DE3433833A1

DE3433833A1 - Rotations-verarbeitungsvorrichtung und dichtung

Info

Publication number: DE3433833A1
Application number: DE19843433833
Authority: DE
Inventors: Pradip Suresh West Haven Conn. Mehta
Original assignee: Usm Corp Farmington Conn; USM Corp
Current assignee: Farrel Corp
Priority date: 1983-09-14
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1985-03-28
Anticipated expiration: 2004-09-15
Also published as: IT8422663A0; SE8404593D0; NL8402841A; GB2147220A; SE8404593L; FR2551678A1; GB8422892D0; US4480923A; DE3433833C2; IT1206720B; GB2147220B; JPS6090718A; CA1237425A; JPH0567408B2

Description

USM Corporation 14.September 1984

Farmington, CT 06032 Wa/lu/ko

Zustellanschrift: 181, Elliott Street ^u ^¹*' ^wa/^xu/^KO USA-Beverly, MA 01915

Beschreibung

Rotations-Verarbeitungsvorrichtung und Dichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verarbeitungsvorrichtungen und - Verfahren, insbesondere auf Rotations-,. Verarbeitungsvorrichtungen mit einer verbesserten Dichtung zwischen den Verarbeitungsbereichen mit wesentlich unterschiedlichen Drücken.

Rotations-Verarbeitungsvorrichtungen sind im Stand der

_ Technik bekannt. Einzelheiten dieser Vorrichtungen sind Δ U

folgenden Druckschriften zu entnehmen: US-PS 4 142 805; 4 194 841; 4 207 004; 4 213 709; 4 227 816; 4 255 059; 4 289 319; 4 300 842; 4 329 065;
4 389 119;4 402 616;4 411 523; 4 413 913; 4 420 412.

Wesentliche Elemente des grundlegenden individuellen Verar beitungs-Ablaufes von Rotations-Verarbeitungsvorrichtungen, welche in den vorstehend genannten Patentschriften offenbart sind, weisen ein rotierendes Element auf, welches zumindestens mit einem Verarbeitungsringkanal versehen

ist und ein stationäres Element, welches eine konzentrische Abdeckfläche schafft, die so angeordnet ist, daß sie mit dem Ringkanal einen geschlossenen Verarbeitungskanal raum bildet. Das stationäre Element hat eine Einlaßöffnung, um

dem Kanalraum Material zuzuführen und eine Auslaßöffnung, 35

um Material aus dem Kanalraum herauszubringen. Ein Bauteil, welches eine Abschlußwandfläche zum Blockieren und Sammeln des Materials bildet, ist an dem stationären Element be-

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festigt und nahe der Auslaßöffnung angeordnet. Die Abschlußwandfläche ist geeignet, die Bewegungen des Materials, welches dem Kanal zugeführt wird, zu blockieren und mit den beweglichen Kanal raumwänden zusammenzuwirken, um eine Relativbewegung zwischen dem blockierten Material und den bewegten Kanalwänden zu schaffen. Dieses Zusammenwirken führt dazu, daß das Material, welches in Kontakt mit den beweglichen Wänden steht, nach vorne zu der Abschlußwandfläche geschleppt wird, um gesammelt und/oder kontrol-■j^q liert verarbeitet und/oder ausgebracht zu werden.

Wie die vorstehend genannten Patentschriften offenbaren, bieten die Verarbeitungskanalräume ein höchst anpassungsfähiges Verarbeitungsvermögen. Die Kanalräume sind geeignet, unter anderem solche Verfahrensschritte, wie Schmelzn, Mischen, Pressen, Pumpen, Befreien des Materials von flüchtigen Bestandteilen, Homogenisieren sowie das Einbringen von Zusatzstoffen bzw. das Ausbringen von Bestandteilen des Materials, welches in dem Kanalraum verarbeitet wird,

_on zu leisten.

Die US Patenschriften 4 227 816; 4 213 709;4 389 119; 4 402 616 und 4 411 532 beziehen sich auf Mehrstufen-Rotations-Verarbeitungsvorrichtungen, welche eine Vielzahl von _o(- Verarbeitungsstufen beinhalten, wobei jede einen oder mehrere Verarbeitungskanalräume aufweist. Material-Übertragungs kanalräume oder -Nuten sind in der Abdeckfläche des stationären Elements ausgebildet und vorgesehen, um das Material von einem Kanalraum (oder Kanalräumen) von einer

Stufe zu einem Kanalraum (oder Kanalräumen) einer anderen 30

Stufe zu transportieren.

US-PS 4 329 065 und 4 413 913 beziehen sich auf eine entsprechende Vorrichtung und ein Verfahren zum Befreien

des Materials von flüchtigen Bestandteilen. Entsprechend 35

den darin offenbarten Vorrichtungen und Verfahren wird viskoses Material den Verarbeitungskanalräumen zugeführt und in der Nähe der Einlaßöffnung wird das Material bei

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ι einem Verteil-Element gesammelt und wird als dünner Film auf die Seiten der rotierenden Kanalwände verteilt. Hinter dem Verteilungselement ist ein Freiraum geschaffen, und ein Ausgang ist angeordnet, der mit dem Freiraum in Verbindung steht, so daß flüchtige Materialien von den Oberflächen der dünnen Filme, die durch den Freiraum transportiert werden, abgezogen werden können. Die dünnen Filme werden vorwärts zu der materialsammelnden Wandabschlußfläche gefördert, wo die Filme von der Wand abgeschabt und für den Austrag gesammelt werden.

Die US-PS 4 207 004; 4 289 319 und 4 300 842 beziehen sich auf neue Dichtungen, um die Leckage von viskosen, flüssigen Materialien zwischen voneinander getrennten, eng benachbarten, sich relativ zueinander bewegenden konzentrischen 15

ringförmigen Oberflächen, insbesondere auf solche von Rotations-Verarbeitungsvorrichtungen. US-PS 4 207 004 offenbart einen ringförmigen Pumpkanal auf einer der Oberflächen und einen ringförmigen flüssigkeitszurückhaltenden Kanal auf

der anderen Oberfläche, welche zusammenarbeiten, um den 20

Fluß von viskoser Leck-Flüssigkeit zu verhindern. US-PS 4 289 319 offenbart eine Dichtung, welche ineinandergreifende, konisch abgeflachte Elemente aus dünnem, festelastischem Material beinhaltet, welche in Dichtstellung zwischen die Oberflächen eingebracht werden. US-PS 4 300 842 offenbart eine Vielzahl von spiralförmigen Kanalräumen auf einer der Oberflächen, um den flüssigen Leckstrom zwischen den Oberflächen zu vermeiden. Keine der oben genannten Patentschriften richtet sich jedoch auf das

Problem, eine wirkungsvolle Dichtung zu schaffen, um den 30

Leckstrom von nicht-viskosen z.B. gasförmigen Materialien (Druck-Leckstrom) zwischen den Kanalräumen einer Rotations-Verarbeitungsvorrichtung zu verhindern, welche bei wesentlich unterschiedlichen Druckniveaus aufrecht erhalten

wird, wie z.B. wenn ein Vakuum in einem der Kanalräume 35

erzeugt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbes-

B727

serte Rotations-Verarbeitungsvorrichtung zu schaffen, welche eine neue Gestaltung aufweist, die spezielle Vorteile im Hinblick auf die Dichtung zwischen den Verarbeitungskanalräumen hat und die bei sich wesentlich unterscheidenden

Drücken aufrecht erhalten wird.
5

Die Rotations-Verarbeiter gemäß der vorliegenden Erfindung weisen ein drehbares Element auf, das zumindestens zwei ringförmige Kanalräume trägt, sowie ein stationäres Element, das eine konzentrische Abdeckfläche schafft, welche

durch einen engen Spalt von der Rotoroberfläche getrennt ist und mit den Ringkanälen zusammenwirkt, um zumindestens erste und zweite abgeschlossene Verarbeitungskanalräume zu schaffen. Der erste Verarbeitungskanalraum beinhaltet eine Einlaßöffnung, die mit dem stationären Element verbunden

ist, um viskoses Material zur Verarbeitung in dem Kanalraum aufzunehmen. Der zweite Verarbeitungskanalraum weist eine Auslaßöffnung auf, die mit dem stationären Element verbunden ist, um verarbeitetes Material aus dem Kanalraum auszubringen. Jeder Kanalraum weist ein Blockierelement auf,

welches mit dem stationären Element verbunden ist und welches eine Abschlußwandfläche für diesen Kanalraum bildet. Die Blockierelemente sind so angeordnet und so angepaßt, daß Material, welches den Kanalräumen zugeführt wird, durch die rotierenden Kanalraumwände vorwärts zu den Äbschluß-

wandflächen gefördert wird, wo die Bewegung des vorwärts geförderten Materials blockiert wird und das blockierte Material gesammelt wird, um aus dem Kanalraum ausgebracht zu werden. Eine Materia 1-Übertragungsnut ist in der Abdeckfläche des stationären Elements eingelassen und nahe

^w der Abdeckwandfläche des ersten Kanalraums positioniert, um die ersten und zweiten Verarbeitungskanalräume zu verbinden, so daß Material, welches in dem ersten Kanalraum blockiert und gesammelt wurde, in den zweiten Kanalraum transportiert werden kann. Die Verarbeitungsvorrichtung arbeitet zusätzlich unter Bedingungen, welche einen wesentlichen Druckunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalraum schaffen. So kann z.B. eine Vakuumquelle

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für eine Betriebsverbindung mit einem teilweise gefüllten Kanalraum vorgesehen und angepaßt werden. Andererseits kann z.B. ein teilweise gefüllter Kanalraum die Erzeugung von relativ geringen Drücken beinhalten, während ein benachbarter Kanalraum dazu bestimmt sein kann, extrem hohe Drücke zu erzeugen, wie z.B. für das Ausbringen des verarbeiteten Materials aus der Verarbeitungsvorrichtung.

Die Rotations-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegen-

IQ den Erfindung schafft neue Dichteinrichtungen, um Druckverlust und/oder Material verlust zwischen den Verarbeitungskanalräumen bei unterschiedlichen Drücken zu kontrollieren. Eine ringförmige Dichtnut, welche von dem Teil der Rotoroberfläche zwischen den Kanalräumen getragen wird und sich

•ic über den ganzen Umfang des Rotors erstreckt, ist angeordnet, um unter der Übertragungsnut durchzulaufen, so daß die Nut mit etwas viskosem Material von der Übertragungsnut gefüllt wird. Einrichtungen sind in Verbindung mit der Übertragungsnut angeordnet, um sicherzustellen, daß die Übertragungsnut tatsächlich vollständig gefüllt ist und um Druck in dem viskosem Material in der Übertragungsnut zu erzeugen, um eine im wesentlichen vollständige Füllung der Dichtnut mit unter Druck stehendem Material aus der Übertragungsnut sicherzustellen. Zusätzliche Einrichtungen sind

₂c vorgesehen, um die Dichtnut vollständig mit unter Druck stehendem Material gefüllt zu halten, so daß dieses Material über dem ganzen Umfang der Dichtnut mit der Abdeckfläche in Kontakt steht, wodurch eine lebende O-Ring-Dichtung erzeugt wird, um einen Druck- und/oder Materialverlust

_or. zwischen den Kanalräumen der Verarbeitungsvorrichtungen zu

kontrollieren.

Einzelheiten, welche die neue Rotations-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung betreffen sowie „p. die Vorteile, die von solchen Verarbeitungs vorrichtungen zu erwarten sind, ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von zu bevorzugenden Ausführungen in Verbindung mit den Figuren.

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Darin zeigen:

Fig. 1

einen vereinfachten Querschnitt einer Rotations-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit neuen Dichteinrichtungen;

Fig. 2

einen vereinfachten Querschnitt eines Verarbeitungskanalraums der Rotations-Verarbeitungsvorrichtung von Fig. 1, entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3

eine vereinfachte schematische Darstellung der Verbindung der Kanalräume der Rotations-Verarbeitungsvorrichtung von Fig. 1 mittels einer Übertragungsnut, mit größeren Pfeilen, welche die Flußrichtung des viskosen Materials von einem Kanalraum zu dem anderen anzeigen und kleineren Pfeilen, welche das Unterdrucksetzen des Materials durch die neuen Dichteinrichtungen zeigen;

Fig. 4

eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Dichtnut der Rotations-Verarbeitungsvorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie IV-IV von Fig. 1 gesehen;

Fig. 5

eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Teils der Rotations-Verarbeitungsvorrichtung von Fig. 1, den Effekt des Unterdrucksetzens des Materials in der Dichtnut illustrierend;

Fig. 6

eine vereinfachte schematische Ansicht der Verbindung der Kanalräume einer Rotations-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und beinhaltet eine alternative Ausführungsform der neuen Dichteinrichtungen mit größeren

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Pfeilen, welche die Flußrichtung des vikosen Materials von einem Kanalraum zum anderen anzeigen und kleineren Pfeilen, welche das Unterdrucksetzen des Materials durch die neuen Dichteinrichtungen kennzeichnen;

Fig. 7

eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Rotations-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Stufe zur Befreiung des Materials von flüchtigen Bestandteilen und die neuen Dichteinrichtungen enthält;

Fig. 8

eine vereinfachte schematische Darstellung der Verbindung der Kanalräume der Rotations-Verarbeitungsvorrichtung von Fig. 7 mittels einer Übertragungsnut, mit größeren Pfeilen, welche die Flußrichtung des viskosen Materials von einem Kanalraum zum anderen zeigen und die neuen Dichteinrichtungen illustrieren;

^Fi9· ⁹

eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines ersten Kanalraums der Stufe zur Befreiung des Materials von flüchtigen Bestandteilen gemäß Fig. 7, entlang der Linie IX-IX der Fig. 7 gesehen;

Fig. 10

eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Zwischenstufe zur Befreiung des Materials von flüchtigen Bestandteilen der entsprechenden Stufe von Fig. 7, entlang go äer Linie X-X von Fig. 7 gesehen;

Fig. 11

eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines letzten Verflüchtigungs-Kanalraums der Stufe zur Befreiung des g₅ Materials von flüchtigen Bestandteilen von Fig. 7, entlang der Linie XI-XI von Fig. 7 gesehen;

Fig. 12

b7 2 7,

, eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Mischkanalraums einer Rotations-Verarbeitungsvorrichtung von Fig. 7, entlang der Linie XII-XII von Fig. 7 gesehen.

ι- Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist die neue erfindungsgemäße Verarbeitungsvorrichtung ein rotierendes Element mit einem Rotor 12 auf, welcher innerhalb eines stationären Elements rotiert, welches ein Gehäuse 16 aufweist. Der Rotor 12 trägt zumindestens zwei ringförmige Ringkanäle 21 und 23, welche sich von der Rotoroberfläche 20 aus nach innen erstrecken. Die Einrichtungen zum Drehen des Rotors 12 sind mit M bezeichnet, da solche Einrichtungen von jedem geeigneten Typ sein können, welcher für gewöhnlich zur Rotation von Extrudern oder ähnlichen Vorrichtungen für die Verarbeitung von viskosen oder plastifizierbaren Materialien 15

geeignet ist, und welche im Stand der Technik wohl bekannt sind. Das Gehäuse 16 des stationären Elementes schafft eine konzentrische Abdeckfläche 18, welche so angeordnet ist, daß sie mit der Oberfläche 20 des Rotors 12 zusammenwirkt, um mit den Ringkanälen 21 und 23 abgeschlossene Verarbeitungs-Kanal räume 22 und 24 zu schaffen, die entsprechend als erste und zweite Verarbeitungskanalräume der Verarbeitungsvorrichtung bezeichnet werden. Eine Vakuumeinrichtung zum Aufrechterhalten eines Vakuums innerhalb des teilweise gefüllten Kanalraums 24 ist als V (Fig. 1 und 2) darge-■

stellt, wodurch ein wesentlicher Druckunterschied zwischen den Kanalräumen 22 und 24 entsteht. Geeignete Vakuumvorrichtungen beinhaltet jene des Typs, die allgemein zum Aufrechterhalten eines Vakuums in Verflüchtigungs-Vorrichtungen verwendet werden, wie in den Verflüchtigungs-30

Abschnitten von Schneckenextrudern und in Rotations-Verarbeitungsvorrichtungen wie jene, die in den vorstehend genannten Druckschriften US-PS 4 329 065 und 4 413 913 beschrieben wurden. Alternativ dazu können andere (nicht

dargestellte) Einrichtungen vorgesehen werden, um einen 35

wesentlichen Druckunterschied zwischen den Kanalräume aufrechtzuerhalten .

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Ah ./■:- ■::-■: —

Wije in Fig. 3 dargestellt ist, verbindet die Materialübertragungsnut 50 (die in der Abdeckfläche 18 gebildet ist) die Kanalräume 22 und 24. Der Kanalraum 22 (Fig. 3) beinhaltet die Einlaßöffnung 48 und Auslaßöffnung 50 a, welche beide in der Abdeckfläche 18 gebildet sind, und die Abschlußwandfläche 42, die durch das Blockierelement 41 (verbunden mit dem Gehäuse 16) geschaffen wird und vorgesehen ist, um das im Kanalraum 22 verarbeitete Material zu blockieren und zu sammeln, um es von dem Kanalraum durch

jQ die Auslaßöffnung 50a auszubringen. Kanalraum 24 (Fig. 2 und 3) beinhaltet die Einlaßöffnung 50b und die Auslaßöffnung 52 (die ebenfalls in der Deckfläche 18 gebildet sind) und die Abschlußwandfläche 44, die durch das Blockierelement 43 (welches ebenfalls mit dem Gehäuse 16

, c verbunden ist) geschaffen wird und vorgesehen ist, um das im Kanalraum 24 verarbeitete Material zu blockieren und zu sammeln, um es von dem Kanalraum durch die Auslaßöffnung auszubringen. Die Übertragungsnut 50 (Fig. 3) schafft die Auslaßöffnung 50a des Kanalraums 22 und die Einlaßöffnung

__Λ 50b des Kanalraums 24 und ist angeordnet, um das aus dem Kanalraum 22 ausgebrachte Material in den Kanalraum 24 zu fördern.

Im Betrieb tritt das viskose Material von außerhalb der Verarbeitungsvorrichtung oder von einem in Strömungsrichtung vorher angeordnetem Kanalraum oder Kanalräumen der Verarbeitungsvorrichtung in den Kanalraum 22 durch die Einlaßöffnung 48 ein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, in welcher die größeren Pfeile die Bewegung des Materials

. durch die Verarbeitungsvorrichtung darstellen. Das Mate-3U

rial wird durch den Kanalraum 22 gefördert oder geschleppt durch die Rotation des Ringkanals 21 (Fig. 1) und wird in dem ersten Kanalraum 22 verarbeitet und wird als eine rückzirkulierende Ansammlung von Material an der Abschlußwand 42 (Fig. 3) zum Ausbringen aus dem Kanal raum gesam-35

melt. Die Verarbeitung in dem ersten Kanalraum mag aus einem Schmelzen, einem Fördern, einem Homogenisieren, einem Pressen, einem Befreien von flüchtigen Materialien usw.

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1 oder aus einer Kombination von diesen bestehen. Der dargestellte erste Kanalraum, der Kanalraum 22, ist ein repräsentativer Kanalraum und kann modifiziert werden, um die gewünschte Verarbeitungsfunktion zu bewirken. Das gesammelte viskose Material wird aus dem Kanalraum durch die Auslaßöffnung 50a ausgebracht und zu dem zweiten Kanal raum 24 durch die Übertragungsnut 50 gefördert. Das Material tritt in den zweiten Kanalraum 24 durch die Einlaßöffnung 50b ein und wird durch den Kanalraum 24 infolge der Rotation des Ringkanals 23 gefördert oder geschleppt (Fig. 1 und 2). Das im Kanalraum 24 verarbeitete Material (Fig. 2 und 3) wird als rückzirkulierende Materialansammlung an der Abschlußwand 44 gesammelt und aus dem Kanalraum durch die Auslaßöffnung 22 ausgebracht,- um aus der Verarbeitungsvorrichtung oder um in einen in Strömungsrichtung nachgeordneten Kanalraum oder Kanalräume der Verarbeitungsvorrichtung gefördert zu werden.

Wie in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist, stellt der Kanalraum 24 im Verhältnis zum Kanalraum 22 einen Niederdruck-Kanalraum dar, da er in Verbindung mit Vakuumeinrichtungen V steht. Der zwischen den Kanalräumen 22 und 24 vorhandene Druckunterschied stellt ein ernsthaftes Problem des Druck- und/oder Material Verlustes durch Leckstrom zwisehen den Kanalräumen dar. Die vorliegende Erfindung schafft neue Dichteinrichtungen, um dieses Leckproblem zu beseitigen. Wendet man sich zunächst Fig. 1 zu, so ist zu sehen, daß die Abdichteinrichtungen der vorliegenden Erfindung eine ringförmige Dichtnut 36 aufweisen, die in der gQ Fläche 20 des Rotors 12 zwischen den Ringkanälen 21 und 23 gebildet ist und die zum dem Spaltraum 19 zwischen der Rotoroberfläche 20 und der Abdeckfläche 18 hin offen ist. Der Querschnitt der Dichtnut 36 kann variieren und kann rechteckig, kreisförmig, halbkreisförmig oder winkelförmig ^sein·

Wie in Figur 4 und schematisch in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Dichtnut 36 über einen Teil der Länge zur Übertra-

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gungsnut 50 offen. Wenn sich der Rotor 12 dreht, läuft die Dichtnut 36 unter der Übertragungsnut 50 vorbei, wo sie im wesentlichen vollständig mit etwas Material aus der Übertragungsnut gefüllt wird. In der praktischen Anwendung der Erfindung ist es wichtig, daß die Übertragungsnut 50 im wesentlichen voll gehalten wird, so daß Druck- und/oder Materialverluste durch die Übertragungsnut 50 verhindert oder zumindest minimiert werden. Es ist gleichermaßen wichtig, daß das Material, welches die Übertragungsnut-50 füllt, unter ausreichendem Druck steht, so daß jeder Teil der Dichtnut 36, der unter der Übertragungsnut 50 vorbeiläuft, mit viskosem Material gefüllt wird oder im wesentlichen mit viskosem Material gefüllt gehalten wird. Dementsprechend sind Einrichtungen vorgesehen, um die Übertragungsnut 50 während des Betriebes im wesentlichen voll zu halten und genügend Druck zu erzeugen, um die Dichtnut 36 mit etwas von dem Material in der Übertragungsnut 50 zu füllen.

Einrichtung zum Erreichen dieser Funktionen sind in den Fig. 2 und 3 als Kontrollvorrichtung 84 gezeigt. Wie gezeigt ist, ist die Kontrollvorrichtung 84 in die Öffnung 16a (Fig. 2) im Gehäuse 16 eingepaßt und erstreckt sich radial in die Einlaßöffnung 50b. Die Kontrollvorrichtung kann so angeordnet sein, daß sie von außerhalb der Verarbeitungsvorrichtung justierbar ist, um die Einlaßöffnung 50b bis zu einem vorbestimmten Grad zu verengen, so wie z.B. mit einer Justierschraube 84a (Fig. 2). Diese Kontrollvorrichtung 84 schafft die Möglichkeit, den Druck in der Übertragungsnut 50 im einzelnen einzustellen, um die Übertragungsnut 50 während des Betriebes im wesentlichen gefüllt zu halten. Dementsprechend kann die Position der Kontrollvorrichtung 84 solange geändert werden, bis diese Fähigkeit erreicht ist. Z. B. kann die Kontrollvorrichtung 84 so positioniert werden, daß sie sich in die Übertragungsnut zwischen der Einlaßöffnung 50b und der Abdichtnut 36 erstreckt, oder kann so positioniert werden, daß sie sich in den Ringkanal 23 dicht hinter (in Strömungsrichtung

57 27,

gesehen) der Einlaßöffnung 50b erstreckt.

Die Kontrollvorrichtung 84, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, ist einstellbar, um die Einlaßöffnung 50b zu verengen, um das Material, welches sich (in Strömungsrichtung) vor der Einlaßöffnung 50b befindet, unter Druck zu setzen und eine vollständige Füllung der Übertragungsnut 50 zu erreichen, um einen Vakuumleckstrom durch die Übertragungsnut 50 zu kontrollieren. Dieses Unterdrucksetzen

JO ist durch die kleineren Pfeile P_a in Fig. 3 dargestellt. Dieser Druck wird zu dem Material übertragen, welches an der Abschlußwand 42 gesammelt wird, wie durch den Pfeil P^₁ (Fig. 3) dargestellt wird. Dadurch kann diese Kontrollvorrichtung 84 ebenfalls dazu verwendet werden, die Größe und

je den Druck in der Materialansammlung, die an der Abschlußwand 42 gesammelt wird, zu kontrollieren. Das Material, das an der Abschlußwand 42 gesammelt wird, wird weiter durch die Schleppwirkung des rotierenden Ringkanals 21 auf das viskose Material in den Kanalraum 22 gepreßt, wie dies in den vorstehend genannten Druckschriften US-PS 4 142 805 und 4 194 841 beschrieben ist.

Der Druck in der Transportnut 50 drückt zusätzlich mehr Material in die Dichtnut 36 und bewirkt das Unterdrückte setzen des viskosen Materials in der Dichtnut 36, wenn sie unter der Übertragungsnut vorbeigleitet. Die Kontrollvorrichtung 84 kann somit ein justiert werden, um die vollständige Füllung der Dichtnut 36 sicherzustellen und um eine Kontrolle des Drucks in dem Material, welches in die „₀ Dichtnut 36 aus der Übertragungsnut eintritt, zu schaffen. Diese Druckübertragung zur Dichtnut 36, wenn sie die Übertragungsnut passiert, ist durch den Pfeil P_c in Fig. 3 und 4 dargestellt. Der Druck des viskosen Materials in der Dichtnut 36 drängt das Material radial nach außen zum _Q_ Kontakt mit der Abdeckfläche 18 wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, um solcherart eine lebende O-Ring-Dichtung zwischen den Oberflächen 18 und 20 zu bilden, um den Druckverlust in der Öffnung 19 zwischen den Kanal räumen in dem

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unter Druck stehenden Teil der Dichtnut 36 zu verhindern. In manchen Fällen ist die lebende O-Ring-Dichtung, die durch den Druck des Materials in der Dichtnut 36 von dem unter Druck stehenden Material in der Übertragungsnut 50 κ erzeugt wird, genügend, um eine effektive Dichtung des Spaltes 19 zwischen den Kanalräumen 22 und 24 zu bewirken. Es ist jedoch so, daß mit bestimmten Materialien und unter bestimmten Vearbeitungsbedingungen das Material, welches die lebende O-Ring-Dichtung 39 bildet, einen graduellen Druckabfall erfahren kann, da das Material von der Übertragungsnut 50 durch die Dichtnut 36 hinweggeführt wird, was durch den Leckstrom des Materials von der Dichtnut 36 zu den Kanalräumen 22 und/oder 24 verursacht wird.Dadurch kann der Druck, der durch die Pfeile P_c in Fig. 4 dargestellt

.,. ist, kleiner sein, als der durch den Pfeil P_1n, gekennzeichnet, wobei der Druckabfall in Pfeilrichtung erfolgt. Da das Material weiter von der Übertragungsnut 50 gefördert wird, kann der Druck in dem Material unter Umständen auf ein Niveau abfallen, bei welchem die lebende O-Ring-Dichtung lückenhaft wird, und somit einen Leckstrom an diesem

Punkt zwischen den Kanal räumen 22 und 24 ermöglicht.

In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können Einrichtungen geschaffen werden, um zu-

_o_ verlässig eine effektive O-Ring-Dichtung aufrechtzuerhalten Zo

und zwar über den gesamten Umfang der Rotoroberfläche 20 zwischen den Kanalräumen 22 und 24. Solche Einrichtungen werden in den Fig. 3 und 4 als Element 37 gezeigt, welches vorgesehen ist, um das viskose Material, das von der

Dichtnut 36 befördert wird, weiter zu pressen. Wie gezeigt 30

ist, ist das Element 37 mit dem Gehäuse 16 verbunden und erstreckt sich in die Dichtnut 36, um eine Sperrfläche 38 zum Blockieren des Materials in der Dichtnut zu bilden, so daß ein rückwirkender Druck in dem Material in der Dichtnut vor der Sperrfläche 38 erzeugt wird. Das druckerzeugende

Element 37 ist vorzugsweise in der Nähe der mehr strömungsaufwärts gelegenen Seitenwand der Übertragungsnut 50 (in Bezug zur Drehrichtung) angeordnet, wie dies in den

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Fig. 3 und 4 gezeigt ist, so daß das unter Druck gesetzte Material an der Sperrfläche 38 gesammelt und in die Übertragungsnut 50 ausgebracht werden kann.

Das Material, welches von der Dichtnut 36 gefördert wird, wird an der Sperrfläche 38 gesammelt, welche sich durch das druckerzeugende Element 37 ergibt. Wenn mehr Material durch die Nut 36 zu der Sperrfläche 38 gefördert wird, wird weiterer Druck in dem Material der Dichtnut 36 erzeugt. Die

IQ Übertragung dieses weiteren Drucks strömungsaufwarts durch die Nut 36 wird durch die Pfeile P_d und P¹^ (Fig. 3 und 4) gekennzeichnet. Wenn der Druck (P_d und P'^l» welcher gegen die Drehrichtung von der Sperrfläche 38 übertragen wird und der Druck P_c und P'_c (der in Drehrichtung von der Übertra-

j5 gungsnut übertragen wird) und durch die Kontrollvorrichtung 84 (Fig. 2 und 3) kontrolliert wird, sich gegenseitig verstärkt, wird eine kontinuierliche lebende O-Ring— Dichtung 39 (Fig. 5) über dem gesamten Umfang der Dichtnut aufrechterhalten, wodurch sich eine effektive Dichtung über

2Q dem ganzen Umfang der Rotorfläche 20 zwischen den Kanalräumen 22 und 24 ergibt, die den Leckstrom kontrollieren. Die Sperrfläche 38 ist vorzugsweise so angeordnet, daß das Durchlaufen des Materials in der Dichtnut 36 völlig blockiert wird, aber sie kann auch alternativ dazu so angeordnet werden, daß etwas Material hinter das druckerzeugende Element 37 gefördert wird, falls dies gewünscht ist. Material, das von der Sperrfläche 38 blockiert und gesammelt wird, wird aus der Dichtnut zur Übertragungsnut 50 ausgebracht, wodurch sich eine Kontrolle der Verweilzeit

₃Q und der Degradation des Materials in der Dichtnut 36 ergibt.

In der Verarbeitungsvorrichtung, die in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist, ist der Druck im zweiten Kanalraum 24

_QE- wesentlich geringer als der in dem ersten Kanalraum 22, oo

aber die vorstehend beschriebenen Dichteinrichtungen, ergeben eine gleichwohl wirkungsvolle Dichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalraum, wobei der Druck in dem

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ersten Kanalraum entweder wesentlich niedriger oder wesentlich höher als der in dem zweiten Kanalraum ist.

Obwohl das druckerzeugende Element 37 und die Sperrfläche 38 (Fig. 3 und 4) besonders zu bevorzugende Einrichtungen zum Aufrechterhalten einer wirkungsvollen Dichtung über dem gesamten Umfang der Rotorfläche zwischen den Kanalräumen und 24 darstellen, sind andere Einrichtungen zum Aufrechterhalten einer wirkungsvollen Dichtung möglich. So zeigt z.

B· Fig. 6 eine Dichtung gemäß der Erfindung, bei welcher schräge oder spiralförmige Nuten 40 einen weiteren Druck in der Dichtnut 36 über dem ganzen Umfang der Rötorflache 20 erzeugen, um eine effektive Dichtung zwischen den Kanalräumen 22 und 24 aufrecht zu erhalten. Die schrägen Nuten 40 können verwendet werden, um die lebende O-Ring-Dichtung entweder als Ersatz, oder in Verbindung mit dem druckerzeugenden Element 37 und der vorstehend beschriebenen Sperrfläche 38 zu verstärken.

Die Fig. 7 bis 12 zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 7 bis 12 zeigen eine Rotations-Verarbeitungsvorrichtung, welche eine Stufe zur Befreiung des Materials von flüchtigen Bestandteilen mit drei Kanalräumen aufweist, welche zwischen zwei außerhalb der Verflüchtigungs-Stufe gelegenen Kanalräumen angeordnet sind. Wie in Fig. 7 gezeigt, trägt der Rotor 12 eine Vielzahl von Ringkanälen, welche Verarbeitungskana!räume bilden, die für unterschiedliche Verarbeitungsfunktionen ausgelegt sind. Der Verarbeitungskanal raum

ag 22, der mit dem Ringkanal 21 gebildet wird, weist eine Zuführung auf, welche ausgestaltet ist, um viskoses Material aufzunehmen, welches der Verarbeitungsvorrichtung zugeführt wird. Die Verflüchtigungs-Kanalräume 24, 26 und 28, welche mit den entsprechenden Ringkanälen 23, 25 und

ge gebildet werden, bilden die Verflüchtigungsstufe. Der Verarbeitungskanalraum 30 (Ringkanal 29) ergibt eine Mischstufe. Wie dies schematisch in Fig. 8 illustriert ist, sind die Verarbeitungskanalräume mit Übertragungsnuten 50,

5 7 27;

52, 54 und 56 in Reihe geschaltet, (wobei die Übertragungsnuten in der Oberfläche 18 des Gehäuses 16 eingelassen sind), welche so angeordnet sind, daß das Material, welches in einem Kanalraum verarbeitet wurde, zu einem anderen Kanalraum für die Weiterverarbeitung übertragen werden kann. Die Übertragungsnuten und die Einlaß- und Auslaßöffnungen, die hierbei geschaffen werden, sowie die Blockierelemente, welche nachstehend beschrieben werden, können durch eine oder mehrere bewegliche Übertragungsplatten gebildet werden, welche mit dem Gehäuse 16 verbunden sind, wie dies in der US-PS 4 227 816 beschrieben ist.

In der Verarbeitungsvorrichtung, die in Fig. 7 dargestellt ist, steht die Verflüchtigungsstufe mit einer Vakuumver-5 teilanordnung oder einem Vakuum-Verteilkanal 76 durch die Öffnung 17 durch das Gehäuse 16 in Verbindung. Die Öffnung 17 erstreckt sich über die benachbarten Verflüchtigungskanalräume 24, 26 und 28. Die Positionierung der Vakuumverteilanordung 76 über dem Umfang der Kanalräume ist beson-

2Q ders deutlich in den Fig. 8 bis 11 zu sehen. Die Vakuumverteilanordung 76 steht ebenfalls mit einer Vakuumquelle (nicht dargestellt) durch die Öffnung 75 in Verbindung, um die Kanalräume der Verflüchtigungsstufe zu evakuieren. Der Vakuum-Verbindungskanal 76 kann ebenfalls mit Vakuummeßeinrichtungen (nicht dargestellt) durch die Öffnung 77 in Verbindung stehen. Alternativ dazu kann jede geeignete Einrichtung zum Evakuieren der Verflüchtigungs-Stufe verwendet werden.

„Q Andere Typen von Verflüchtigungstufen können verwendet werden, wie sie in den vorstehend genannten Druckschriften US-PS 4 329 065 und 4 413 913 beschrieben wurden.

Umlaufende Rippen 80 (Fig. 7 und 9) sind mit dem Gehäuse verbunden und am Rand der Verflüchtigungsstufe angeordnet, um das Verstopfen der Vakuumleitung zu verhindern.

Wenn das Verdampfen der flüchtigen Bestandteile in dem

5 7 27

Material dazu führt, daß die Temperatur im Material vermindert wird, kann die Effektivität der Verflüchtigung der Verarbeitungsvorrichtung erhöht werden, indem Temperatur-Kontrolleinrichtungen 82 (Fig. 7) vorgesehen werden, um zumindestens die Seitenwände der Verflüchtigungskanalräume zu heizen, und vorzugsweise alle Kanalräume sowie das Gehäuse der Verarbeitungsvorrichtung. Die Temperatur-Kontrol!einrichtung 82, welche in Fig. 7 dargestellt ist, sind eine Reihe von Kammern, durch welche wärmeübertragende ₁q Flüssigkeit in bekannter Weise zirkulieren kann, aber es kann auch jede andere geeignete Einrichtung zur Kontrolle der Temperatur des Materials während der Verarbeitung verwendet werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen den Kanalraum 22 der Zuführstufe. Kanalraum 22 beinhaltet die Einlaßöffnung 48, die Auslaßöffnung 50a und das Blockierelement 41, welches die Abschlußwand 42 des Kanalraums 22 ergibt. Die Abschlußwand ist vorzugsweise von der Einlaßöffnung 48 um einen größeren Teil des Umfangs über dem Kanalraum entfernt und ist in der Nähe der Auslaßöffnung 50a angeordnet. Im Betrieb wird das von flüchtigen Materialien zu befreiende viskose Material durch Schwerkraft oder durch Zwangszuführung der Verarbeitungsvorrichtung durch die Einlaßöffnung 48 zugeführt und wird von dem rotierenden Ringkanal 21 aufgenommen. Das Material wird durch den Ringkanal 21 zu der Abschlußwandfläche 42 geführt. Der größte Teil des Materials wird durch die Abschlußwand fläche gehalten, so daß eine Relativbewegung zwischen dem zurückgehaltenen Hauptteil des Mate-

rials und dem Material, das an den rotierenden Seitenwänden 30

des Kanalraums anliegt, entsteht. Diese Relativbewegung bewirkt einen Anstieg der Temperatur und des Druckes in dem Material, wenn es sich der Abschlußwandfläche 42 nähert, wie dies in der vorgenannten US-PS 4 194 841 beschrieben ist. An der Abschlußwandfläche 42 wird das Material gesammelt, um durch die Auslaßöffnung 50a ausgebracht und zu der Verflüchtigungsstufe übertragen zu werden, und zwar mittels einer Übertragungsnut 50 (Fig. 8), welche eine Auslaß-

57 27

Öffnung 50a für den Kanalraum 22 und eine Einlaßöffnung 50b für den teilweise gefüllten Niederdruckkanal raum 24 ergibt, welche den ersten Kanalraum der ersten Verflüchtigungsstufe bildet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Der Druck im Kanalraum 22, besonders in dem Bereich der Abschlußwand 42 ist wesentlich größer als der im Bereich 24. Wie erwähnt, ist der dargestellte Kanalraum 22 vor der Verflüchtigungsstufe angeordnet, um Material aufzunehmen,

O welches der Verarbeitungsvorrichtung zugeführt wird.

Alternativ dazu kann der Kanalraum 42 eingerichtet sein um andere Funktionen zu erfüllen, wie die Aufnahme von Material aus vorhergehenden Teilen, Schmelzen oder Plastifizieren, Mischen oder Homogenisieren, Fördern, Pressen oder die Verflüchtigung von Material, vorausgesetzt, daß ein wesentlicher Druckunterschied zwischen den Kanalräumen 22 und 24 besteht. Demgemäß kann der Kanalraum 22 entweder einen wesentlich höheren oder einen wesentlich niedrigeren Druck ^als äer Kanalraum 24 aufweisen.

Die Fig. 7 bis 11 zeigen die Verflüchtigungsstufe, welche drei teilweise gefüllte Verflüchtigungs-Kanalräume aufweist: Der erste Verf lüchtigungs-Kanalraum 24, der Zwischen-Verflüchtigungs-Kanalraum 26 und der letzte Verflüchtigungs-Kanalraum 28. Die Kanalräume der Verflüchtigungsstufe sind Niederdruckkanalräume, da ein Vakuum überall in der Verflüchigungsstufe durch die Vakuumquelle mittels des Vakuum-Verteilungskanals 76 und der Öffnung 17

OQ aufrechterhalten wird. Jeder Verflüchtigungs-Kanalraum beinhaltet ein Blockierelement 43, welches die Abschlußwandfläche 44 für den Kanalraum bildet, um das Material für das Ausbringen aus dem Kanalraum zu sammeln. Die Anordnung jedes Blockierelementes 43 über dem Umfang der Verflüchti-

gp. gungsstufe ist ausgewählt, um optimale Konstruktionsmerkmale für die Übertragungsnuten 50, 52, 54 und 56 zu schaffen. Eine zu bevorzugende Anordnung der Blockierelemente 43 und ihr Verhältnis zu den Übertragungsnuten und zu den

572?«

Einlaß- und Auslaßöffnungen ist schematisch in Fig. 8 dargestellt.

In Umfangsrichtung angeordnete Strömungsumlenker 86 (Fig. 7, 9, 10 und 11) sind für jeden Verf lüchtigungs-kanalraum vorgesehen, um das Material zu der Grundfläche des Verflüchtigungskanalraums umzulenken um so die Verstopfung der Vakuumleitung zu minimieren. Die dargestellten Strömungsumlenker 86 sind Teil der Strömungsumlenkereinheit 85 (Fig. 7), es können jedoch separate Strömungsumlenker für jeden Verflüchtigungskanalraum verwendet werden.

Die Übertragungsnuten 52 und 54 verbinden die Kanalräume der ersten Verflüchtigungsstufe, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist und schaffen die entsprechende Auslaßöffnung 52a und die Einlaßöffnung 52b sowie die Auslaßöffnung 54a und die Einlaßöffnung 54b. Die Überträgungsnut 56, die ebenfalls in Fig. 8 dargestellt ist, bildet die Auslaßöffnung 56a von der ersten Verflüchtigungsstufe und die Einlaßöffnung 56b für den Mischkanalraum 30.

Im Betrieb tritt das viskose Material in den teilweise gefüllten ersten Verflüchtigungs-Kanalraum 24 der Verflüchtigungsstufe durch die Einlaßöffnung 50b (Fig. 8 und

9) ein und wird zum Grund des Ringkanals 23 durch den Strömungsumlenker 86 gelenkt. Wenn das Material die untere (in Strömungsrichtung) Ecke des Strömungsumlenkers 86 (oder alternativ wenn es in den Verflüchtigungs-Kanalraum 24 zuerst durch die Einlaßöffnung 50b eintritt) ist es einem Vakuum mittels einer (nicht dargestellten) Vakuumquelle durch den Vakuum-Verteilungskanalraum 76 ausgesetzt, welches die Bildung von Blasen überall in dem Volumen des Materials verursacht, da flüchtige Bestandteile von dem Material getrennt werden. Das geschäumte Material wird durch den Kanalraum zu der Abschlußwand 44 gefördert, wo es als schnell rückzirkulierende Ansammlung von Material gesammelt wird. Innerhalb dieser Ansammlung wird eine Scherspannung erzeugt, um die Blasen zu zerreißen und die

5 7 27,

flüchtigen Bestandteile in den Kanalraum 24 zu entlassen, wo sie durch die Öffnung 17 und den Vakuum-Verteilungskanal 76 entfernt werden. Das geschäumte Material wird aus dem Kanalraum 24 durch die Auslaßöffnung 52a ausgebracht und wird zu dem Zwischen-Verf lüchtigungskanalraum 26 (Fig. 8 und 10) gefördert, und zwar durch die Übertragungsnut 52. Etwas von der Wärme, die dem Material verloren geht, wenn die flüchtigen Bestandteile verdampfen, wird ersetzt, wenn das geschäumte Material die beheizten Oberflächen der Verarbeitungsvorrichtung berührt, wie dies oben beschrieben ist. Eine weitere Erwärmung des Materials resultiert aus der viskosen Dissipation innerhalb des Scherbereiches, da über die Antriebswelle zugeführte Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Temperatur des Materials ist deshalb im wesentlichen konstant. Durch die Übertragungsnut 52 tritt das Material in den Zwischen-Verflüchtigungs-Kanalraum 26 durch die Einlaßöffnung 52b (Fig. 8 und 10) ein, durchläuft den Bereich unterhalb des Strömungsumlenkers 86, ist dem Vakuum ausgesetzt und wird vorwärts zu der Ab-

2Q schlußwand 44 gefördert, um einer Scherung unterworfen zu werden und um durch die Auslaßöffnung 54a ausgebracht zu werden. Das Material durchläuft die Übertragungsnut 54 (Fig. 8), tritt in den teilweise gefüllten letzten Verflüchtigungs-Kanalraum 28 (Fig. 8 und 11) durch die Einlaßöffnung 54b ein und durchläuft den Bereich unter dem Strömungsumlenker 86. Das geschäumte Material wird durch den Kanalraum 28 zu der Abschlußwand 44 des letzten Verflüchtigungs-Kanalraums 28 gefördert.

ο« Wenn das Material durch und zwischen den Verflüchtigungs-Kanalräumen gefördert bzw. übertragen wird, ist es kontinuierlich dem Vakuum unterworfen und erfährt keine wesentliche Druckzunahme. Demgemäß entstehen weiterhin Blasen mit den flüchtigen Bestandteilen innerhalb des Materials,

_oc mit Blasenwachstum und Blasenzerreißen wie zuvor beschrieob

ben, bis sich das Material der Abschlußwand 44 des letzten Verflüchtigungs-Kanalraums 28 (Fig. 8 und 11) nähert. Die innerhalb der Verflüchtigungsstufe freiwerdenden flüchtigen

5 7 27.

•ι Bestandteile werden durch den Vakuum-Verteilungskanalraum 76 abgeführt. An der Abschlußwand 44 des Kanalraums 28 wird das Material zum Ausbringen aus der Verflüchtigungsstufe zum Mischkanalraum 30 (Fig. 8 und 12) durch die Übertra-

c gungsnut 56 (Fig. 8) gesammelt, welche die Auslaßöffnung 56a aus dem Kanalraum 28 und die Einlaßöffnung 56b für den Kanalraum 30 bildet. Die vorstehend beschriebene Verflüchtigungsstufe hat drei Verflüchtigungs-Kanalräume, welche durch zwei Übertragungsnuten miteinander verbunden sind, aber es können auch mehr Kanalräume vorgesehen werden, in Abhängigkeit der Verarbeitungsbedingungen und dem zu verarbeitenden Material.

Der Kanalraum 30 der Mischstufe, welcher in den Fig. 8 und

12 dargestellt ist, weist ein Blockierelement 45 auf, wel-15

ches die Abschlußwandfläche 46 für den Kanalraum ergibt. Die Abschlußwandfläche ist vorzugsweise von der Einlaßöffnung 56b um den größeren Teil der Umfangslänge des Kanalraums getrennt und ist nahe der Auslaßöffnung 58 angeordnet. Im Betrieb wird das von seinen flüchtigen Bestandteilen befreite Material, welches in den Kanalraum 30 eintritt, durch die rotierenden Wände des Kanals 29 zu der Abschlußwandfläche 46 geschleppt. Der Hauptteil des Materials wird durch die Abschlußwandfläche 46 gehalten, so

daß Temperatur und Druck des Materials zunehmen, wenn es 25

den Kanalraum durchläuft, in einer ähnlichen Weise wie diejenige, die für den Kanalraum 22 der Zuführstufe beschrieben wurde. Wenn das Material fortfährt nach vorne zu der Abschlußwandfläche geschleppt zu werden, entsteht eine starke Zirkulationsbewegung in dem an der Abschlußwandfläehe gesammelten Material, was zu einem kräftigen Misch Vorgang in dem Material führt. Das Material, welches an der Abschlußwandfläche 46 gesammelt wird, wird aus dem Kanalraum 30 entweder zu einem weiteren nachgeordneten Kanalraum der Verarbeitungsvorrichtung oder zu einem Punkt außerhalb der Verarbeitungsvorrichtung durch den Auslaß 58 (Fig. 8 und 12) ausgebracht.

ar « 1433833

Der Druck in dem Kanalraum 30, besonders in dem Bereich der Abschlußwandfläche 46, ist wesentlich größer als der in dem Kanalraum 28, einem teilweise gefüllten Niederdruck-Verflüchtigungs-Kanal raum« Der dargestellte Kanalraum 30 nach der Verflüchtigungsstufe ist für das Mischen des von den flüchtigen Bestandteilen befreiten Materials ausgelegt, um ein gleichförmiges Produkt zu ergeben. Alternativ dazu kann der Kanalraum 30 ausgelegt werden, um andere Funktion zu erfüllen, wie das Fördern oder das Pressen des viskosen Materials oder die Aufnahme von Additiven, oder kann ein Kanalraum einer weiteren Verflüchtigungsstufe sein, vorausgesetzt, daß ein wesentlicher Druckunterschied zwischen den Kanalräumen 28 und 30 besteht. Dementsprechend kann der Kanalraum 30 entweder einen wesentlich höheren oder einen wesentlich niedrigeren Druck aufweisen als der Kanalraum 28.

Wie vorstehend beschrieben, ist der Kanalraum 24 der Verflüchtigungsstufe ein Niederdruck-Kanal raum, im Verhältnis ^zum Zuführkanalraum 22, da der Kanalraum 24 in Verbindung mit den Vakuumverteilanordungen durch den Vakuum-Verteilungs-Kanalraum 76 und die Öffnung 17 steht. Gleicherweise ist der Kanalraum 28 der Verflüchtigungsstufe ein Niederdruck-Kanalraum im Verhältnis zum Mischkanalraum 30. Dieser zwisehen den Kanal räumen 24 und 22 und zwischen den Kanal räumen 28 und 30 existierende Druckunterschied stellt ein ernsthaftes Problem bezüglich des Druck- und/oder Materialverlustes zwischen den Kanalräumen dar. Die Fig. 7 bis 9 und 12 zeigen die neuen Dichteinrichtungen gemäß der vor-

OQ liegenden Erfindung, die eine effektive Kontrolle dieses Leckstrom-Problems ermöglichen. Die neuen Dichteinrichtungen werden zunächst mit Bezug auf die Kanalräume 24 und 22 beschrieben. Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, ist die ringförmige Dichtnut 36 in der Oberfläche 20 des Rotors

gg 12 zwischen den Kanälen 23 und 21 eingelassen und öffnet sich zu den Spalträumen 19 zwischen der Rotorfläche 20 und der Abdeckfläche 18. Wie vorstehend für die Fig. 1, 3 und 4 beschrieben wurde, kann das Profil der Dichtnut

5 7 2 7,

variieren, es ist hier jedoch als rechteckig dargestellt. Wie schematisch in Fig. 8 dargestellt ist, ist die Dichtnut 36 zur Übertragungsnut 50 über einen Teil der Länge offen. Wenn der Rotor 12 rotiert, läuft die Dichtnut 36 unter der Übertragungsnut 50 durch, wo sie im wesentlichen vollständig mit etwas Material aus der Übertragungsnut 50 gefüllt wird.

Wie vorstehend beschrieben, ist es wichtig, daß die Übertragungsnut 50 während des Betriebes im wesentlichen vollständig mit viskosem Material gefüllt ist, um den Druckverlust durch die Übertragungsnut 50 zu kontrollieren. Es ist gleichermaßen wichtig, wie vorstehend beschrieben wurde, daß das Material in der Übertragungsnut 50 unter genügendem Druck steht, so daß jeder Teil der Dichtnut 36, der unter der Übertragungsnut 50 durchläuft, im wesentlichen gefüllt ist und gefüllt gehalten wird mit unter Druck stehendem Material aus der Übertragungsnut 50. Dementsprechend sind Einrichtungen vorgesehen, um die Übertragungsnut 50 während des Betriebes im wesentlichen vollständig gefüllt zu halten und um genügenden Druck zu ergeben, um die Dichtnut 36 mit etwas von dem unter Druck stehenden Material aus der Übertragungsnut 50 zu füllen.

Einrichtungen, um diese Punktion zu erfüllen, sind in den Fig. 8 und 9 als Kontrollvorrichtung 84 dargestellt. Die Kontrollvorrichtung 84, welche vorstehend im Detail im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschrieben wurde, ergibt die Möglichkeit, den Druck in der Übertragungsnut im einzelnen einzustellen um die Übertragungsnut 50 im Betrieb im wesentlichen gefüllt zu halten. Das Pressen des Materials in der Übertragungsnut 50 drängt mehr Material in die Dichtnut 36 und verursacht ein Pressen des Materials in die Dichtnut 36 wenn diese unter der Übertragungsnut durchläuft. Die Kontrollvorrichtung 84 kann positioniert werden, um die vollständige Füllung der Dichtnut 36 sicher-t zustellen und um eine Kontrolle des Drucks in dem Material, welches in die Dichtnut 36 aus der Übertragungsnut 50

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eintritt, zu ermöglichen. Der Druck des Materials in der Dichtnut 36 drängt das Material radial auswärts, um in Kontakt mit der Abdeckf lache 18 zu kommen, wie dies zuvor in Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben wurde, wobei eine lebende O-Ring-Dichtung 39 zwischen den Oberflächen 18 und 20 geschaffen wird, und der Druck- und/oder Materialverlust durch die Öffnung 19 zwischen den Kanalräumen 22 und 24 in dem unter Druck stehenden Teil der Dichtnut 36 verhindert wird.

Wie vorstehend beschrieben, kann das Material, welches die Dichtung 39 bildet, jedoch einen graduellen Abfall des Druckes im Material erfahren, welches von der Übertragungsnut 50 durch die Dichtnut 36 hinweg gefördert wird.

Wenn das Material weiter von der Übertragungsnut 50 weg gefördert wird, kann der Druck in dem Material eventuell auf ein Niveau absinken, bei welchem die O-Ring~Diehtung lückenhaft wird, und an diesem Punkt ein Leck zwischen den Kanalräumen 22 und 24 schafft.

Es sind Mittel vorgesehen um tatsächlich eine wirkungsvolle O-Ring-Dichtung über dem ganzen Umfang der Rotorfläche zwischen den Kanalräumen 22 und 24 zu schaffen. Solche Mittel sind in Fig. 8 als Element 37 gezeigt, welches vorgesehen ist, um Material, welches in der Dichtnut 36 befördert wird, zu pressen. Das Element 37 ist vorstehend im Detail in Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben und weist eine Sperrfläche 38 auf, um das Material zu blockieren und zu sammeln, welches in der Dichtnut 36 gefördert

QQ wird. Wenn mehr Material zu der Sperrfläche 38 durch die Rotation der Dichtnut 36 gefördert wird, wird ein weiterer Druck in dem Material der Dichtnut 36 erzeugt. Wenn sich dieser Druck aufbaut, wird er durch die Dichtnut 36 strömungsaufwärts übertragen, um den Druck zu verstärken,

gc der in Drehrichtung von der Übertragungsnut 50 übertragen wird, um eine kontinuierliche lebende O-Ring-Dichtung 39 über dem gesamten Umfang der Dichtnut 36 aufrecht zu halten, wodurch sich eine effektive Dichtung ergibt, um Druck-

5 7

und/oder MatrialVerluste über dem gesamten Umfang der Rotorfläche 20 zwischen den Kanalräumen 22 und 24 zu kontrollieren.

5
Die neuen Dichteinrichtungen, die vorstehend beschrieben sind, können ebenfalls angeordnet werden, um eine effektive Dichtung zwischen den Kanalräumen 28 und 30 zu schaffen. Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, ist eine zusätzli-

iQ ehe ringförmige Dichtnut 36 in der Oberfläche 20 des Rotors 12 zwischen den Kanälen 27 und 29 gebildet und ist zu dem Spaltraum 19 und zu der Übertragungsnut 56 hin geöffnet, in einer Weise, welche ähnlich zu der vorstehend für die Dichtnut 36 und die Übertragungsnut 50 zwischen den Kanälen 23 und 21 beschrieben ist. Wie in Fig. 8 und 12 gezeigt ist, ist eine zusätzliche Kontrollvorrichtung 84 in dem Kanalraum 30 vorgesehen, um die Möglichkeit zu schaffen, den Druck in der Übertragungsnut 56 zu kontrollieren, um die Übertragungsnut 56 während des Betriebes im wesentli-

_ΟΛ chen gefüllt zu halten und um das Material in die Übertragungsnut 56 und die Dichtnut 36 zu pressen, um eine lebende O-Ring-Dichtung 39 zwischen den Kanalräumen 28 und 30 zu schaffen. Ein zusätzliches druckerzeugendes Element· 37, welches eine Sperrfläche 38 ergibt, ist angeordnet, um in

_p. die Dichtnut 36 zwischen den Kanalräumen 28 und 30 hineinzuragen. Die Sperrfläche 38 erzeugt einen weiteren Druck in dem Material der Dichtnut 36, um den Druck, welcher in Drehrichtung von der Übertragungsnut 56 übertragen wird, zu verstärken, wodurch eine kontinuierliche Dichtung 39 über

_Λ dem gesamten Umfang der Dichtnut 36 aufrechterhalten wird. 30

Dadurch wird eine effektive Dichtung erreicht, um den Druck- und/oder Vakuumverlust über dem gesamten Umfang der Rotorfläche 20 zwischen den Kanalräumen 28 und 30 zu kontrollieren.

Das druckerzeugende Element 37 und die Sperrfläche 38 (Fig.

8) ergeben besonders zu bevorzugende Einrichtungen, um eine wirkungsvolle lebende O-Ring-Dichtung über dem gesamten

5727

Umfang der Rotorf lache zwischen den Kanal räumen 22 und und zwischen den Kanalräumen 28 und 30 aufrecht zu erhalten, wodurch der Druck- und/oder Material verlust am Rand der Verflüchtigungsstufe kontrolliert wird. 5 Die neuen Dichtungseinrichtungen der vorliegenden Erfindung sind ebenso besonders wirkungsvoll, um den Druck- und/oder Materialverlust am Rande von anderen Typen von Verflüchtigungsstufen von Rotations-Verarbeitungsvorrichtungen zu ergeben, wie sie in den vorstehend genannten Druckschriften US-PS 4 329 065 und 4 413 913 beschrieben sind.

27.

Claims

Patentansprüche

Rotations-Verarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung von viskosen Materialien mit einem rotierenden Element, welches einen Rotor aufweist, der zumindestens einen ersten und zweiten ringförmigen Verarbeitungs-Kanalraum trägt, der sich radial einwärts von der Oberfläche des rotierenden Elementes aus erstreckt; ein stationäres Element, welches eine konzentrische Abdeckfläche bildet, die von der Rotoroberfläche durch einen Zwischenraum getrennt ist und mit den Kanälen zusammenwirkt um einen ersten und zweiten ringförmigen Verarbeitungs-Kanalraum zu schaffen, wobei das stationäre Element ebenfalls eine Einlaßöffnung aufweist, um den ersten Verarbeitungs-Kanalraum Material zuzuführen, sowie ein Blockierelement, welches eine Abschlußwand für jeden Kanalraum bildet, um Material zu sammeln, welches in dem Kanalraum verarbeitet wurde, um es aus dem Kanalraum auszubringen, sowie eine Auslaßöffnung, die in der Nähe der Abschlußwand des zweiten Verarbeitungs-Kanalraums positioniert ist, um das Material aus dem zweiten Verarbeitungs-Kanalraum auszubringen sowie eine Material-Übertragungsnut, welche den ersten und den zweiten Verarbeitungs-Kanalraum in einer Reihenschaltung verbindet und sich von einem Punkt

nahe der Abschlußwand des ersten Verarbeitungs-Kanairaums zu dem zweiten Verarbeitungs-Kanalraum erstreckt, um Material aus dem ersten Verarbeitungs-Kanalraum auszubringen und das ausgebrachte Material zu dem zweiten Verarbeitungs-Kanalraum zu fördern, wobei ein Druckunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalraum während des Betriebes entsteht; und gekennzeichnet durch Dichteinrichtungen zur Kontrolle des Druck- und/oder MaterialVerlustes zwischen dem ersten (22) und zweiten (24) Verarbeitungs-Kanalraum, welche folgende Elemente aufweisen:

Eine ringförmige Dichtnut (36), welche von dem Teil der Rotoroberfläche 20 zwischen dem ersten (22) und dem zweiten (24) Verarbeitungs-Kanalraum getragen wird» und sich über den gesamten Umfang des Rotoroberflächenteils (20) erstreckt und so angeordnet ist, daß sie unter der Material-Übertragungsnut (50) durchläuft, wenn der Rotor (12) rotiert;

Einrichtungen (84) um die Material-Übertragungsnut (50) im wesentlichen vollständig mit viskosem Material gefüllt zu halten und das Material in der Material-Übertragungsnut (50) unter ausreichendem Druck zu halten, um die Teile der Dichtnut (36) zu füllen, welche unter der Material-Übertragungsnut (50) durchlaufen und zwar mit gepreßtem viskosem Material aus der Material-Übertragungsnut; und

OQ Einrichtungen (37, 38), um die Dichtnut (36) im wesentlichen vollständig mit unter Druck stehendem viskosem Material gefüllt zu halten und um das Material radial auswärts zu drängen, damit es die Abdeckfläche (18) über dem vollen Umfang der Dichtnut (36) berührt,

O₅ so daß eine lebende O-Ring-Dichtung (39) über dem vollen Umfang der Rotorfläche (20) zwischen dem ersten (22) und zweiten (24) Verarbeitungs-Kanairaums aufrecht erhalten wird.

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Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, um die Materia 1-Übertragungsnut (50) im wesentlichen mit Material gefüllt zu halten und um das Material in der Material-Übertragungsnut (50) unter genügendem Druclc zu halten, eine Kontrollvorrichtung (84) aufweisen, welche mit dem stationären Element (16) verbunden ist, und axial in Strömungsrichtung gesehen hinter der Dichtnut (36) positioniert ist, um die Querschnittsfläche, welche für die Übertragung des Materials zu dem zweiten Verarbeitungs-Kanalraum (24) zur Verfügung steht, zu verengen.

Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, um die Dichtnut (36) im wesentlichen vollständig mit unter Druck stehendem Material über dem vollen Umfang der Dichtnut (36) aufrecht zu erhalten, ein druckerzeugendes Element (37) aufweist, welches mit dem stationären Element (16) verbunden ist und sich in die Dichtnut (36) erstreckt, und zwar an einem Punkt nahe dem im Umfangsrichtung vor der Transportnut (50) liegenden Teil und angeordnet ist, um eine Störfläche (38) für die Dichtnut (36) zu bilden, um zumindest teilweise den Fluß des Materials, welches von der Dichtnut (36) gefördert wird, zu behindern, um das Material, welches von der Dichtnut (36) gefördert wird, weiter unter Druck zu setzen.

Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, welche weiterhin Vakuumeinrichtungen (V; 75, 76) enthält, die mit zumindestens einer (24) der Verarbeitungskanalräume zusammenwirken.

Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Verarbeitungskanalräume eine Vielzahl von Verarbeitungsstufen ergeben, welche

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eine Verflüchtigungsstufe ergeben, um das viskose Material, welches in der Rotations-Verarbeitungsvorrichtung verarbeitet wird, von flüchtigen Bestandteilen zu befreien und welche eine oder mehrere Verarbeitungskanalräume beinhaltet, die vorgesehen sind, um im Betrieb mit Vakuumeinrichtungen zusammenzuwirken, so daß die flüchtigen Bestandteile von dem Material während des Betriebes befreit werden und in dem Kanal raum oder den Kanal räumen der Verflüchtigungsstufe freigesetzt werden um aus der Rotationsvorrichtung mittels der Vakuumvorrichtungen entfernt zu werden; sowie eine erste zusätzliche Verarbeitungsstufe unmittelbar vor der Verflüchtigungsstufe, welche zumindestens eine der Verarbeitungskanalräume enthält, und eine zweite Verarbeitungsstufe unmittelbar nach der Verflüchtigungsstufe und welche zumindestens einen der Verarbeitungskanal räume enthält, und wobei die Evakuierung der Verflüchtigungsstufe einen Druckunterschied zwischen der Verflüchtigungsstufe und der ersten zusätzlichen Verarbeitungsstufe bewirkt, sowie zwischen der Verflüchtigungsstufe und der zweiten zusätzlichen Verarbeitungsstufe; und gekennzeichnet durch Dichteinrichtungen, um den Verlust von Druck und Material zwischen der Verflüchtigungsstufe (24, 26, 28) und der ersten zusätzlichen Verarbeitungsstufe (22) und sowie zwischen der Verflüchtigungsstufe (24, 26, 28) und der zweiten zusätzlichen Verarbeitungsstufe (30), wobei diese ringförmige Dichtnuten (36, 36) aufweisen, die von Teilen der Rotoroberfläche (20), zwischen der Verflüchtigungsstufe (24, 26, 28) und der ersten zusätzlichen Verarbeitungsstufe (22) und zwischen der Verflüchtigungsstufe (24, 26, 28) und der zweiten zusätzlichen Verarbeitungsstufe (30) getragen werden, welche sich über den gesamten Umfang der Rotorflächenteile (20) erstrecken und so angeordnet sind, daß sie unter den Material-Übertragungsnuten (50; 56) durchlaufen, welche die Stufen (22; 24, 26,

3g 28; 30) verbinden, wenn der Rotor (12) rotiert; sowie Kontroll vorrichtungen (84, 84), welche mit dem stationären Element (16) verbunden sind und axial vor (in Strömungsrichtung gesehen) jeder Dichtnut (36, 36) angeordnet sind,

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um den für die Übertragung des Materials zwischen den Stufen (22; 24, 26, 28; 30) zur Verfugung stehenden Flächenquerschnitt zu verengen, so daß das Material in den Übertragungsnuten, die die Stufen (22; 24, 26, 28; 30) verbinden vor (in Strömungsrichtung gesehen) jeder Kontrollvorrichtung (84, 84) gepreßt wird, wodurch sich eine vollständige Füllung der Transportnuten (50; 56) ergibt, welche die Stufen (22; 24, 26, 28; 30) sowie eine vollständige Füllung der Dichtnuten (36, 36) mit unter Druck stehendem viskosem Material aus den Übertragungsnuten (50; 56); sowie druckerzeugende Elemente (37, 37), welche mit dem stationären Element (16) verbunden sind und welche sich in jede Dichtnut (36, 36) erstrecken, und zwar an Punkten, benachbart den in Umfangsrichtung strömungsaufwärts gelegenen Teil der Transportnuten (50; 56) und angeordnet ist, um eine Störfläche (38, 38) für jede Dichtnut (36, 36) zu ergeben, um zumindest teilweise die Strömung des Materials zu behindern, welches von jeder Dichtnut (36, 36) gefördert wird und um jede Dichtnut (36, 36) im wesentlichen vollständig mit unter Druck stehendem, viskosen Material gefüllt zu halten und um das Material radial auswärts zu drängen, um die Abdeckfläche (18) über dem gesamten Umfang von jeder Dichtnut (36, 36) zu berühren, so daß lebende 0-Ring-Dichtungen (39, 39) über dem gesamten Umfang der Rotorfläche (20) zwischen den Stufen (22; 24, 26, 28; 30) aufrecht erhalten werden.

Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste zusätzliche Verarbeitungsstufe (22) eine Materialzuführungsstufe und die zweite zusätzliche Verarbeitungsstufe (30) eine Mischstufe ist.

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