem Stand der Technik erhaltene Dispersion 1st in Fig. 15 A, ein Dispersionselement 23 1st In Fl g. 15 B gezeigt. :The dispersion obtained with a prior art static mixer is shown in Fig. 15A Dispersion element 23 1st in Fl g. 15B shown. :

Der Bereich A_SM der Grenzschicht oder -flache ist gegeben durch 20The area A _{SM of} the boundary layer or surface is given by 20

Asu =rs-2'°Asu = rs-2 '° (25)(25)

Somit wirdThus becomes

ASM = *!*-ASM = *! * - ""

Setzt man die vorher erläuterten Werte In diese Gleichungen ein, so ergeben sich die Tabellen I und II. 30If the previously explained values are used in these equations, Tables I and II are obtained. 30

Tabellel (Dispersionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung)Table (Dispersibility of the mixing device according to the invention)

Der Vergleich zwischen den Tabellen I und II zeigt sofort, daß die Dispersionsfaktoren Pc bei dem erfindungsgemäßen Mischer alle höher sind als bei einem Mischer nach dem Stand der Technik, und zwar ohne 55 Rücksicht auf die Anzahl der Schaufelkränze (NB). Mit zwei Kränzen Ist die Flächendichte bei dem erfindungsgemäßen Mischer etwa viermal höher als bei einem statischen Mischer, sie ist mit drei Kränzen etwa 200mal höher, mit vier Kränzen etwa 10⁴ItIaI höher und mit fünf Kränzen etwa IO'mal höher. Daraus wird klar, daß der erfindungsgemäße Mischer einem statischen Mischer in seiner Dispersionsfähigkeit sehr weit überlegen ist. ■The comparison between Tables I and II immediately shows that the dispersion factors Pc in the mixer according to the invention are all higher than in a mixer according to the prior art, regardless of the number of blade rings (NB). With two rings, the surface density of the mixer according to the invention is about four times higher than that of a static mixer, it is about 200 times higher with three ^{rings, about 10 4} times higher with four rings and about 10 times higher with five rings. It is clear from this that the mixer according to the invention is very far superior to a static mixer in terms of its dispersibility. ■

NBNB 11 22 33 10¹⁰ 10 ¹⁰ 44th • 10¹⁴ • 10 ¹⁴ 55 10¹⁷ 10 ¹⁷ PcPc 38403840 1,2·1.2 · 10⁷ 5,7·10 ⁷ 5.7 10⁹ 10 ⁹ 2,22.2 • 10¹⁰ • 10 ¹⁰ 8,3·8.3 · 10¹² 10 ¹² A_TM (mm ) A _TM (mm) 4,1 · 10⁵ 4.1 · 10 ⁵ 2,6-2.6- 10⁷ 1,6 ·10 ⁷ 1.6 10⁴ 10 ⁴ 9,89.8 •10⁵ • 10 ⁵ 6,1 ·6.1 · 10⁷ 10 ⁷ pATM(l/mm)pATM (l / mm) 4,14.1 256256 1,6·1.6 9,89.8 • 10⁴ • 10 ⁴ 6,1 ·6.1 · 10⁵ 10 ⁵ pATMpATM
pÄSM"pÄSM " 0,060.06 3,93.9 245245 1,51.5 9,4·9.4 · Tabelle IITable II (Mischer nach(Mixer after dem Stand der Technik)the state of the art) PiAiPiAi A_SM (mm²) A _SM (mm ² ) ASM (l/mm)ASM (l / mm) 10241024 6,5 · 10⁶ 6.5 · 10 ⁶ 65,265.2

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen ί|7 sheets of drawings ί |

Claims

If claims:

1. Mixing device for an extruder for pressing out liquefied or softened plastic Masses or resins with a ring directed radially outwards, around the cylindrical outer

; 5 surface of a central, about its axis rotatable shaft arranged blades, which a rotating blade group form and with a ring of radially inwardly directed, on an inner cylindrical surface of a zyllndrt-

• See vanes attached to the casing that form a standing vane group with the rotatable shaft in the

: Housing is added in such a way that the standing and rotating blade group are mutually aligned in the axial direction

are adjacent, characterized in that the ratio of the blade length (/) to the distance

'ίο (WO between the blades is at least 1.5, where the distance (HO between adjacent blades is measured on a circle with the mean blade diameter (D), and that the ratio of the blade thickness (/) to the blade length (I) is at most is equal to 0.5.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the distance between the standing as well Rotary vane group Can be expanded in the axial direction.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that on the width of the blades (3, 3 ') lying edges (15, 15 ') are designed sfchurchkantlg.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotatable shaft (2) fixed to a feed screw (5) of the extruder and the housing (8) fixed to a the feed screw receiving cylinder (10) are connected.

2 "

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a drive (12) for a

independent rotation of the shaft (2) provided and the housing (8) fixed to a discharge end of the extruder connected 1st.

6. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing (8) fixedly with a discharge end of the extruder is connected and the shaft (2) is driven by the flow of the am Discharge of the extruder is subject to extruded material.

7. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a plurality of blade rings (4) on the shaft (2) and a plurality of blade rings (4 ') are provided on the housing (8), which are arranged alternately with one another and adjacent to one another.