DE3220575A1 - Mischer fuer plastische massen - Google Patents

Description

UNIROYAL ENGLEBERT 18. Mai 1982

Reifen GmbH P 129

Mischer für plastische Massen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschrieben ist.

Mischer dieser Art dienen zum Mastizieren von Rohkautschuk, zum Herstellen von Grund- und Fertigmischungen aus Naturoder Synthesekautschuk, zum Aufbereiten von Grundmischungen, \S zum Aufwärmen und Homogenisieren von kalten Mischungen und zum Mischen von Thermoplasten.

Die plastischen, im wesentlichen hochviskosen Massen liegen in Form von Kautschukballenstücken, Fellen und Streifenmaterial oder Pellets vor. Diese Massen werden durch miteinander kämmende oder tangierend angeordnete Schaufel rotoren, die je nach Bauart mit einem Mischflügei oder mit mehreren, gegebenenfalls bis zu vier Mischflügeln, versehen sind, gefördert, geknetet und dispergiert.

Dabei werden die Massen im Spalt zwischen Rotorkammer und Kammerwand und im Bereich zwischen den Rotoren hohen Scherbeanspruchungen unterworfen.

Die über die Schaufel rotoren eingeleitete mechanische Arbeit macht die viskosen Massen fließfähig und reduziert deren Viskosität.

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Dieser Vorgang wird beeinflußt von der Rotorgeschwindigkeit und vom Stempeldruck sowie von der Temperatur der von den Massen berührten metallischen Oberflächen der Mischkammer. Mit Stempel wird der Verschluß der Einfüllö'ffnung und mit Sattel der Ver-Schluß der Auslaßöffnung bezeichnet. Mischkammer, deren Seitenwände, Rotoren und bei neuerem Mischer auch Stempel und Sattel sind temperaturgeregelt ausgeführt.

Mischer sind prinzipiell in zwei Systemen bekannt. Die erste und älteste Bauart weist zwei parallel in einem Mischergehäuse angeordnete Schaufel rotoren auf, die einander tangieren. Der Mischeffekt erfolgt dabei in erster Linie durch Scherung der Massen im Spalt zwischen Rotorschaufel und Kammerwand.

Wesentlichen Einfluß üben auf die Mischungshomogenität die Haftung der Masse an der Kammerwand und damit verbunden der öl gehalt der Massen, die Kammertemperatur und der Verschleißzustand der Kammer und der Schaufel rotoren aus.

Eine Verringerung dieser Einflüsse findet man bei der zweiten und jüngeren Bauart. Sie weist parallel angeordnete Schaufelrotoren auf, die miteinander kämmen. Die entstehenden Scherkräfte sind bei diesem System höher als beim tangierenden System. Die Höhe dieser Scherkräfte kann jedoch nachteilig sein, wenn es darum geht, scherempfindliche Füllstoffe, wie z.B. Agglomerate, in eine Mischung einzuarbeiten.

Beiden Systemen gemeinsam ist, daß mit der Steigerung der Mischintensität eine Erhöhung der Scherung und infolgedessen ein .steilerer Temperaturanstieg verbunden ist.

Das mit der Anmeldung verfolgte Ziel ist, daß eine Verbesserung in Bezug auf ein materialschonenderes Durchmischen bei insgesamt niedrigeren Temperaturen und verkürzter Mischzeit erreicht wird. Dies gilt für die beiden vorgenannten Mischsysteme.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Mischer der eingangs genannten Gattung mit einem Funktionselement zu versehen, durch das eine zusätzliche Massestromaufteilung und -umlenkung erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mischgehäuse mit radial in die Mischkammer hinein sich erstreckenden Massestromteilern versehen ist und daß die Rotorschaufel(n) an den Stellen der im Gehäuse angeordneten Massestromteiler im Rotorschaufelkamm jeweils entsprechende Durchbrüche aufweist bzw. aufweisen.

Als Massestromteiler kommen bevorzugt hochverschleißfeste Bolzen, Zapfen oder dgl. Mittel in Betracht. Die durch die Rotorschaufeln transportierte Masse wird aufgrund der Massestromteiler nun fortwährend in zahlreiche Einzelströme aufgeteilt und umgelenkt. Es werden somit zusätzlich Massestromfäden gebildet und ständig neue Oberflächen geschaffen, die die Mischintensität steigern.

Diese Massestromteiler können bevorzugt bis nahe an den Rotorkern heranreichen. Deren mischwirksames Ende ist bevorzugt konisch und die Spitze ist abgeflacht ausgebildet. Die mit solch einem Massestromteiler korrespondierende Lücke im Schaufel kamm des Rotors ist bevorzugt entweder rechteckig oder trapezartig ausgebildet.

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Der freie Lückenquerschnitt ist dabei stets etwas größer bemessen als der Stromteiler, so daß zum einen ungehindertes Kämmen von Rotorschaufel und Massestromteiler möglich ist und daß zum anderen ein gewisses geringes Massevolumen durch die Lücke mitgeschleppt werden kann.

Die Massestromteiler sind nach einem weiteren Merkmal in einer größeren Anzahl vorgesehen. Bevorzugt sind die Massestromteiler in einer oder mehreren Reihen, insbesondere Längsreihen, angeordnet; d.i. im wesentlichen achsparallel. Aufgrund der beschriebenen Mittel und Maßnahmen wird Mischwirkung nicht nur durch die Scherung im Spaltbereich zwischen Rotorschaufel kamm und Kammerwand bzw. im Bereich zwischen den Schaufel rotoren erzielt, sondern nun auch zusätzlich durch fortwährendes Teilen und Umlegen der durch die genannten Elemente erzielten Stromfäden intensiviert. Der Anteil der Scherung im Bereich der Massestromteiler ist abhängig von der Geometrie der Massestromteiler und von der Geometrie und dem freien Querschnitt der Durchbrüche im Schaufelrotorkamm.

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Damit eine rückstandsfreie Entleerung des Mischers gewährleistet ist, sind die Massestromteiler bevorzugt im Bereich oberhalb der Längsmittenlinie des Mischungsgehäuse angeordnet.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Mischer nach Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Mischer mit tangierenden Schaufel rotoren,

schematisch dargestellt im Längsschnitt, 30

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1. Fig. 2 einen Mischer mit kämmenden Schaufel rotoren,

schematisch dargestellt im Querschnitt,

Fig. 3 eine Einzelheit einer Rotorkammlücke und eines Massestromteilers aus Fig. 2.

Die Schemaskizze zeigt einen Innenmischer 1, bei dem in einem Mischgehäuse 2 zwei im wesentlichen parallel angeordnete, einander tangierende Schaufel rotoren 3,4 drehbar gelagert sind. Mit 5 sind die (nicht näher) dargestellten Rotorzapfen bezeichnet. Das Mischgehäuse 2 ist im wesentlichen im Querschnitt einer liegenden Acht ähnlich ausgebildet. Der Gehäuseinnenraum wird als Mischkammer 17 bezeichnet.

Die Rotorschaufeln sind mit 6, 6a, 7, 7a, bezeichnet. Sie weisen nutartige Lücken 8, 9 in ihren Schaufel kämmen auf. Die Kammerinnenwände sind mit 18 bezeichnet.

Durch eine (nicht dargestellte) EinfUli öffnung werden hochviskose Massen, zum Beispiel Natur- oder Synthesekautschuk und Zuschlagstoffe, zum Beispiel Füllstoffe, Weichmacher und Chemikalien, in die Mischkammer 17 eingefüllt, durch die Schaufel rotoren transportiert, geknetet, dispergiert und gemischt.

Der Mischeffekt erfolgt dabei im wesentlichen durch Scherung der Masse in dem durch die Rotorschaufeln 6, 6a, 7, 7a und der Kammerwand 18 gebildeten Spalt 16 und im übrigen im Kammerbereich 19, der sich zwischen den Schaufel rotoren befindet. Der Mischer 1 weist die zusätzlichen Mittel zum Mischen und Homogenisieren der Masse in Form von Massestromteilern 14 auf.

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Sie sind im Mischergehäuse angeordnet, haben bevorzugt die Form von Zapfen und erstrecken sich radial in die Mischkammer. Das mischwirksame Ende 15 der Zapfen ist bevorzugt konisch und die Spitze abgeflacht ausgebildet.

Während des'Mischbetriebs kämmen die Rotorschaufeln aufgrund ihrer nutartigen Durchbrüche 8, 9 mit den jeweils an den entsprechenden Stellen angeordneten Massestromteilern 14. Dadurch wird bewirkt, daß fortwährend Masseströme in weitere Teil ströme aufgeteilt und aufgrund der Transportbewegung der Rotoren umgelenkt werden. Dadurch entsteht wiederum eine Intensivierung bei der Durchmischung der Masse, weil nun zusätzliche Massestromfäden entstehen und aufgrund ihrer Form und Oberfläche in Berührung mit weiteren Masseteilchen gelangen und untergemischt werden. Hierdurch wird die Masse insgesamt homogener.

Die Scherung der Masse im Kammerwandspalt wird durch die neuen zusätzlichen Mittel in Form der Massestromteiler und Rotorschaufeldurchbrliche erhöht. Die Behandlung der Masse erfolgt . andererseits schonend. Die ständig fließfähiger werdende Masse wird sowohl von der Kammerwand als auch von den Massestromteilern immer wieder abgestreift. Das intensivere Mischen, das durch fortwährendes Aufteilen und Umlegen der Stromfäden erfolgt, verbessert die Mischqualität und verkürzt die Mischzeit.

Das Mischen erfolgt grundsätzlich unter Scherbeanspruchung und Wärmeeinfluß. Durch hohe Friktion der Masse entsteht innere Wärme. Mischkammer und Rotoren sind temperaturgeregelt. Die Massestromteiler gewährleisten hierbei, daß die beim Mischvorgang entstehenden Temperaturen auf einem insgesamt niedrigeren Temperaturniveau gehalten werden können.

Die Schemaskizze gemäß Fig. 2 zeigt einen Innenmischer 21, bei dem im Mischergehäuse 22 zwei miteinander kämmende Schaufelrotoren 23, 24 angeordnet sind. Die Schaufeln sind mit 25, 26 und die Rotorkerne sind mit 27 bezeichnet.

Die Einfimöffnung ist mit 40 und ein darin angeordneter Stempel ist mit 41 bezeichnet. Die Auslaßöffnung ist mit 42 und ein dort angeordneter sogenannter Sattel ist mit 43 bezeichnet.

Das Mischergehäuse weist eine Mischkammer mit im Querschnitt einer liegenden Acht ähnlichen Form auf. In diese Kammer hinein erstrecken sich radiale Massestromteiler 29, die fest im Gehäuse angeordnet sind. Sie können sich bis nahe an. den Rotorkern 27 erstrecken. An den Stellen vorgesehener Massestromteiler 29 sind die Schaufeln 25, 26 mit nutförmigen Durchbrüchen 28 versehen. In der Einzelheit gemäß Fig. 3 sind ein solcher Durchbruch und ein damit korrespondierender Massestromteiler in der Stellung des Zusammenwirkens dargestellt. Die Gehäusetrenn- bzw. -mitten!inie ist mit 50 bezeichnet.

Die verbesserte Mischwirkung, die materialschonende Mischbehandlung, die verkürzte Mischzeit und das insgesamt niedrig gehaltene Temperaturniveau ist bei dem hier beschriebenen Mischer mit kämmenden Rotoren durch Verwendung der beschriebenen Massestromteiler vergleichbar gut mit den Misch- und Homogenisierungswerten eines Mischers mit tangierenden Rotoren erreichbar.

Die Mischungsqualität ist bei beiden .Mischersystemen verbessert gegenüber den Standardmischern. Zusätzlich erlauben die zapfenförmigen Massestromteiler, falls sie Bohrung, Kanal oder dgl. Ausbildung aufweisen, daß sie zum Injizieren von flüssigen Mischungsbestandteilen und zur verbesserten Wärmeabfuhr benutzt werden können.

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Claims (5)

UNIROYAL ENGLEBERT 18. Mai 1982 Reifen GmbH _ . P 129 Mischer für plastische Massen Patentansprüche:

1.1 Mischer für plastische Massen, insbesondere hochviskose Kautschukmischungen und Thermoplaste, mit einem Mischergehäuse, das eine im Querschnitt achtähnliche Mischkammer mit zylindrischen Kammerwänden aufweist und über eine Ein-. füllöffnung sowie eine Auslaßöffnung verfügt, und mit in der Mischkammer drehbar angeordneten, zueinander parallelen, kämmenden oder einander tangierenden Schaufel rotoren, die jeweils mit mindestens einer Rotorschaufel versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischergehäuse (2,22) mit radial in die Mischkammer (1?) sich erstreckenden Massestromteilern (14,29) versehen ist und daß die Rotorschaufeln (6,26) an den entsprechenden Stellen Durchbrüche (8,28) im Schaufel kamm aufweisen.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenstromteiler (14,29) radial bis nahe an den Rotorkern (27) heranreichend vorliegen.

3. Mischer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Massestromteiler (14,29) oberhalb der horizontalen Gehäusemittenlinie (50) im Mischergehäuse (2,22) angeordnet sind.

4. Mischer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Massestromteiler (14,29) in einer oder mehreren Längsreihen angeordnet sind.

5. Mischer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Massestromteiler (14,29) als Zapfen mit konisch ausgebildetem Ende (30) und abgeflachter Spitze (31) vorliegt.

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