DE3819605A1

DE3819605A1 - Use of an apparatus for mixing thermoplastified material as a device for introducing additives into a mass flow of thermoplastified material

Info

Publication number: DE3819605A1
Application number: DE3819605A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schwarz; Peter Stommel
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1989-10-19

Abstract

Use of an apparatus for mixing thermoplastified material according to the main patent as a device for introducing additives into a mass flow of thermoplastified material which emerges from an extruder. The rotor has is own drive, which can undergo open-loop and/or closed-loop control independently of the extruder. The thermoplastified material is introduced axially or radially into the apparatus. The additives are forced in at the beginning or ahead of the beginning of the rotor with the aid of a pump. <IMAGE>

Description

Das Hauptpatent geht aus von einer Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Umfangsreihen und in Axialreihen angeordnete Misch kammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen lang gestreckten Grundriß besitzen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkammern in den Umfangsreihen so wie in den Axialreihen des Rotors einerseits und des Stators andererseits übereinstimmt und die Umfangsreihen des Rotors gegenüber den Umfangsreihen des Stators um die halbe Länge der Mischkammern gegeneinander versetzt sind. Der Erfindung nach dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vor richtung so weiter auszubilden, daß ein wesentlich verbesserter Mischwirkungsgrad erreicht wird, und zwar bei geringem ferti gungstechnischen Aufwand. Zur Lösung dieser Aufgabe ist im Hauptpatent beansprucht, daß die Mischkammern als im Radial schnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Rinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, daß die Mischkammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius entspricht, daß die Stege zwischen den Mischkammern in der Oberfläche des Ro tors bzw. des Stators eine Stegbreite aufweisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius, und daß die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche so gewählt ist, daß eine genügend große Schergeschwindigkeit, genauer ein ge nügend großer Schergeschwindigkeitsgradient, realisiert wird. Aufgrund besonderer hydrodynamischer Effekte, die aus der vor stehend beschriebenen Gestaltung und Abstimmung resultieren, erreicht die Erfindung nach dem Hauptpatent eine besonders in tensive Mischung.The main patent is based on a device for mixing thermoplasticized plastic with rotor and stator, the form a gap between them, the rotor and the Stator in circumferential rows and mixes arranged in axial rows have chambers that are of the same design and a long have an elongated floor plan, the front and back is delimited by a semicircle with a guide radius, whereby furthermore the number of mixing chambers in the circumferential rows as in the axial rows of the rotor on the one hand and the stator on the other hand matches and the circumferential rows of the rotor compared to the circumferential rows of the stator by half the length of the Mixing chambers are offset from each other. According to the invention the main patent is based on the task of such a pre further train direction so that a much improved Mixing efficiency is achieved, with low ferti engineering effort. To solve this problem is in Main patent claims that the mixing chambers as in the radial cut circular-shaped channels with the guide radius as Channel radius are executed, the channel depth is less than the guide radius that the mixing chambers have a length that three to four times the guide radius corresponds to that the ridges between the mixing chambers in the surface of the ro tors or the stator have a web width that is smaller is than half the guide radius, and that the shear gap between the rotor surface and the stator surface is selected that a sufficiently high shear rate, more precisely a ge sufficiently large shear rate gradient is realized. Due to special hydrodynamic effects that arise from the previous the design and coordination described above result, the invention according to the main patent achieves a particularly in aggressive mix.

In der Kunststoffverarbeitung mit Extrudern stellt sich häufig die Aufgabe, in den Kunststoff Additive einzubauen, beispiels weise Farbstoff einzubauen oder besondere Kunststoffe und an dere Stoffe gleichsam als Legierungselemente einzubringen. Es versteht sich, daß dabei mehrere Additive in Mischung oder auch einzelne Additive einzubauen sind.In plastic processing with extruders it often arises the task of incorporating additives into the plastic, for example wise to incorporate dye or special plastics and to introduce their substances as alloying elements. It is understood that several additives in a mixture or individual additives must also be installed.

Der Erfindung liegt in weiterer Ausbildung und Verbesserung des Gegenstandes nach dem Hauptpatent die Aufgabe zugrunde, an zugeben, wie mit Hilfe der Mischvorrichtung, die im Hauptpatent offenbart ist, die Additive auf besonders einfache Weise in den thermoplastifizierten Kunststoff sehr wirksam und homogen durchgemischt eingebaut werden können.The invention lies in further training and improvement of the subject under the main patent the task admit how with the help of the mixing device that is in the main patent is disclosed, the additives in a particularly simple manner in the thermoplasticized very effective and homogeneous can be installed mixed.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Ver wendung einer Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Umfangsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Misch kammern in den Umfangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors einerseits und des Stators andererseits übereinstimmt und die Umfangsreihen des Rotors gegenüber den Umfangsreihen des Stators um die halbe Länge der Mischkammern gegeneinander versetzt sind, wobei nach dem Hauptpatent die Mischkammern als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leit radius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Rinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, wobei die Mischkammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leit radius entspricht und die Stege zwischen den Mischkammern in der Oberfläche des Rotors bzw. des Stators eine Stegbreite auf weisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius, wobei die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche so gewählt ist, daß ein genügend großer Schergeschwindigkeits gradient realisiert wird als Einrichtung zum Einbringen von Additiven in einen Mengenstrom aus thermoplastifiziertem Kunst stoff, der aus einer Schneckenstrangpresse austritt, mit der Maßgabe, daß der Rotor einen eigenen, unabhängig von der Schneckenstrangpresse steuerbaren und/oder regelbaren Antrieb aufweist, und mit der weiteren Maßgabe, daß der thermoplasti fizierte Kunststoff axial oder radial in die Vorrichtung ein geführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Rotors mit Hilfe einer Pumpe eingedrückt werden. In beiden Fällen können die Additive einzeln oder in Mischung eingedrückt werden. Die Vorrichtung selbst ist beispielsweise über eine wärmeisolierte Schlauchleitung oder Rohrleitung mit einer vor geschalteten Schneckenstrangpresse verbunden. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung darauf zu achten ist, daß beim Mischvorgang die Temperatur und der Druck so eingestellt sind, wie es die Thermodynamik der Zusammenhänge und auch die Physik der Zusammenhänge (insbes. die Viskositäten einerseits des thermoplastifizierten Kunststoffes und andererseits der Addi tive) verlangen. Dazu lehrt die Erfindung, daß der Stator be heizbar und die Beheizung steuerbar und/oder regelbar ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Additive mit einem höheren statischen Druck eingeführt, als der thermo plastifizierte Kunststoff in die Vorrichtung eintritt. - Dazu wird die Pumpe, gegebenenfalls in Abstimmung mit dem Antrieb des Rotors, entsprechend gesteuert oder geregelt. Bei den Addi tiven kann es sich um solche handeln, die üblicherweise bei der Verarbeitung von thermoplastifizierten Kunststoffen ver wendet werden. Voraussetzung ist lediglich, daß sie pumpfähig sind. Insbes. kann es sich um sog. Flüssigfarben handeln, die zum Färben thermoplastischer Kunststoffe handelsüblich sind. Es kann sich aber auch um "Legierungselemente" aus besonderen Kunststoffen, wie PIB oder Polymerverbindungen, handeln.To achieve this object of the invention, the Ver use of a device for mixing thermoplastic Plastic with rotor and stator, a gap between them form, the rotor and the stator in circumferential rows and have mixing chambers arranged in axial rows that are the same are formed and have an elongated floor plan, the front and back of a semicircle with a Guide radius is limited, furthermore the number of mixers chambers in the circumferential rows and in the axial rows of the Rotor on the one hand and the stator on the other hand and the peripheral rows of the rotor with respect to the peripheral rows of the stator against each other by half the length of the mixing chambers are offset, according to the main patent, the mixing chambers as in radial section, circular-arc-shaped channels with the guide radius are designed as gutter radius, their gutter depth is smaller than the guide radius, the mixing chambers being one Have length that is three to four times the lead radius and the webs between the mixing chambers in a web width on the surface of the rotor or stator point that is smaller than half the guide radius, the Shear gap between the rotor surface and stator surface is chosen so that a sufficiently high shear rate gradient is implemented as a device for the introduction of Additives in a mass flow from thermoplastic art material that emerges from a screw extruder with the Provided that the rotor has its own, regardless of the Screw extrusion controllable and / or adjustable drive has, and with the further proviso that the thermoplastic fected plastic axially or radially into the device led and the additives at the beginning or before the beginning of the The rotor with a pump. In both In some cases, the additives can be pressed in individually or in a mixture will. The device itself is, for example, via a thermally insulated hose line or pipeline with a front switched screw extruder connected. It goes without saying that within the scope of the invention, care must be taken that Mixing process the temperature and pressure are set so as is the context of thermodynamics and also physics the relationships (in particular the viscosities on the one hand the thermoplastic and on the other hand the Addi tive) demand. To this end, the invention teaches that the stator be can be heated and the heating can be controlled and / or regulated. To preferred embodiment of the invention are the additives introduced with a higher static pressure than the thermo plasticized plastic enters the device. - To the pump, if necessary in coordination with the drive of the rotor, controlled or regulated accordingly. With the Addi tives can be those that are usually used for the processing of thermoplastic plastics ver be applied. The only requirement is that they are pumpable are. Esp. can be so-called liquid colors that are commercially available for coloring thermoplastics. But it can also be "alloying elements" made of special Act plastics, such as PIB or polymer compounds.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Aus führungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher er läutert. Es zeigen in schematischer DarstellungIn the following the invention is based on only one off leadership illustrative drawing in more detail he purifies. They show a schematic representation

Fig. 1 die Seitenansicht eines Rotors einer Mischvorrichtung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet, Fig. 1 is a side view of a rotor of a mixing apparatus operating under the method of the invention,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 2 is a section in direction A by the subject matter according to Fig. 1,

Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand nach Fig. 2, Fig. 3 shows the enlarged detail B from the article of Fig. 2,

Fig. 4 in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch den Stator einer Mischvorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 4 in comparison with FIGS. 1 and 2 on an enlarged scale a longitudinal section through the stator of a mixing apparatus for carrying out the method according to the invention,

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 4 und Fig. 5 shows a section in the direction CC through the object of Fig. 4 and

Fig. 6 mit einer Kunststoffschneckenpresse verbundene Misch vorrichtungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten. Fig. 6 with a plastic screw press connected mixing devices that work according to the inventive method.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Vorrichtung mag an eine Schneckenstrangpresse, d. h. an einen sogenannten Extruder, an schließbar sein. Sie könnte aber auch als Abschnitt in eine solche Schneckenstrangpresse eingebaut sein. Die Durchmesser des Stators 1 und Rotors 2 können dabei beachtlich größer sein als es dem Schneckendurchmesser bzw. dem Zylinderdurchmesser der Schneckenstrangpresse entspricht. Zum grundsätzlichen Auf bau gehören der Rotor 2 und der Stator 1, die zwischen sich im montierten Zustand einen Scherspalt 3 bilden. Der Rotor 2 sowie der Stator 1 besitzen in Umfangsreihen und in Axialreihen ange ordnete Mischkammern 4, die, in radialer Richtung betrachtet, mit einem langgestreckten Grundriß mit in Achsrichtung ver laufenden Flanken 5 versehen sind. All diese Mischkammern 4 sind identisch ausgebildet, bis auf die stirnseitigen Misch kammern 4 bzw. die endseitigen Mischkammern 4 am Rotor 2 und am Stator 1, die wegen dort angebrachter kegelförmiger Teil stücke 6 des Rotors 2 bzw. des Stators 1 anders ausgebildet sein müssen. Die Anordnung ist fernerhin so getroffen, daß die Anzahl der Mischkammern 4 in den Umgangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors 2 einerseits und des Stators 1 anderer seits übereinstimmen. Die Umfangsreihen des Rotors 2 sind ge genüber den Umfangsreihen des Stators 1 um die halbe Länge L der Mischkammern 4 gegeneinander versetzt. The device shown in FIGS. 1 to 5 may be closable to a screw extruder, ie to a so-called extruder. However, it could also be installed as a section in such a screw extruder. The diameter of the stator 1 and rotor 2 can be considerably larger than it corresponds to the screw diameter or the cylinder diameter of the screw extruder. To the basic construction of the rotor 2 and the stator 1 , which form a shear gap 3 between them in the assembled state. The rotor 2 and the stator 1 have in circumferential rows and in axial rows arranged mixing chambers 4 , which, viewed in the radial direction, are provided with an elongated plan with flanks 5 running in the axial direction. All these mixing chambers 4 are identical, except for the front mixing chambers 4 and the end mixing chambers 4 on the rotor 2 and on the stator 1 , which pieces 6 of the rotor 2 or the stator 1 must be designed differently because of the conical part attached there. The arrangement is also such that the number of mixing chambers 4 in the bypass rows and in the axial rows of the rotor 2 on the one hand and the stator 1 on the other hand match. The circumferential rows of the rotor 2 are mutually offset ge compared to the circumferential rows of the stator 1 by half the length L of the mixing chambers 4 .

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 4 ent nimmt man, daß die Mischkammern 4 einen Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit dem Leitradius R begrenzt ist. Aus den Fig. 2 und 5 entnimmt man, daß die Mischkammern 4 als im Radialschnitt kreisbogen förmige Rinnen mit eben dem Leitradius R als Rinnenradius aus geführt sind. Auch die Rinnentiefe T ist auf den Leitradius abgestimmt. Dazu wird insbes. auf die Fig. 3 verwiesen. Man erkennt, daß die Rinnentiefe T kleiner ist als es dem Leit radius R entspricht (T<R). Die Mischkammern 4 weisen eine Länge L auf, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius R (L=3R bis 4R) entspricht. Im Ausführungsbeispiel ist L=50 mm. Die Stege 7 zwischen den Mischkammern 4 in der Oberfläche des Rotors 2 und des Stators 1 weisen eine Steg breite B auf, die kleiner ist als dem halben Leitradius B ent spricht (B<R/2). Nicht gezeichnet wurde die Scherspaltweite W zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche (sie kann aus Maßstabsgründen zeichnerisch nicht dargestellt werden). Sie wird so eingerichtet, daß sie kleiner ist als R/2, vorzugs weise kleiner als R/4.Ent from a comparison of FIGS. 1 and 4, it is believed that the mixing chambers 4 have a plan which is the front side and the rear side bounded by a semi-circle with the R Leitradius. From FIGS. 2 and 5 it can be seen that the mixing chambers 4 are designed as circularly circular channels in radial section with just the guide radius R as the channel radius. The channel depth T is also matched to the guide radius. For this purpose, reference is made in particular to FIG. 3. It can be seen that the channel depth T is smaller than the guide radius R (T < R) . The mixing chambers 4 have a length L which corresponds to three to four times the guide radius R (L = 3 R to 4 R) . In the exemplary embodiment, L = 50 mm. The webs 7 between the mixing chambers 4 in the surface of the rotor 2 and the stator 1 have a web width B which is smaller than half the guide radius B (B < R / 2). The shear gap width W between the rotor surface and the stator surface was not drawn (it cannot be shown in the drawing for reasons of scale). It is set up so that it is smaller than R / 2, preferably less than R / 4.

Aus den Fig. 1 und 4 entnimmt man, daß die Mischkammern 4 in axialer Richtung einen Abstand A aufweisen, der etwa einem Drittel des Leitradius entspricht. Im Ausführungsbeispiel mag der Durchmesser D des Rotors 2 etwa 100 mm betragen. Dann ist die Anordnung so getroffen, daß der Leitradius R im Be reich von 10 bis 20 mm liegt, vorzugsweise etwa 15 mm beträgt. Die Länge L der Mischkammern 4 soll mit abnehmender Rinnentiefe T größer gewählt werden. From FIGS. 1 and 4, it draws in that the mixing chambers 4 have a distance A in an axial direction which corresponds approximately to one third of the Leitradius. In the exemplary embodiment, the diameter D of the rotor 2 may be approximately 100 mm. Then the arrangement is made so that the guide radius R is in the range from 10 to 20 mm, preferably about 15 mm. The length L of the mixing chambers 4 should be chosen larger with decreasing channel depth T.

In der Fig. 6 wurde verdeutlicht, wie im Rahmen der erfindungs gemäßen Verwendung vorzugsweise gearbeitet wird. Man erkennt in der Fig. 6 eine Schneckenstrangpresse 8, in der thermo plastifizierter Kunststoff thermoplastifiziert wird. Von dieser Schneckenstrangpresse 8 gehen drei thermisch isolierte Schlauchleitungen oder Rohrleitungen 9 ab, an die eine Vor richtung nach dem Hauptpatent angeschlossen ist. Förderpumpen in Form von z. B. Zahnradpumpen können eingeschaltet sein. Man erkennt, daß der Rotor 2 einen eigenen steuer- oder regelbaren Antrieb 10 aufweist, und daß der thermoplastifizierte Kunst stoff axial in die Vorrichtung eingeführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Rotors 2 mit Hilfe einer Pumpe 11 eingedrückt werden, die ihrerseits steuerbar oder regelbar ist. Man erkennt fernerhin, daß der Stator 1 mit einer Be heizungsvorrichtung 12 versehen ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Stator 1 anzutreiben und den Rotor 2 festzuhalten oder beide gegenläufig anzutreiben. Bei radialer Einführung des thermoplastifizierten Kunststoffes ist der Stator an der antriebsseitigen Stirnseite insoweit geschlossen. Die Rohrlei tung 9 ist dann an einen radialen Anschlußstutzen o. dgl. an zuschließen.In Fig. 6 it was clarified how preferably within the scope of the Invention use. It can be seen in Fig. 6, a screw extruder 8 is thermoplasticised in the thermo-plasticized plastic. From this screw extruder 8 go from three thermally insulated hose lines or pipes 9 , to which a device is connected according to the main patent. Feed pumps in the form of z. B. Gear pumps can be switched on. It can be seen that the rotor 2 has its own controllable or controllable drive 10 , and that the thermoplastic material is introduced axially into the device and the additives are pressed in at the beginning or before the start of the rotor 2 by means of a pump 11 , which in turn is controllable or regulatable. It can also be seen that the stator 1 is provided with a heating device 12 . It is within the scope of the invention to drive the stator 1 and to hold the rotor 2 or to drive both in opposite directions. To this extent, when the thermoplastic is introduced radially, the stator on the drive end is closed. The Rohrlei device 9 is then to a radial connection piece o.

Claims

1.Use of a device for mixing thermoplastic plastic with a rotor and stator, which form a gap between them, the rotor and the stator having in order rows and in axial rows arranged mixing chambers which are of identical design and have an elongated floor plan, which is delimited on the front and rear by a semicircle with a guide radius, the number of mixing chambers in the circumferential rows and in the axial rows of the rotor on the one hand and the stator on the other hand being the same, and the circumferential rows of the rotor compared to the circumferential rows of the stator by half the length of the mixing chambers are offset from each other, whereby according to the main patent, the mixing chambers are designed as circular-arc-shaped channels in radial section with the guide radius as the channel radius, the channel depth of which is smaller than the guide radius, the mixing chambers having a length which is three to four times the guide radius us corresponds to and the webs between the mixing chambers in the surface of the rotor or the stator have a web width which is smaller than half the guide radius, the shear gap between the rotor surface and the stator surface being selected so that a sufficiently large minions speed gradient is realized
as a device for introducing additives into a mass flow of thermoplastic, which emerges from a screw extruder, with the proviso that the rotor has its own drive which can be controlled and / or regulated independently of the screw extruder, and with the further proviso that the thermoplastic Plastic is inserted axially into the device and the additives are pressed in at the beginning or before the start of the rotor using a pump.

2.Use of a device for mixing thermoplastic plastic with a rotor and stator, which form a gap between them, the rotor and the stator having in order rows and in axial rows arranged mixing chambers which are of identical design and have an elongated floor plan, which is delimited on the front and rear by a semicircle with a guide radius, the number of mixing chambers in the circumferential rows and in the axial rows of the rotor on the one hand and the stator on the other hand being the same, and the circumferential rows of the rotor compared to the circumferential rows of the stator by half the length of the mixing chambers are offset from one another, whereby according to the main patent, the mixing chambers are designed as channels in the shape of a circular arc in radial section with the guide radius as the channel radius, the channel depth of which is smaller than the guide radius, the mixing chambers having a length which is three to four times the guide radius s corresponds and the webs between the mixing chambers in the surface of the rotor or the stator have a web width that is smaller than half the guide radius, the shear gap width between the rotor surface and the stator surface being selected such that a sufficiently large shear rate gradient is realized
as a device for introducing additives into a mass flow of thermoplastic, which emerges from a screw extruder,
with the proviso that the rotor has its own drive that can be controlled and / or regulated independently of the screw extruder, and with the further proviso that the thermoplastic plastic is guided radially into the device and the additives at the beginning or before the start of the rotor Be pushed in with the help of a pump.

3. Use according to one of claims 1 or 2 with the further stipulation that the stator is heated and the heating is controllable and / or regulatable.

4. Use according to one of claims 1 to 3 with the further Provided that the additives are under a higher static pressure be introduced as the thermoplastic.