DE3300116A1

DE3300116A1 - Verarbeitungsvorrichtung mit einem drehbaren element

Info

Publication number: DE3300116A1
Application number: DE19833300116
Authority: DE
Inventors: Gary Samuel 06516 West Haven Conn. Donoian; Lefteris Nickolas Valsamis; Jan-Chin 14534 Pittsford N.Y. Yang
Original assignee: Usm Corp 06032 Farmington Conn; USM Corp
Current assignee: Farrel Corp
Priority date: 1982-01-04
Filing date: 1983-01-04
Publication date: 1983-07-14
Also published as: IT1159804B; IT8319008A1; NL8300005A; JPH0230845B2; FR2519288A1; IT8319008A0; GB2112701B; GB2112701A; JPH0317612B2; US4411532A; JPS58160031A; FR2519288B1; JPS58160131A

Description

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USM Corporation 4. Januar 1983

Farmington, Connecticut 06032 U 4332

Zusteliadresse;
131 miiott Street
Beverly, MA 01915
USA

Beschreibung

Verarbeitungsvorrichtung mit einem drehbaren Element

Hintergrund der Erfindung

(1) Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verarbeitungsvorrichtung. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtungen, die insbesondere für die Verarbeitung von Kunststoff und polymeren Stoffen geeignet sind.

(2) Beschreibung des Standes der Technik Rotierende Verarbeitungsvorrichtungen bzw. Prozessoren sind im Stand der Technik bekannt. Einzelheiten bezüglieh derartiger Verarbeitungsvorrichtungen sind in den US-Patentschriften 4 142 805, 4 194 841, 4 207 004, 4 213 709, 4 227 816, 4 255 059, 4 289 319 und 4 300

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beschrieben. Alle oben aufgeführten Patente werden hier per Bezugnahme einbezogen.

Mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtungen sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt. Die US-PS 4 227 816 bezieht sich speziell auf eine rotierende Verarbeitungsvorrichtung mit zwei Stufen in drei Bereichen. Rotierende Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der US-PS 4 227 816 umfassen ein drehbares Element oder einen Rotor, der eine Vielzahl von Verarbeitungskanälen trägt, und ein stationäres Element, welches eine koaxiale Verschlußfläche bereitstellt, die in Verbindung mit den Kanälen derart wirkmäßig angeordnet ist, daß abgeschlossene Verarbeitungsdurchgänge geschaffen sind.

Außerdem sind dem stationären Element Einlasse, Auslässe und Absperrglieder bzw. Blockierungsglieder für jeden Durchgang zugehörig, und Materialübertragungsdurchgänge oder -nuten, die in der Verschlußfläche des stationären Elements gebildet sind, sind so angeordnet, daß Material von einem Durchgang (oder von Durchgängen) einer Stufe zu einem Durchgang (oder Durchgängen) einer anderen Stufe hin übertragen wird. Wie in der US-PS 4 227 816 angegeben, umfaßt eine Verarbeitungsstufe zwei primäre Bereiche oder Abgabebereiche. Jeder primäre Bereich oder Abgabebereich der ersten Stufe ist am jeweiligen Ende des Rotors angeordnet. Die betreffenden Bereiche sind voneinander durch eine zweite Verarbeitungsstufe getrennt, welche Material von jedem Bereich der ersten Stufe aufzunehmen imstande ist.

Die US-PS 4 213 709 bezieht sich ebenfalls auf eine mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtung, die zwei Verarbeitungsstufen bereitstellt, welche eine primäre Verarbeitungsstufe umfassen, die mit einer weiteren Verarbeitungsstufe verbunden ist. Die bevorzugte Verarbeitungsvorrichtung umfaßt zwei primäre

Verarbeitungsdurchgänge, deren jeder am jeweiligen Ende des Rotors angeordnet ist, wobei die primären Verarbeitungsdurchgänge durch zwei weitere Verarbeitungsdurchgänge getrennt sind, welche Material aus den primären Verarbeitungsdurchgängen aufzunehmen imstande sind. Bei den Verarbeitungsvorrichtungen, wie sie in den US-Patentschriften 4 213 709 und 4 227 816 beschrieben sind, sind die Durchgänge, welche Material aus Durchgängen einer anderen Stufe aufzunehmen imstande sind, von einer ausgewählten Geometrie in bezug auf die Geometrie der Durchgänge, aus dem das Material aufgenommen wird. Im wesentlichen ist die Geometrie dabei so gewählt, daß der Materialaufnähmedurchgang die Fähigkeit erhält, Material mit einer Volumenrate zu verarbeiten und abzugeben, die niedriger ist als die Volumenrate, mit der Material von dem Durchgang aufgenommen wird. Derartige Geometrien gewährleisten ein vollständiges Füllen der Aufnahmedurchgänge und sorgen demgemäß für eine gleichmäßige Abgaberate und einen gleichmäßigen Abgabedruck bezüglich des in dem Materialaufnahmedurchgang verarbeiteten Materials.

Es haben sich jedoch ernsthafte Komplikationen in mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen herausgebildet, die Materialaufnahmedurchgänge aufweisen, in denen eine unterschiedliche Geometrie für Durchgänge erforderlich ist, welche Material von einem Durchgang bzw. von Durchgängen einer anderen Stufe aufnehmen. So erfordern beispielsweise gewisse Polymerprozesse eine Durchgangsgeometrie, die dem Durchgang die Fähigkeit vermittelt, Material mit einer Volumenrate zu verarbeiten und abzugeben, die höher ist als die Rate, mit der Material durch den Durchgang aufgenommen wird. Dieser Unterschied oder diese fehlende Übereinstimmung zwischen der Rate, mit der der Durchgang Material aufnimmt, und der Volumen/Raten-Fähigkeit des Durchgangs, Material zu verarbeiten und abzugeben,

-ιοί kann hohe Druck-, Strömungs- und TemperaturSchwankungen in den Verarbeitungsdurchgängen und insbesondere bei der Abgabe der rotierenden Verarbeitungsvorrichtung hervorrufen.
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Die Erfindung ist auf mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtungen gerichtet, die einen neuen, verbesserten Aufbau aufweisen, der spezielle Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Produktqualität und der Gesamt-Verarbeitungsleistungseigenschaft mit sich bringt.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung;

Die neuen mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung umfassen ein eine Vielzahl von ringförmigen Kanälen aufweisendes bzw. tragendes drehbares Element und ein stationäres Element, welches eine koaxiale Verschlußfläche darstellt, die wirkmäßig in bezug auf die Kanäle derart angeordnet ist, daß umschlossene Verarbeitungsdurchgänge geschaffen sind. Die so gebildeten Verarbeitungsdurchgänge sind so ausgelegt, daß eine Vielzahl von miteinander verbundenen Verarbeitungsdurchgängen geschaffen ist, die eine erste Verarbeitungsstufe und eine zweite Verarbeitungsstufe mit inneren und äußeren Bereichen umfassen, welche durch eine dritte Verarbeitungsstufe getrennt sind. Jede Verarbeitungsstufe weist zumindest einen Durchgang mit einer Einlaßeinrichtung, einer Auslaßeinrichtung und einem Kanalabsperrglied auf, welches dem stationären Element zugehörig und so angeordnet ist, daß das dem Einlaß zugeführte Material durch die drehbaren Kanalwände zu dem Absperrglied hin nach vorn geführt werden kann, um von dem Durchgang abgegeben zu werden.

Die Materialübertragungsnuten sind in der koaxialen Oberfläche des stationären Elements gebildet, um Einrichtungen bereitzustellen, mit deren Hilfe Material zwischen den Verarbeitungsstufen übertragen wird. Eine Materialübertragungsnut ist dabei so angeordnet, daß sie Material von den Verarbeitungsdurchgängen der ersten Verarbeitungsstufe zu einem Verarbeitungsdurchgang des inneren Bereiches der zweiten Verarbeitungsstufe zu übertragen vermag. Eine weitere Materialübertragungsnut ist so angeordnet, daß Material aus einem Verarbeitungsdurchgang des inneren Bereichs zu einem Verarbeitungsdurchgang des äußeren Bereiches der zweiten Verarbeitungsstufe übertragen wird. Schließlich ist eine weitere Materialübertragungsnut so angeordnet, daß Material von einem Verarbeitungsdurchgang des äußeren Bereichs zu einem Verarbeitungsdurchgang der dritten Verarbeitungsstufe übertragen wird. Das zu einem Verarbeitungsdurchgang der dritten Verarbeitungsstufe übertragene Material kann zu einem weiteren Verarbeitungsdurchgang der dritten Verarbeitungsstufe übertragen oder direkt von der Verarbeitungsvorrichtung abgegeben werden.

Einzelheiten bezüglich der neuen mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung sowie die aus derartigen Verarbeitungsvorrichtungen abgeleiteten Vorteile werden aus der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen vollständiger ersichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

unter veranschaulichung einer Anordnung von Verarbeitungsdurchgängen, die erste, zweite und dritte Verarbeitungsstufen bilden, Fig. 2 eine Perspektivansicht einer rotierenden Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Darstellung teilweise im Schnitt und teilweise gebrochen gezeigt ist, Fig. 3 eine vereinfachte Schnittansicht der in Fig.

dargestellten rotierenden Verarbeitungsvorrichtung längs der Linie 3-3 gemäß Fig. 2, Fig. 4 eine vereinfachte Schnittansicht eines Verarbeitungsdurchgangs einer ersten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 eine vereinfachte Schnittansicht eines Verarbeitungsdurchgangs der zweiten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie 5-5 in Fig. 1,

Fig. 6 eine vereinfachte schematische Darstellung der Zwischenverbindung der Verarbeitungsdurchgänge von rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung mittels einer Materialübertragungsnut, wobei Pfeile die Materialströmungsrichtung von einem Verarbeitungsdurchgang zu einem anderen Verarbeitungsdurchgang anzeigen, Fig. 7 eine vereinfachte Schnittansicht eines weiteren Verarbeitungsdurchgangs der zweiten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie 7-7 in Fig. 1,

Fig. 8 eine vereinfachte Schnittansicht eines noch weiteren Verarbeitungsdurchgangs der zweiten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung gemäß Fig.1 längs der Linie 8-8 in Fig. 1,

Fig. 9 eine vereinfachte Schnittansicht eines Verarbeitungsdurchgangs der dritten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie 9-9 gemäß Fig. 1,

Fig. 10 eine Darstellung von grafischen Daten, die während des Betriebs einer rotierenden Verarbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1 aufgezeichnet worden sind,

Fig. 11 und 12 vereinfachte Schnittansichten von der zweiten Stufe zugehörigen Verarbeitungsdurchgängen, die weitgehend identisch mit den Durchgängen gemäß Fig. 5 bzw. 7 sind, wobei jedoch zusätzliche Verarbeitungselemente in den Durchgangen angeordnet sind,

Fig. 13 eine Schnittdraufsicht des Durchgangs gemäß

Fig. 12, unter Veranschaulichung der Verarbeitung von Material, welches sich durch den Durchgang bewegt,

Fig. 14 eine vereinfachte Schnittansicht eines der

zweiten Stufe zugehörigen Verarbeitungsdurchgangs, der weitgehend identisch mit dem Verarbeitungsdurchgang gemäß Fig. 8 ist,, wobei allerdings zusätzliche Verarbeitungselemente in dem Durchgang angeordnet sind.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Unter. Bezugnahme zunächst auf Fig. 1 sei angemerkt, daß neue mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtungen bzw. Prozessoren gemäß der Erfindung ein drehbares Element enthalten, welches einen Rotor 12 umfaßt, der auf einer Antriebswelle 14 zur Drehung innerhalb eines stationären Elements gelagert ist, welches eine Gehäuse 16 umfaßt. Der Rotor 12 trägt eine Vielzahl von Verarbeitungskanälen 21,23,25,27,29,31,33,35, deren jeder gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die von der Rotorfläche 20 aus nach innen verlaufen. Die Einrichtungen zur Drehung des Rotors 12 sind mit M bezeichnet, da derartige Einrichtungen von irgendeinem

geeigneten Typ sein können, wie er üblicherweise zur Drehung von Extrudern oder entsprechenden Polymere verarbeitenden Vorrichtungen verwendet wird und da derartige Einrichtungen im Stand der Technik an sich bekannt sind. Ein Gehäuse 16 des stationären Elements stellt eine koaxiale Verschlußfläche 38 bereit, die mit der Oberfläche 20 des Rotors 12 derart zusammenwirkend angeordnet ist, daß mit den Kanälen 21,23,25,27,29,31, 33 und 35 umschlossene Verarbeitungsdurchgänge 22,24, 26,28,30,32,34 bzw. 36 gebildet sind.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Verarbeitungsdurchgänge so angeordnet und ausgelegt, daß eine Vielzahl von Verarbeitungsstufen geschaffen ist. Die Verarbei-' tungsdurchgänge 22,24,26 und 28 stellen die erste Stufe bereit. Die zweite Stufe umfaßt innere und äußere Bereiche mit den Durchgängen 30 und 32, die den inneren Bereich bilden, während der Durchgang 36 den äußeren Bereich bildet. Die dritte Stufe ist durch den Durchgang 34 geschaffen bzw. gebildet,. und die dritte Stufe ist zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich der zweiten Stufe angeordnet und trennt diese Bereiche. Wie weiter unten noch im einzelnen erläutert werden wird, sind die Stufen durch Materialübertragungsnuten miteinander verbunden, die in der Oberfläche 38 gebildet und so angeordnet sind, daß in einer Stufe verarbeitetes Material zu einer anderen Stufe hin übertragen werden kann.

Mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung können eine Vielzahl von Kombinationen und Verarbeitungsstufen bilden. Normalerweise umfaßt die erste Stufe eine Plastifizierungsoperation, die so ausgelegt ist, daß das der Verarbeitungsvorrichtung zugeführte Material geschmolzen oder erweicht wird oder daß sonstwie die Fließfähigkeit des betreffenden Materials erhöht wird. Die zweite Stufe führt eine

Verbundoperation aus, die das Mischen, Homogenisieren oder die Entgasungsverminderung des in der ersten Stufe verarbeiteten Materials oder die Hinzufügung von Ingredienzien oder die Entfernung von Ingredienzien aus dem in der ersten Stufe verarbeiteten Material umfassen kann. Der dritten Stufe ist normalerweise eine Druck- oder Pumpfunktion zugewiesen, um das in der zweiten Stufe verarbeitete Material aus der Verarbeitung svorri chtung abzuführen. Für Darstellungszwecke umfaßt die mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtung, wie sie nachstehend beschrieben wird, eine erste Stufe zum Schmelzen - oder zumindest zum teilweisen Schmelzen - von polymerem Material, eine zweite Stufe zum Mischen des in der ersten Stufe verarbeiteten polymeren Materials und eine dritte Stufe für die Abgabe des in der ersten und zweiten Stufe verarbeiteten Materials aus der Verarbeitungsvörrichtung.

Gemäß Fig. 2 und 4 wird Material, wie plastifiziertes oder nicht plastifiziertes polymeres Material, in geeigneter Weise der mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtung von einem Trichter 40 her zugeführt, der mit dem Einlaß 42 in Verbindung steht. Wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, verläuft die koaxiale Fläche des Gehäuses 16 über ihren größten Teil zylindrisch; sie ist jedoch vorzugsweise mit Hinterschnitten 44 versehen, die über die Teile der Kanäle 21,23,25 und 27 und neben dem Einlaß 42 verlaufen. Die Hinterschnitte weisen eine solche Breite auf, daß ihre Seitenwände über die zylindrischen Teile 20 des Rotors 12 hinaus verlaufen, um Einlaßkammern zu bilden, welche so ausgelegt sind, daß sie die Zuführung polymerer Feststoffe in jeden Durchgang der ersten Stufe unterstützen.

Im Betrieb wird Material unter der Wirkung der Erdschwerkraft oder durch die Ausnutzung von Kraft-Zuführ-

einrichtungen der Verarbeitungsvorrichtung durch den Einlaß 42 zugefiixirt und durch die Hinterschnitte 44 in die Kanäle 21,23,25 und 27 hineingedrückt. Die Situation ist in Fig. 2 und 4 veranschaulicht. Fig.2 veranschaulicht dabei einen Bereich des Rotors 12, der die Kanäle 21,23,25 und 27 der Verarbeitungsdurchgänge der ersten Stufe und den Kanal 29 des ersten Durchgangs des inneren Bereichs der zweiten Stufe trägt. Fig. 4 veranschaulicht den Durchgang 28 der ersten Stufe, der mit dem Kanal 27 gebildet ist, welcher dieselben Abmessungen und dieselbe Anordnung von Strukturelementen aufweist wie die anderen Durchgänge 22,24 und 26 der ersten Stufe. Jeder Verarbeitungsdurchgang der ersten Stufe umfaßt ein Kanalabsperrglied 48, welches nahe der Materialübertragungsnut 50 der ersten Stufe angeordnet ist, die so gelegt ist, daß eine Verbindung mit jedem ersten Durchgang vorliegt. Die Übertragungsnut 50 ist vorzugsweise über einen Hauptteil des Umfangsabstands um den Verarbeitungsdurchgang von dem Einlaß 42 aus in Abstand vorgesehen.

Wie dargestellt (Fig. 2 und 3), stellt jedes Absperrglied 48 eine Materialabsperr- und Materialsammel-Endwandfläche 52 für jeden Durchgang der ersten Stufe bereit. Demgemäß wird im Betrieb die Bewegung der Materialhauptmasse des jedem Durchgang der ersten Stufe zugeführten Materials abgesperrt, und eine Relativbewegung wird zwischen den sich bewegenden Kanalwänden und dem abgesperrten Material hervorgerufen. Die so herbeigeführte Relativbewegung ruft Reibungswärme an der sich bewegenden Wand und innerhalb der Materialmasse hervor. Darüber hinaus werden die Kanalwände der Verarbeitungsdurchgänge der ersten Stufe - und vorzugsweise sämtliche Kanalwände der Verarbeitungsvorrichtung normalerweise erwärmt, wie mittels eines Wärmeübertragungsfluids, das in bekannter Art und Weise den Kammern 6 (Fig. 1) zugeführt wird. Einzelheiten

bezüglich geeigneter Erwärmungseinrichtungen lassen sich den US-Patentschriften 4 142 805 und 4 194 841 entnehmen.

Normalerweise führt die Wirkung der Kanalwände im Zuge des MitZiehens von Material nach vorn zur progressiven Druckausbildung um den Durchgang herum, und der maximale Druck in jedem der Verarbeitungsdurchgänge der ersten Stufe ist normalerweise an der Fläche 52 des Absperrgliedes 48 erreicht. Die Oberfläche 52 des jeweiligen Verarbeitungsdurchgangs der ersten Stufe ist so geformt und bemessen oder sonstwie angepaßt, daß Material für die Abgabe aus dem Durchgang gesammelt wird.

Das in der ersten Stufe verarbeitete Material wird aus jedem Durchgang durch die Materialübertragungsnut 50 (Fig. 2 und 3) abgeführt. Die Ubertragungsnut 50 ist in der koaxialen Fläche 38 neben der Oberfläche 52 des Absperrgliedes 48 und auf der Stromaufwärtsseite dieser Oberfläche gebildet. Die Ubertragungsnut 50 verläuft parallel zur Achse des Rotors 12, wobei das offene Ende der Nut 50 so angeordnet ist, daß es verarbeitetes Material aufnimmt, welches an der Oberfläche 52 des jeweiligen Durchgangs gesammelt ist, und das aufgenommene Material über die Oberflächen 20 zwischen den Durchgängen der ersten Stufe zur Abgabe an den Verarbeitungsdurchgang 30 der zweiten Stufe weiterleitet. Wie in Fig. 2 und 3 veranschaulicht, stellt der größte äußere Anschlußteil der Nut 50 einen Einlaß für den Durchgang 30 dar.

Die in Fig. 1 dargestellte erste Stufe weist vier Verarbeitungsdurchgänge von nahezu identischer Form und mit nahezu identischen Abmessungen auf. Dabei können mehr oder weniger Durchgänge verwendet werden, und es können auch Durchgänge der ersten Stufe

_m φ _{w w} V - — -

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verwendet werden, die von anderen !Durchgängen der ersten Stufe verschieden sind hinsichtlich der Form, der Abmessungen und der Geometrie.

Die zweite Verarbeitungsstufe von mehrstufigen Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung umfaßt innere und äußere Bereiche, die durch zumindest einen Verarbeitungsdurchgang der dritten Stufe getrennt sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, stellen die Durchgänge und 32 den inneren Bereich der zweiten Stufe dar, während der Durchgang 36 den äußeren Bereich darstellt. Wie in Fig. 2, 3 und 4 veranschaulicht, wird Material aus den Verarbeitungsdurchgängen der ersten Stufe an den ersten Durchgang 30 des inneren Bereichs über die Ubertragungsnut 50 abgegeben.

Wie erwähnt, sind die Verarbeitungsdurchgänge der zweiten Stufe so ausgelegt, daß Verbundoperationen bezüglich des in der ersten Stufe verarbeiteten Materials ausgeführt werden. Bei der dargestellten Verarbeitungsvorrichtung ist die zweite Stufe so ausgelegt, daß das von der ersten Stufe abgegebene geschmolzene oder teilweise geschmolzene Material wirksam durchmischt.wird. Ein Verarbeitungsdurchgang, dem die Funktion' des wirksamen Durchmischens von viskosem Material zugewiesen ist, erfordert eine Geometrie, die verschieden ist von der Geometrie der Polymerschmelzdurchgänge der ersten Stufe. Wie in Fig. 1 beispielsweise gezeigt, weisen die Durchgänge des inneren Bereichs der zweiten Stufe parallele Seiten auf und sind weiter als die Durchgänge der ersten Stufe. Dieser Unterschied in der Geometrie ruft eine Veränderung zwischen der Rate, mit der in der ersten' Stufe verarbeitetes Material an den Durchgang der zweiten Stufe abgegeben wird, und der Kapazität des Durchgangs der zweiten Stufe hervor. Wie erwähnt, bringt der betreffende Unterschied möglicherweise schwerwiegende

Schwankungen in der Temperatur, in der Strömung und im Druck in den Verarbeitungsdurchgängen-und speziell im Abgabebereich der Verarbeitungsvorrichtung mit sich.

Die Auswirkung dieses Unterschieds kann am besten dadurch ersichtlich werden, daß die Unterschiede veranschaulicht werden, die zwischen der Abgaberate des in der ersten Stufe verarbeiteten Materials und der Verarbeitungs- und Abgabekapazität eines Durchgangs der zweiten Stufe vorhanden sein können, der eine solche ausgewählte Geometrie aufweist, daß eine effektive Durchmischung erzielt wird. Wie erwähnt, kann eine dargestellte mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtung gemäß der"Erfindung eine erste Stufe mit vier Durchgängen umfassen, die parallel arbeiten und die so ausgelegt sind, daß beispielsweise ein gesamtes Verarbeitungsvolumen.der ersten Stufe von 4916,1 cm (300 Kubikzoll) erzielt ist. Derartige Verarbeitungsvorrichtungen können bei einer Drehzahl im Bereich zwischen 50 und 150 U/min betrieben werden.

Unter derartigen Bedingungen kann die Abgaberate des geschmolzenen Materials für den Durchgang der zweiten Stufe zwischen 181,44 kg/h und 1134 kg/h (entsprechend 400 bis 2500 lb/h) liegen, und zwar in Abhängigkeit von der Kanalwandgeschwindigkeit und den Pplymereigenschaften. Es ist jedoch ein relativ breiter Mischdurchgang der zweiten Stufe für ein wirksames Durchmischen erforderlich, und ein für ein wirksames Durchmischen ausgewählter Mischdurchgang der zweiten Stufe kann mit einer Geometrie versehen sein, die imstande ist, Material mit einer Rate zwischen 3402 kg/h und 10206 kg/h (entsprechend 7500 bis 22500 lb/h) zu verarbeiten und abzugeben, und zwar bei Drehzahlen zwischen 50 und 150 U/min. Rotierende Verarbeitungs-Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind so ausgelegt, daß die effektive Ausnutzung der Durchgänge ermöglicht ist, die diesen Unterschied zwischen den Zuführungs-

und Verarbeitungs- oder Abgaberaten mit sich bringen.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1,2 und 3 sei angemerkt, daß das in der ersten Stufe verarbeitete Material mittels der Nut 50 zu dem ersten Durchgang des inneren Bereiches der zweiten Stufe übertragen wird. Bei rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung wird das in der ersten Stufe verarbeitete Material in dem Durchgang 30 durch die Relativbewegung wirksam durchmischt,· die zwischen dem durch das Absperrglied 54 (Fig. 5) abgesperrten Material und den sich bewegenden Kanalwänden des Durchgangs 30 hervorgerufen wird, der das Material nach vorn zu der Materialsammei- und Materialabsperr-Endwandflache 56 zieht oder leitet. Bei mehrstufigen Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung sind die Absperrglieder der Verarbeitungsdurchgänge des inneren Bereiches (das sind die Glieder 54 und 60 - Fig. 5 und 7) um etwa 180° von der Umfangsposition der Durchgangs-Absperrglieder 48 der ersten Stufe aus versetzt angeordnet. Demgemäß bewegt sich in dem ersten Durchgang des inneren Bereiches das Material um etwa eine halbe Umdrehung durch den Durchgang, bevor das Absperrglied erreicht ist. Das an der Oberfläche 54 des Gliedes 54 abgesperrte bzw. blockierte und gesammelte Material wird aus dem Durchgang 30 durch die Materialübertragungsnut 58 des inneren Bereiches abgeführt.

Die Übertragungsnut 58 ist in Fig. 6 gezeigt, bei der es sich um eine idealisierte und vereinfachte Darstellung handelt, in der Pfeile die Strömungsrichtung in den Materialübertragungsnuten in bezug auf Absperrglieder veranschaulichen, die in den Durchgängen der inneren und äußeren Bereiche der zweiten Stufe angeordnet sind, sowie in bezug auf ein Absperrglied, welches in einem Durchgang der dritten Stufe angeordnet

ist. Wie dargestellt, ist die Ubertragungsnut 58 in der koaxialen Fläche 38 gebildet und so ausgelegt bzw. angeordnet, daß an der Fläche 56 gesammeltes Material aufgenommen und das betreffende gesammelte Material über die Fläche 20 zwischen dem Durchgang 30 und 32 der inneren Stufe geleitet werden kann. Im wesentlichen kann das offene Ende der Ubertragungsnut 58, wie dargestellt, parallel zur Achse des Rotors 12 im Bereich des Durchgangs 30 auf der Stromabwärtsseite der Fläche 56 verlaufen, sodann quer zur Achse des Rotors 12 über die Fläche 20 und dann parallel zur Achse des Rotors 12 im Bereich des Durchgangs 32 auf der Stromabwärtsseite des Absperrgliedes 60 verlaufen. Bei einer derartigen Anordnung stellt die Ubertragungsnut einen Auslaß für die Materialabgabe aus dem ersten Durchgang 30 der inneren Stufe und einen Einlaß für die Zuführung von Material zu dem zweiten Durchgang 32 des inneren Bereiches dar.

Bei mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung kann ein Stift 55$ wie dargestellt, in dem Kanal 29 auf der Stromabwärtsseite der Fläche 56 des Durchgangs 30 angeordnet sein. Der Stift oder Zapfen 55 ist dem Gehäuse 16 zugehörig und so ausgelegt, daß eine einstellbare Verlängerung in den Kanal 29 von einer vollständig geöffneten in eine vollständig geschlossene Position ermöglicht ist. In der vollständig geöffneten Position ragt kein Teil des Stiftes oder Zapfens 55 in den Kanal 29 hinein. In der vollständig geschlossenen Position ragt der Stift bzw. Zapfen 55 radial in den Kanal 29 hinein, um jede nennenswerte Bewegung des Materials in den quer verlaufenden Teil der Ubertragungsnut 55 zu blockieren. Der Stift bzw. Zapfen 55 stellt eine wirksame Einrichtung dar, mit der selektiv die Materialübertragungsrate durch die Nut 58 eingestellt und gesteuert wird, um das gewünschte Verarbeitungsmaß in

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dem Durchgang und/oder die gewünschte Materialübertragungsrate von Durchgang zu Durchgang zu erzielen. Wie in der angegebenen US-PS 4 227 816 beschrieben, kann die Ubertragungsnut 58 in entfernbaren Strömungsleiteinheiten ausgebildet sein, die in Schlitzen innerhalb des Gehäuses 16 untergebracht sein können, welches so angeordnet ist, daß ein Zusammenwirken der Übertragungsnut mit ausgewählten Durchgängen ermöglicht ist. Der Stift bzw. Zapfen 55 sowie die Blockierungs- bzw. Sperrglieder 54 und 60 können ebenfalls von der entfernbaren Strömungsleiteinheit getragen sein.

Das zu dem zweiten Durchgang 32 des inneren Bereiches hin übertragene Material wird durch die Relativbe-

!5 wegung weiter durchmischt, die zwischen dem durch das Absperrglied 60 (Fig. 7) abgesperrten'Material und den sich bewegenden Kanalwänden des Durchgangs 32 hervorgerufen wird. Die sich bewegenden Wände ziehen oder führen Material nach vorn zu dem Absperrglied 60 hin, und zwar für die Ansammlung an bzw. auf der Fläche 62, und führen das Material durch die Materialübertra-" gungsnut 64 des inneren Bereiches ab.

Der dargestellte und beschriebene innere Bereich der zweiten Stufe umfaßt zwei Durchgänge mit nahezu denselben Abmessungen, nahezu derselben Form und nahezu derselben Geometrie. Diese bevorzugte dargestellte Anordnung der Mischdurchgänge des inneren Bereiches kann verändert werden. So kann der innere Bereich beispielsweise lediglich einen oder mehr als zwei Durchgänge umfassen, und die Form, die Abmessungen und die Geometrie der Durchgänge können gleich oder verschieden sein. Wie dargestellt, sind die bevorzugten Innenbereichsdurchgänge der zweiten Stufe jene, bei denen der jeweilige, das in der ersten Stufe verarbeitete Material aufnehmende Durchgang eine solche Geometrie aufweist, daß eine Verarbeitungs- und

Abgabekapazität bereitgestellt ist, die größer ist als die Abgaberate, mit der Material an den Durchgang abgegeben wird. Für gewisse Verarbeitungsoperationen in der.zweiten Stufe kann jedoch die ausgewählte Geometrie des das in der ersten Stufe verarbeitete Material aufnehmenden Durchgangs eine Kapazität bereitstellen, die gleich oder kleiner ist als die Materialabgaberate.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 6 sei angemerkt, daß die Übertragungsnut 64 in der koaxialen Fläche gebildet ist und ein offenes Ende aufweist, welches parallel zur Achse des Rotors 12 von dem Bereich des Durchgangs 32 auf der Stromaufwärtsseite der Fläche aus, sodann quer zur Achse des Rotors 12 über die Fläche 20 zwischen den Durchgängen 32 und 34 und dann parallel zur Achse des Rotors 12 über den Kanal 33 des Durchgangs 34 und über die Fläche 20 zwischen den Durchgängen 34 und 36 zum Bereich des Durchgangs 36 auf der Stromabwärtsseite des Absperrgliedes 66 verläuft. Demgemäß wird Material aus dem inneren Bereich der zweiten Stufe zu dem äußeren Bereich hin über den Kanal 33 des Verarbeitungsdurchgangs 34 der dritten Stufe geleitet, welcher die inneren und äußeren Bereiche trennt. Im Betrieb ist der Durchgang 34 der dritten Stufe so ausgelegt, daß er hinreichend gefüllt ist und hohe Drucke erzeugt, so daß das Lecken von Material aus der Übertragungsnut 64 in den Kanal 33 minimal ist. Wie dargestellt, kann ein einstellbarer Stift bzw. Zapfen 63 in dem Kanal 31 derart angeordnet sein, um eine Einrichtung zum selektiven Einstellen und Steuern der Materialabgaberate an die Nut 64 darzustellen, und zwar in derselben Art und Weise, wie dies zuvor bezüglich des Stiftes oder Zapfens 55 beschrieben worden ist.

Wie in Fig. 8 gezeigt, wird Material an den Bereich der zweiten Stufe, das ist der Durchgang 36, durch die Übertragungsnut 64 abgegeben. Das abgegebene Material wird durch die Kanalwände des Durchgangs 33 zu dem Absperrglied 66 hin nach vorn gezogen, um auf der Fläche 68 gesammelt zu werden, und zwar für eine Abgabe durch die Materialubertragungsnut 70 des äußeren Bereiches.

Der in Fig. 1 und 8 dargestellte äußere Bereich der zweiten Stufe umfaßt einen Durchgang; rotierende Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung können jedoch einen solchen Bereich umfassen, in den mehr als ein Durchgang einbezogen sein kann. Wie in Fig. 1 dargestellt, weicht der Verarbeitungsdurchgang des äußeren Bereiches der zweiten Stufe etwas in den Abmessungen von den Verarbeitungsdurchgängen des inneren Bereiches der zweiten Stufe ab. Bei derdargestellten Verarbeitungsvorrichtung ist der Durchgangskanal 35 schmaler, und die Geometrie ist so gewählt worden, daß ein hinreichender Druck ausgebildet wird, um Material an den Durchgang abzugeben. Die Anzahl, die Form, die Abmessungen und die Geometrie der Durchgänge des äußeren Bereichs können gleich oder verschieden voneinander oder in bezug auf die Durchgänge des inneren Bereiches sein.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 6 sei angemerkt, daß das in dem äußeren Bereich der zweiten Stufe verarbeitete Material zu einem Verarbeitungsdurchgang der dritten Stufe über die Materialubertragungsnut 70 übertragen wird. Die Übertragungsnut 70 ist in der koaxialen Fläche 38 gebildet und weist ein offenes Ende auf, welches parallel zur Achse des Rotors 12 über den Bereich des Durchgangs 36 auf der Stromaufwärtsseite der Fläche 68, sodann quer zur Achse des Rotors und dann parallel zur Achse des Rotors im Bereich des Durchgangs 34 auf der Stromabwärtsseite des Absperr-

gliedes 72 verläuft. Der Durchgang 34 der dritten Stufe (Fig. 1 und 9) ist hauptsächlich so ausgelegt, daß er als Druck- oder Pumpstufe für das aus dem äußeren Bereich der zweiten Stufe abgegebene Material wirkt. Demgemäß ist die Geometrie des Durchgangs so gewählt, daß ein Durchgang mit einer Kapazität bereitsteht, die zumindest teilweise zu sämtlichen Zeitpunkten während des Betriebs gefüllt bleibt und die imstande ist, hohe Abgabedrucke zu erzeugen.

Wie in Fig. 9 veranschaulicht, wird das an den Verarbeitungsdurchgang der dritten Stufe abgegebene Material durch die Kanalwände des Durchgangs 34 zu dem Absperrglied 72 hin nach vorn gezogen. Das auf der Fläche 78 angesammelte Material wird von der Verarbeitungsvorrichtung durch den Auslaß 80 abgegeben. Der Abgabedruck und der Druck, der in dem Durchgang 34 ausgebildet wird, können durch eine Abgabesteuereinrichtung 79 (Fig. 9)> wie durch ein Drosselventil oder durch eine entsprechende Einrichtung gesteuert oder eingestellt werden, die in Verbindung mit dem Abgabeauslaß angeordnet ist.

Die Fig. 1 und 9 zeigen einen Verarbeitungsbereich der dritten Stufe, umfassend einen Durchgang, obwohl jedoch mehr als ein Durchgang verwendet werden kann. Die Durchgänge können parallel oder in Reihe geschaltet sein. So kann beispielsweise eine Vielzahl von Verarbeitungsdurchgängen der dritten Stufe derart miteinanr der verbunden sein, daß Material von einem Verarbeitungsdurchgang der dritten Stufe zu einem anderen Verarbeitung sdurchga ng übertragen werden kann, und zwar zur Abgabe von der Verarbeitungsvorrichtung. Alternativ dazu kann eine Vielzahl von Verarbeitungsdurchgängen der dritten Stufe derart miteinander verbunden sein, daß Material jedem Durchgang zugeführt und aus der Verarbeitungsvorrichtung von jedem Durchgang abgeführt wird.

Mehrstufen-Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung stellen hochwirksame Polymer-Verarbeitungsvorrichtungen dar, die spezielle Betriebs- und Anordnungsvorteile mit sich bringen. Eine Mehrstufen-Verarbeitungsvorrichtung, wie sie beschrieben und dargestellt ist, bringt Vorteile hinsichtlich der kompakten Größe, des niedrigen LeistungsVerbrauchs und des hohen Produktionspotentials für ein wirksames Schmelzen, Durchmischen und Abgeben eines Polymer-Schmelzprodukts von gleichmäßig hoher Qualität bei nahezu konstanter Rate sowie bei einem gleichmäßigen Druck und bei gleichmäßiger Temperatur mit sich. So ist beispielsweise eine mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtung des unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 9 be- schriebenen Typs dazu angewandt worden, eine Vielzahl von polymeren Stoffen zu verarbeiten. Die Verarbeitungsvorrichtung weist einen Rotor mit einem Außendurchmesser von 35,56 cm (entsprechend 14 Zoll) auf, der eine Anordnung von Verarbeitungsdurchgängen trägt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, die durch Materialübertragungsnuten miteinander verbunden sind. Die Materialübertragungsnuten waren in der koaxialen Oberfläche des stationären Gehäuses in nahezu denselben Anordnungen gebildet, wie dies in Fig. 2, 4 und 6 veranschaulicht ist.

Die Durchgänge der ersten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung enthielten vier keilförmige Kanäle, wie dies Fig. 1, 2 und 4 veranschaulichen. Jeder Kanal wies eine maximale Breite von 2,54 cm, eine minimale Breite von 1,65 cm und eine Höhe von 6,22 cm auf. Der Durchgang des inneren Bereiches der zweiten Stufe wies zwei Kanäle mit parallelen Seiten auf, deren jede eine Breite von 2,54 cm und eine Höhe von 6,22 cm aufwies. Der Durchgang des äußeren Bereiches der zweiten Stufe der Verarbeitungsvorrichtung wies einen keilförmigen Kanal mit einer maximalen Breite von 1,27 cm, einer minimalen

Breite von 0,83 cm und einer Höhe von 6,22 cm auf. Der Verarbeitungsdurchgang der dritten Stufe wies einen keilförmigen Kanal mit einer maximalen Breite von 0,64 cm, einer minimalen Breite von 0,41 cm und einer Höhe von 6,22 cm auf.

Bei einem typischen Verarbeitungsbetrieb wurde hochdichtes Polyäthylen der ersten Stufe der erwärmten Verarbeitungsvorrichtung mit einer Rate von 386 kg/h (entsprechend 630 lb/h) zugeführt. Der Rotor der Verarbeitungsvorrichtung wurde mit einer Drehzahl von 50 U/min gedreht. Ein Ventil, welches in bezug auf den Durchgangsauslaß der dritten Stufe angeorndet war, wurde so eingestellt, daß ein Abgabedruck von 52,73 kg/cm (entsprechend 750 psi) erzielt wurde. Während etwa der ersten fünf Minuten des Betriebs waren starke Schwankungen im Abgabedruck festzustellen. Die Drucke variierten von etwa 3,52 kg/cm bis etwa 70,30 kg/cm (entsprechend 50 psi bis etwa 1000 psi) bei der Aufzeichnung während dieser Zeitspanne. Nach etwa fünf Minuten des Betriebs erreichte der Abgabedruck jedoch einen nahezu gleichbleibenden Zustand und stabilisierte sich bei etwa 52,73 kg/cm (entsprechend 750 psi). Die Verarbeitungsvorrichtung wurde etwa fünf Minuten lang

bei dem stabilisierten Druck von etwa 52,73 kg/cm betrieben. Das Ventil wurde dann so eingestellt, daß ein Abgabedruck von etwa 126,54 kg/cm (entsprechend 1800 psi) erzielt wurde. In etwa vier bis fünf Minuten bildete

sich ein Abgabedruck von 52,73 kg/cm auf etwa

126,54 kg/cm aus, und der Betrieb wurde etwa fünf Minuten lang bei einem nahezu konstanten Abgabedruck

von 126,54 kg/cm durchgeführt. Während dieser Zeitspanne stabilisierte sich die Temperatur des abgegebenen geschmolzenen Materials bei etwa 16O°C. Das Ventil wurde dann erneut eingestellt, und zwar so, daß ein Abgabedruck von etwa 148 kg/cm (entsprechend 2100 psi)

-28-erzielt wurde. Innerhalb von etwa zwei Minuten stabi-

lisierte sich der Abgabedruck bei etwa 151,15 kg/cm (entsprechend 2150 psi) und blieb während des Betriebs

nahezu konstant.
5

Fig. 10 veranschaulicht deutlich die Erzielung des nahezu konstanten Abgabedrucks in der oben beschriebenen mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtung. Fig. 10 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm tatsächliche Daten, die auf einem Streifenrecorder bezüglich des Abgabedrucks und des Drucks im äußeren Durchgang während des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung aufgezeichnet worden sind. Der Bereich der oberen Aufzeichnungslinie rechtsvon der vertikalen Linie umfaßt die Betriebszeit, während der sich der

ρ Ο

Abgabedruck von 126,54 kg/cm bis etwa 148 kg/cm ausbildete. Der Bereich der Aufzeichnungslinie nach links von der oberen vertikalen Linie veranschaulicht, daß der nahezu konstante Abgabedruck erzielt ist. Wie durch die untere Aufzeichnungslinie veranschaulicht, sind Druckschwankungen kontinuierlich bezüglich der Drucke aufgezeichnet worden, die in dem äußeren Durchgang sich entwickelt haben. Diese Schwankungen können durch ein Materiallecken aus dem Hochdruckabgabedurchgang zu dem äußeren Durchgang hin hervorgerufen sein. Trotz dieser Schwankungen wird das Material jedoch kontinuierlich während des Betriebs bei einer weitgehend konstanten Abgaberate von 286 kg/h, mit einem

nahezu konstanten Abgabedruck von 148 kg/cm und mit einer nahezu konstanten Temperatur von 16O°C abgegeben. Das Abgabe-Schmelzprodukt wies eine ausgezeichnete gleichmäßige Qualität auf, war extrem "sauber" und war im wesentlichen blasenfrei.

Zusätzlich zu der Bereitstellung einer speziell wirksamen Fähigkeit der Verarbeitung von Material

mit einer konstanten Abgaberate und einer gleichmäßigen Temperatur sowie einem gleichmäßigen Druck bringt der Aufbau von mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung spezielle Vorteile hinsichtlich der Minimierung eines externen Leckens aus . . der Verarbeitungsvorrichtung mit sich. Normalerweise werden Abdichtungen des in der US-PS 4 300 842 beschriebenen Typs dazu verwendet, das externe Lecken zu kontrollieren. Derartige Abdichtungen sind auf der Oberfläche 20 nahe jedes Endes des Rotors 12 angeordnet, um das Lecken von Material aus der Verarbei-. tungsvorrichtung durch den Zwischenraum zwischen den Rotorendflächen 20 und der Oberfläche 38 zu steuern bzw. zu kontrollieren. Bevorzugte mehrstufige Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung umfassen derartige Abdichtungseinrichtungen zur Steuerung des externen Leckens. Zusätzlich können derartige Abdichtungseinrichtungen auf den Oberflächen 20 zwischen Verarbeitungsdurchgängen angeordnet sein, um ein internes Lecken von einem Durchgang zu einem anderen Durchgang über den Zwischenraum zwischen den Flächen 20 und 38 zu steuern. Die bevorzugten Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung umfassen ferner derartige Abdichtungen zur Steuerung des internen Leckens. Demgemäß wären bei der dargestellten Verarbeitungsvorrichtung derartige Abdichtungen auf den Flächen 20 zwischen den Durchgängen 30 und 32 des inneren Bereiches sowie zwischen dem Durchgang 32 und dem Durchgang 34 der dritten Stufe und auf der Fläche 20 zwischen dem Durchgang 37 und dem Durchgang 36 des äußeren Bereiches angeordnet .

Der Aufbau von mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung senkt jedoch in einer ihm eigenen Weise die Möglichkeit bezüglich des externen Leckens und bringt ein speziell wirksames Maß der Steuerung im Hinblick auf das externe Lecken mit sich.

Wie beschrieben und gezeigt, ist der Durchgang der dritten Stufe so ausgelegt, daß verarbeitetes Material für die Abgabe von der Verarbeitungsvorrichtung einem Druck ausgesetzt und gepumpt wird. Drucke im Bereich von etwa 70,30 kg/cm bis etwa 281,20 kg/cm (entsprechend 1000 bis 4000 psi) können um den Umfang derartiger Pumpdurchgänge ausgebildet werden, wodurch die Möglichkeit des Leckens durch den Zwischenraum gesteigert ist, der durch die Flächen 20 und 38 vorgesehen ist. Bei Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung ist jedoch der Hochdruck-Pumpdurchgang zwischen den Durchgängen des inneren und äußeren Bereiches angeordnet. Diese Durchgänge sind so ausgelegt, daß sie bei relativ niederen Drucken arbeiten. Bei der Aus-

¹^ führung von Arbeitsvorgängen unter Einbeziehung der zuvor beschriebenen dargestellten Verarbeitungsvor-

richtung werden Drucke zwischen etwa 10,50 kg/cm und

etwa 21 kg/cm üblicherweise um den Umfang des Durchgangs des inneren Bereiches ausgebildet, während

P ο

Drucke zwischen etwa 10,5 kg/cm und etwa 21 kg/cm im Durchgang des äußeren Bereiches ausgebildet werden. Die relative Einstellung des Durchgangs des äußeren Bereiches sowie der Druck- oder Pumpdurchgang senken erheblich die Möglichkeit des Auftretens eines externen Lecks aus der Verarbeitungsvorrichtung am äußeren Ende.

Es gibt noch weitere spezielle Vorteile, die durch die gezeigte und beschriebene Anordnung des Hochdruck-Verarbeitungsdurchgangs zwischen den bei relativ niederen Drucken arbeitenden Verarbeitungsdurchgängen des inneren und äußeren Bereiches hervorgerufen werden. So kann Material, welches aus dem Hochdruck-Verarbeitungsdurchgang zu den Durchgängen des inneren und äußeren Bereichs hin leckt, in diesen inneren und äußeren Durchgangen gesammelt und dem Durchgang der dritten Stufe für eine Abführung erneut zugeführt werden. Außerdem weist die Materialübertragungsnut 64, welche die inneren

und äußeren Durchgangsbereiche verbindet, die durch den Hochdruckdurchgang getrennt sind, ein offenes Ende auf, welches über die Flächen 20 zwischen dem Hochdruck-Durchgang und den Durchgängen des inneren und äußeren Bereiches sich erstreckt. Der Zwischenraum zwischen den Flächen 20 und 38 legt einen Bereich fest, in welchem extrem hohe Scherkräfte und Temperaturen erzeugt werden können. Das Leckmaterial aus dem Hochdruck-Durchgang kann um den Umfang des Durchgangs durch die sich bewegenden Flächen 20 herumgeführt werden und erfährt aufgrund der eingeschlossenen Bedingungen hoher Scherkräfte und hoher Temperatur einen Abbau. In den vielstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung ist die Materialübertragungsnut jedoch für die Sammlung des durch die sich bewegende Fläche übertragenen Leckmaterials entsprechend angeordnet und geeignet. Demgemäß kann jegliches derartige Leckmaterial kontinuierlich von der Oberfläche 20 während jeder Umdrehung des Rotors entfernt werden, wodurch die Verweilzeit gesteuert ist, während der das Leckmaterial auf der Fläche 20 den Abbaubedingungen unterworfen ist.

Wie erwähnt, sind die inneren und äußeren Bereiche der zweiten Stufe dazu geeignet, Verbundoperationen auszuführen. Die Verbundoperationen können u.a. das Schmelzen, Mischen, Homogenisieren und Eindampfen von Materialien sowie die Hinzugabe von Materialien oder das Abführen von Materialien aus den verarbeiteten Materialien umfassen. Die Fig. 11 bis 14 veranschaulichen die Brauchbarkeit und Vielseitigkeit der Verarbeitungsdurchgänge der zweiten Stufe hinsichtlich der Durchführung verschiedener Verarbeitungsoperationen. Fig. 11 veranschaulicht dabei einen Materialaufnahme-Verarbeitungsdurchgang des inneren Bereiches der ersten Stufe, und zwar entsprechend dem in Fig. 5 gezeigten Durchgang des inneren Bereiches. Wie in Fig. 11 gezeigt, sind ein oder

mehrere Mischelemente 82 zwischen den Materialübertragungsnuten 50a und 58a positioniert. Das Mischelement 82 verläuft dabei in den Kanal des Durchgangs 30a um eine vorgewählte Strecke hinein, um einen Teil des Querschnitts des Durchgangs 30a abzusperren, damit in dem Durchgang verarbeitetes Material gemischt wird und/oder Temperaturschwankungen in dem Material minimiert werden, welches um den Umfang des Durchgangs herum verarbeitet wird. Die Form, der Aufbau und die Abmessungen des jeweiligen Mischelements 82 können in Abhängigkeit vom Ausmaß und Typ des gewünschten Durchmischens variiert werden. Mischelemente umfassen solche Elemente, die Material abstreifen können, welches durch die Kanalwände mitgeführt wird, um das abgestreifte Material mit dem Material erneut umzuwälzen, welches durch das Kanalabsperrglied 54a abgesperrt bzw. blockiert worden ist. Das in dem Durchgang der zweiten Stufe gemäß Fig. 11 verarbeitete Material wird an der Endwandfläche 56a gesammelt, um durch die Materialübertragungsnut 58a an einen weiteren Durchgang der zweiten Stufe oder an einen Durchgang der dritten Stufe abgegeben zu werden.

Fig. 12 und 13 veranschaulichen eine weitere Anordnung von Elementen, die so ausgelegt sind, daß eine ausgewählte Verbundoperation in einem oder mehreren der Verarbeitungsdurchgänge der zweiten Stufe erzielt wird. Fig. 12 veranschaulicht dabei einen inneren Verarbeitungsdurchgang ähnlich dem in Fig. 7 gezeigten Durchgang des inneren Bereiches. Wie dargestellt, ist ein Spreiz- bzw. Verteilerelement 84 nahe der Übertragungsnut 58a eines Verarbeitungsdurchgangs des inneren Bereichs der zweiten Stufe angeordnet, und zwar ähnlich jenem in Fig. 7 gezeigten. Das Spreiz- bzw. Verteilerelement 84 weist nahezu dieselbe Querschnittsform und nahezu dieselben Abmessungen des Kanals 31a des Durchgangs 32 auf und ist nahe der Übertragungsnut 58a

positioniert und so angeordnet, daß es dem Durchgang zugeführtes Material derart zu verteilen gestattet, daß die sich bewegenden Wände des Kanals des Durchgangs 32a das Material durch die Zwischenräume ziehen, die durch die Seiten 85 (Fig. 13) des Verteilerelements 84 gebildet sind, so daß das verteilte Material als dünne Schichten 86 (Fig. 13) durch die Kanalwände nach vorn geführt wird.

Wie am besten in Fig. 13 gezeigt, ist ein freier mittlerer Raum in Bereichen des Durchgangs auf der Stromabwärtsseite des Verteilerelements 84 vorgesehen, und die dünnen Schichten 86 weisen Oberflächen auf, die zu dem freien mittleren Raum 88 hin freiliegen. Demgemäß können flüchtige Stoffe in den Schichten 86 in den freien mittleren Raum 88 gelangen und durch eine Öffnung 90 mit Hilfe von Unterdruck bei Bedarf entfernt werden. Alternativ dazu kann die Öffnung 90 dazu . ausgenutzt werden, Materialien in die Schichten 86 einzuführen. Wie dargestellt, kann der Durchgang mehr als ein Verteilerelement umfassen. Das Verteilerelement 92 nimmt eine neue Verteilung und Regenerierung der dünnen Schichten auf den sich bewegenden Kanalwänden vor, um einen zweiten mittleren freien Raum 88a auf der Stromabwärtsseite des Verteilergliedes bzw. -elementes 92 zu schaffen. Eine weitere Öffnung 94, die mit dem zweiten freien Raum in Verbindung steht, kann dazu ausgenutzt werden, Ingredienzien den dünnen Schichten in der oben beschriebenen Weise hinzuzusetzen oder aus diesen abzuziehen. Das Material, welches in einem Durchgang verarbeitet worden ist, wie er durch Fig. 12 und 13 veranschaulicht ist, wird an der Endwandfläche 62a des Absperrgliedes 60a gesammelt, um durch den Auslaß 64a an einen weiteren Verarbeitungsdurchgang der zweiten Stufe oder an einen Verarbeitungsdurchgang der dritten Stufe abgegeben zu werden.

Fig. 14 veranschaulicht eine noch weitere Anordnung der Strukturelemente, die in die Verarbeitungsdurchgänge der zweiten Stufe von mehrstufigen Verarbeitungsdurchgängen gemäß der Erfindung einbezogen sind. Die Fig.14 veranschaulicht dabei einen äußeren Verarbeitungsdurchgang, der dem in Fig. 8 dargestellten äußeren Durchgang ähnlich ist. Eine öffnung 96 ist dabei als in dem Durchgang 36a untergebracht dargestellt. Dem in dem Durchgang gemäß Fig. 14 verarbeiteten Material können Ingredienzien hinzugefügt oder aus diesem Material abgezogen werden. Die Öffnung oder die Öffnungen können dabei an irgendeiner gewünschten Stelle um den Umfang des Durchgangs 36a herum zwischen Übertragungsnuten 64a und 70a angeordnet sein. Das in dem Durchgang gemäß Fig. 14 verarbeitete Material wird an der Endwandfläche 68a des Absperrgliedes 66a gesammelt, um an einen weiteren äußeren Durchgang oder an einen Durchgang der dritten Stufe abgegeben zu werden. Die Anordnung der Elemente in dem dargestellten Durchgang ist besonders geeignet dazu, vorzugsweise durch Unterdruck aus dem in dem Durchgang 36a verarbeiteten Material vor der Abgabe aus dem Durchgang Ingredienzien abzuführen.

Aus der obigen Beschreibung dürfte ersichtlich sein, daß die neuen mehrstufigen rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung viele spezifische und unerwartete Vorteile mit sich bringen. Die Verarbeitungsvorrichtungen bringen speziell erwünschte Leistungseigenschaften bei der Polymerverarbeitung mit sich. Der spezielle Aufbau des inneren Bereichs und des äußeren Bereichs der zweiten Stufe - diese Bereiche sind durch eine dritte Stufe voneinander getrennt - ermöglicht die effektive Ausnutzung der Durchgänge der zweiten Stufe, was eine Veränderung zwischen der Abgaberate des in der ersten Stufe verarbeiteten Materials und der Verarbeitungs- und Abgabekapazität

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der Verarbeitungsdurchgänge der zweiten Stufe mit sich bringen kann. Der Aufbau der rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung steuert jedoch in effektiver Weise mögliche Schwankungen oder Wellen in der Abgaberate, in der Temperatur und im Druck, die in den Verarbeitungsdurchgängen aufgrund der Veränderung auftreten können. Darüber hinaus minimiert die Anordnung der dritten Stufe in bezug auf die inneren und äußeren Bereiche der zweiten Stufe jegliche Möglichkeit des Auftretens eines externen Lecks aus der einen relativ hohen Druck führenden Pump- oder Druckstufe. Darüber hinaus ist die Anordnung so ausgelegt, daß Leckmaterial aus den Hochdruckdurchgängen gesammelt und dem Zyklus erneut zugeführt wird, und um den Abbau derartigen Leckraaterials zu minimieren. Demgemäß bringt die Erfindung neue, mehrstufige rotierende Verarbeitungsvorrichtungen mit sich, die unerwartet verbesserte Gesamt-Verarbeitungsleistungseigenschaften im Vergleich zu rotierenden Verarbeitungsvorrichtungen zeigen, die zum Zeitpunkt der Schaffung der Erfindung bekannt waren.

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Claims

Patentansprüche

1. Rotierende Verarbeitungsvorrichtung mit einem eine Vielzahl von Verarbeitungskanälen tragenden drehbaren Element und einem stationären Element, welches eine koaxiale Versdilußflache aufweist, die wirkmäßig zu den Kanälen so angeordnet ist, daß umschlossene Verarbeitungsdurchgänge gebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsdurchgänge eine Vielzahl von miteinander verbundenen Verarbeitungsstufen bilden, welche eine erste Verarbeitungsstufe und eine zweite Verarbeitungsstufe mit inneren und äußeren Bereichen umfassen, die durch eine dritte Verarbeitungsstufe getrennt sind, daß die erste Verarbeitungsstufe zumindest einen Durchgang aufweist, der einen Einlaß, eine Materialübertragungsnut der ersten Stufe und ein Absperrglied aufweist, welches dem stationären Element zugehörig ist, wobei die betreffenden Elemente derart angeordnet sind, daß dem Durchgang zugeführtes Material abgesperrt und

an die Ubertragungsnut für eine übertragung an den inneren Bereich der zweiten Verarbeitungsstufe abgegeben werden kann, die zumindest einen Durchgang aufweist, der Material aus der Materialübertragungsnut der ersten Stufe aufzunehmen vermag und der ein Absperrglied und eine Inneribereichs-Materialübertragungsnut umfaßt, die dem stationären Element zugehörig und so angeordnet ist, daß dem Durchgang zugeführtes Material abgesperrt und an die Innenbereichs-Materialübertragungsnut für eine ' Materialübertragung zu dem äußeren Bereich der zweiten Verarbeitungsstufe über einen offenen Kanal eines Verarbeitungsdurchgangs der dritten Stufe abgegeben werden kann,

daß der äußere Bereich zumindest einen Durchgang aufweist, der Material von der Innenbereichs-Übertragungsnut aufzunehmen vermag und der ein Absperrglied sowie eine Außenbereichs-Materialübertragungsnut umfaßt, die dem stationären Element zugehörig und so angeordnet ist, daß dem Durchgang zugeführtes Material abgesperrt und an die Außeribereichs-Ubertragungsnut für eine Übertragung zu der dritten Verarbeitungsstufe hin abgegeben werden kann, die zumindest einen Durchgang aufweist, der einen Abgabedruck zu entwickeln vermag und der Material aus der Außenbere.ichs-Materialübertragungsnut aufzunehmen vermag,

daß die dritte Verarbeitungsstufe ein Absperrglied und einen Auslaß aufweist, der dem stationären Element zugehörig und so angeordnet ist, daß Material abgesperrt und von dem Durchgang aus durch den Aulaß abgegeben werden kann, und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die die Materialabgabe von dem Aulaß steuern. 35

2. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialübertragungsnut der ersten Stufe von dem jeweiligen Verarbeitungsdurchgang der ersten Stufe um einen Hauptteil des Umfangs des jeweiligen Verarbeitungsdurchgangs der ersten Stufe in Abstand vorgesehen ist.

3. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die zumindest den jeweiligen Durchgang der ersten Verarbeitungsstufe erwärmen.

4. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Durchgang der ersten Verarbeitungsstufe durch einen keilförmigen Kanal gebildet ist.

5. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang des inneren Bereiches der zweiten Stufe eine solche ausgewählte Geometrie aufweist, daß eine Kapazität iür den Durchgang bereitgestellt ist, das in der ersten Stufe verarbeitete Material in einer Volumenräte zu verarbeiten und abzugeben, die höher ist als die Volumenrate des Materials, welches dem Innenbereichs-Durchgang zugeführt ist.

6. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied des jeweiligen

Durchgangs des Innenbereichs um etwa 180° von der Umfangsstelle des Absperrgliedes des jeweiligen Durchgangs der ersten Verarbeitungsstufe versetzt angeordnet ist.

7. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbereich mehr als einen Durchgang aufweist und daß die Innenbereichs-

Durchgänge für einen Serienbetrieb angeordnet und angepaßt sind.

8. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang des Außenbereichs eine ausgewählte Geometrie aufweist, die zur Entwicklung eines solchen Drucks in dem Durchgang führt, der höher ist als der Druck, welcher in dem inneren Verarbeitungsdurchgang ausgebildet worden ist.

9. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe vier Durchgänge aufweist, die für einen Parallelbetrieb angeordnet

!5 und angepaßt sind und die mit keilförmigen Kanälen gebildet sind,

daß der Innenbereich zwei Durchgänge aufweist, die für einen Serienbetrieb angeordnet und angepaßt sind und die Glieder aufweisen, welche 180° von der !Anfangs st eile der Absperrglieder der Durchgänge der ersten Stufe aus versetzt angeordnet sind, und daß der Außenbereich einen Durchgang aufweist, der eine derart ausgewählte Geometrie hat, daß Drucke ausgebildet werden, die höher sind als der in einem Innenbereichs-Durchgang ausgebildete Druck, wobei die dritte Stufe einen Durchgang aufweist, der einen Abgabedruck zu entwickeln vermag.

10. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß zumindest ein Innenbereichs-Durchgang und/oder zumindest ein Außenbereichs-Durchgang ein Mischelement enthält, welches um den Umfang des Durchgangs herum angeordnet ist und in den Kanal derart hineinragt, daß in dem Durchgang verarbeitetes Material gemischt wird.

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11. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Innenbereichs-Durchgang und/oder zumindest ein Außenbereichs-Durchgang ein Spreizelement enthält, welches um den Umfang des Durchgangs herum angeordnet ist und in den Kanal derart hineinragt, daß dem Durchgang zugeführtes Material auf die Kanalwände derart ausgebreitet wird, daß in der Stromabwärtsseite des Spreizelements ein freier Raum geschaffen ist, und daß eine Mündung bzw. Öffnung so angeordnet ist, daß sie mit dem so gebildeten freien Raum in Verbindung zu stehen vermag, so daß Ingredienzien hinzugefügt oder aus dem in dem Durchgang verarbeiteten Material abgezogen werden können.

12. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Innenbereichs-Durchgang und/oder zumindest ein Außenbereichs-Durchgang eine öffnung aufweist, die um den Umfang des Durchgangs derart angeordnet ist, daß Ingredienzien in dem Material hinzugefügt oder dem in dem Durchgang verarbeiteten Material entzogen werden können.

13. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Stift in bezug auf die Innenbereichs-Materialübertragungsnut so angeordnet ist, daß die Rate eingestellt wird, mit der Material durch die betreffende Nut von einem Innenbereichs-Durchgang zu einem weiteren Innenbereichs-Durchgang übertragen wird.

14. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Stift in bezug auf die Innenbereichs-Materialübertragungsnut

so angeordnet ist, daß die Rate eingestellt wird, mit der Material von einem Innenbereichs-Durchgang zu einem Außenbereichs-Durchgang übertragen wird.