DE3220575C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer für plastische Massen, insbesondere hochviskose Kautschukmischungen und Thermoplaste, mit einem Mischergehäuse, das eine Mischkammer mit achtähnlichem Querschnitt und zylindrischen Kammerwänden aufweist, an deren Umfang eine Einfüllöffnung sowie eine Auslaßöffnung vorgesehen sind, und mit in der Mischkammer drehbar angeordneten, zueinander parallelen, kämmenden oder einander tangierenden Schaufelrotoren, die jeweils mit mindestens einer Rotorschaufel mit sich bis zur Mischkammerwand erstreckendem Schaufelkamm versehen sind.

Mischer dieser Art dienen zum Mastizieren von Rohkautschuk, zum Herstellen von Grund- und Fertigmischungen aus Natur- oder Synthesekautschuk, zum Aufbereiten von Grundmischungen, 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 tangierende angeordnete Schaufelrotoren, die je nach Bauart mit einem Mischflügel 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 Schaufelrotoren eingeleitete mechanische Arbeit macht die viskosen Massen fließfähig und reduziert deren Viskosität.

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 Einfüllöffnung und mit Sattel der Verschluß der Auslaßöffnung bezeichnet. Mischkammer, deren Seitenwände, Rotoren und bei neueren Mischern auch Stempel und Sattel sind temperaturgeregelt beheizbar ausgeführt.

Mischer der genannten Art sind prinzipiell in zwei Systemen bekannt. Die erste und älteste Bauart weist zwei parallel in einem Mischergehäuse angeordnete Schaufelrotoren 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 Ölgehalt der Massen, die Kammertemperatur und der Verschleißzustand der Kammer und der Schaufelrotoren 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.

Es sind des weiteren eine Knetvorrichtung bzw. Strangpresse nach DE-PS 8 79 913 mit mehreren, in einem Gehäuse sich gleichsinnig drehenden Förderschnecken und ein Extruder nach DE-OS 22 35 784 mit einer Förderschnecke bekannt, bei denen im Gehäuse angeordnete, sich radial erstreckende, zapfenförmige Mischelemente vorgesehen sind.

Die Strangpresse, bei der nach Ganghöhe und Gangtiefe unterschiedliche Schneckenabschnitte vorliegen, zwischen denen ein gangfreier Bereich ausgebildet ist, weist an diesen Stellen ruhende Stauflächen auf. Sie bewirken, daß die schneckenförmig strömende Masse auf kürzestem Wege von dem einen in den anderen Schneckenabschnitt transportiert wird. Durch die Stauflächen wird der Massenwiderstand geregelt; denn sie sind drehverstellbar. Hohe Scherungskräfte werden hierbei nicht erzeugt. Der Extruder weist eine Förderschnecke mit durchbrochenen Schneckenstegen auf. An den Stellen der Stegdurchbrüche ist das Gehäuse mit ruhenden Mischstiften versehen, die in den Schneckenkanal radial hineinragen. Die schneckenförmig bewegte Masse wird hierbei um die ruhenden Mischstifte herumbewegt.

Durch die weitgehend scherungsfreie Umströmung werden stets neue Schichten der Masse im Schneckenkanal gebildet, die eine Masseteilchenhomogenisierung bewirken.

Damit wird eine Verbesserung in Bezug auf ein materialschonenderes Durchmischen bei insgesamt niedrigen Temperaturen und verkürzter Mischzeit erreicht. 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, um hierdurch die Scherstellen, die Friktion im Rotorschaufelspalt bewirken, wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufelrotoren an der Peripherie ihrer Schaufelkämme nutartige Durchbrüche aufweisen, die mit in den Durchbrüchen Scherkraft erzeugenden, mischergehäusefesten, zapfenartigen Massestromteilern korrespondieren.

Hierdurch liegen zusätzliche Überströmungsräume vor und zusätzlich zur Rotorschaufelspaltfriktion wird die insbesondere hochviskose Masse durch die zapfenartigen Massestromteiler unter Scherung wieder aus ihnen herausgepreßt. Dadurch wird eine verbesserte Mastizierung der Masse erreicht.

Als Massestromteiler kommen bevorzugt hochverschleißfest 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 zusätzliche Massestromfäden gebildet und ständig neue Oberflächen geschaffen, die die Mischintensität steigern.

Die Massestromteiler reichen bevorzugt radial bis nahe an den Rotorkern heran. Deren mischwirksames Ende ist bevorzugt konisch und die Spitze ist abgeflacht ausgebildet. Die mit solch einem Massestromteiler korrespondierende Lücke im Schaufelkamm des Rotors ist bevorzugt entweder rechteckig oder trapezartig ausgebildet.

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 zweckmäßig 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 Rotorschaufelkamm und Kammerwand bzw. im Bereich zwischen den Schaufelrotoren 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.

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

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Mischer mit tangierenden Schaufelrotoren, schematisch dargestellt im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Mischer mit kämmenden Schaufelrotoren, schematisch dargestellt im Querschnitt,

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

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

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

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

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

Sie sind im Mischergehäuse angeordnet, haben 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 Teilströme 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 zusätzlichen Mittel in Form der Massestromteiler und Rotorschaufeldurchbrüche 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 Einfüllöffnung 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 einer 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. -mittenlinie ist mit 50 bezeichnet.

Die verbesserte Mischwirkung, die materialschonende Mischbehandlung, die verkürzte Mischzeit und das insgesamt niedrig gehaltene Temperaturniveau bei dem hier beschriebenen Mischer mit kämmenden Rotoren sind durch Verwendung der beschriebenen Massestromteiler vergleichbar gut auch mit einem Mischer mit tangierenden Rotoren erreichbar.

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

Claims (5)

1. Mischer für plastische Massen, insbesondere hochviskose Kautschukmischungen und Thermoplaste, mit einem Mischergehäuse, das eine Mischkammer mit achtähnlichem Querschnitt und zylindrischen Kammerwänden aufweist, an deren Umfang ein Einfüllöffnung sowie eine Auslaßöffnung vorgesehen sind, und mit in der Mischkammer drehbar angeordneten, zueinander parallelen, kämmenden oder einander tangierenden Schaufelrotoren, die jeweils mit mindestens einer Rotorschaufel mit sich bis zur Mischkammerwand erstreckendem Schaufelkamm versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelrotoren (3, 4; 23, 24) an der Peripherie ihrer Schaufelkämme nutartige Durchbrüche (8, 9; 28) aufweisen, die mit in den Durchbrüchen (8, 9; 28) Scherkraft erzeugenden, mischergehäusefesten, zapfenartigen Massestromteilern (14; 29) korrespondieren.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massestromteiler (14; 29) radial bis nahe an den Rotorkern (27) heranreichen.

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

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

5. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Massestromteiler (14; 29) als Zapfen mit konisch ausgebildetem Ende (30) und abgeflachter Spitze (31) ausgebildet sind.