DE3911110A1

DE3911110A1 - Vorrichtung zum mischen von thermoplastifiziertem kunststoff als einrichtung zum einbringen von additiven in einen mengenstrom aus thermoplastifiziertem kunststoff

Info

Publication number: DE3911110A1
Application number: DE3911110A
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: 1988-04-08
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1989-10-19
Also published as: DE3911110C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff mit Rotor und Sta tor, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Umfangsreihen und in Axial reihen angeordnete Mischkammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß besitzen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halb kreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei ferner hin die Anzahl der Mischkammern in den Umfangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors einerseits und des Stators andererseits übereinstimmt und die Umfangsrei hen des Rotors gegenüber den Umfangsreihen des Stators um die halbe Länge der Mischkammern gegeneinander ver setzt sind.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt (WO 85/01 911). Sie ist in bezug auf den Mischwirkungsgrad verbesserungsbedürftig. Ihre Fertigung ist aufwendig.

In der Kunststoffverarbeitung mit Extrudern stellt sich häufig die Aufgabe, in den Kunststoff Additive einzu bauen, beispielsweise Farbstoff einzubauen oder beson dere Kunststoffe und andere Stoffe gleichsam als Le gierungselemente einzubringen. Es versteht sich, daß dabei mehrere Additive in Mischung oder auch einzel ne Additive einzubauen sind.

Der Erfindung liegt in weiterer Ausbildung und Verbes serung der eingangs beschriebenen Vorrichtung die Auf gabe zugrunde, anzugeben, wie Additive auf besonders einfache Weise in den thermoplastifizierten Kunststoff sehr wirksam und homogen durchmischt eingebaut werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Mischkammern sind als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradi us als Rinnenradius ausgeführt, deren Rinnen tiefe kleiner ist als der Leitradius,
b) die Mischkammern weisen eine Länge auf, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius ent spricht,
c) die Stege zwischen den Mischkammern in der Ober fläche des Rotors bzw. des Stators weisen eine Stegbreite auf, die kleiner ist als der halbe Leitradius,
d) die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfiäche ist so gewählt, daß ein genügend großer Schergeschwindigkeitsgradient realisiert wird,

wobei der Rotor einen eigenen, unabhängig von der Schnek kenstrangpresse steuerbaren und/oder regelbaren Antrieb aufweist, und wobei der thermoplastifizierte Kunststoff in die Vorrichtung eingeführt und die Additive am An fang oder vor dem Anfang des Rotors mit Hilfe einer Pumpe eingedrückt werden. Dabei können die Additive einzeln oder in Mischung eingedrückt werden. Die Vor richtung selbst ist beispielsweise über eine wärmeiso lierte Schlauchleitung oder Rohrleitung mit einer vor geschalteten Schneckenstrangpresse verbunden. Aufgrund besonderer hydrodynamischer Effekte, die aus der bean spruchten Kombination resultieren, erreicht die Erfin dung eine besonders intensive Mischung und einen sehr homogenen Einbau der Additive. 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 Viskosi täten einerseits des thermoplastifizierten Kunststoffes und andererseits der Additive) verlangen. Dazu lehrt die Erfindung, daß der Stator beheizbar und die Behei zung steuerbar und/oder regelbar ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Additive mit einem höheren statischen Druck eingeführt, als der ther moplastifizierte Kunststoff in die Vorrichtung eintritt. Dazu wird die Pumpe, gegebenenfalls in Abstimmung mit dem Antrieb des Rotors, entsprechend gesteuert oder geregelt. Bei den Additiven kann es sich um solche han deln, die üblicherweise bei der Verarbeitung von thermo plastifizierten Kunststoffen verwendet werden. Voraus setzung 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 be sonderen Kunststoffen, wie PIB oder Polymerverbindungen, handeln.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung aus führlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Dar stellung

Fig. 1 die Seitenansicht eines Rotors einer Mischvor richtung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegen stand nach Fig. 1,

Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegen stand nach 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. 5 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegen stand nach Fig. 4 und

Fig. 6 mit einer Kunststoffschneckenpresse verbundene Mischvorrichtungen, die nach dem erfindungs gemäßen Verfahren arbeiten.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Vorrichtung mag an eine Schneckenstrangpresse, d. h. an einen sogenann ten Extruder, anschließbar sein. Sie könnte aber auch als Abschnitt in eine solche Schneckenstrangpresse ein gebaut sein. Die Durchmesser des Stators 1 und Rotors 2 können dabei beachtlich größer sein als es dem Schnek kendurchmesser bzw. dem Zylinderdurchmesser der Schnek kenstrangpresse entspricht. Zum grundsätzlichen Aufbau 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 angeordnete Mischkammern 4, die, in radialer Richtung betrachtet, mit einem langgestreck ten Grundriß mit in Achsrichtung verlaufenden Flanken 5 versehen sind. All diese Mischkammern 4 sind identisch ausgebildet, bis auf die stirnseitigen Mischkammern 4 bzw. die endseitigen Mischkammern 4 am Rotor 2 und am Stator 1, die wegen dort angebrachter kegelförmiger Teilstücke 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 Umfangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors 2 einerseits und des Stators 1 andererseits übereinstim men. Die Umfangsreihen des Rotors 2 sind gegenüber den Umfangsreihen des Stators 1 um die halbe Länge L der Mischkammern 4 gegeneinander versetzt.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 4 entnimmt 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 kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradius R als Rinnenradius ausgeführt 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 Leitradius R entspricht (T<R). Die Mischkammern 4 weisen eine Länge L auf, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leit radius R (L=3R bis 4R) entspricht. Im Ausführungsbei spiel ist L=50 mm. Die Stege 7 zwischen den Misch kammern 4 in der Oberfläche des Rotors 2 und des Sta tors 1 weisen eine Stegbreite B auf, die kleiner ist als es dem halben Leitradius R entspricht (B<R/2). Nicht gezeichnet wurde die Scherspaltweite W zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche (sie kann aus Maß stabsgründen zeichnerisch nicht dargestellt werden). Sie wird so eingerichtet, daß sie kleiner ist als R/2, vorzugsweise kleiner als 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 Ausfüh rungsbeispiel mag der Durchmesser D des Rotors 2 etwa 100 mm betragen. Dann ist die Anordnung so getroffen, daß der Leitradius R im Bereich von 10 bis 20 mm liegt, vorzugsweise etwa 15 mm beträgt. Die Länge L der Misch kammern 4 soll mit abnehmender Rinnentiefe T größer gewählt werden.

In der Fig. 6 wurde verdeutlicht, wie im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise gearbeitet wird. Man erkennt in der Fig. 6 eine Schneckenstrang presse 8, in der thermoplastifizierter Kunststoff ther moplastifiziert wird. Von dieser Schneckenstrangpresse 8 gehen drei thermisch isolierte Schlauchleitungen oder Rohrleitungen 9 ab. 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 Kunststoff axial in die Vorrichtung eingeführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Ro tors 2 mit Hilfe einer Pumpe 11 eingedrückt wer den, die ihrerseits steuerbar oder regelbar ist. Man erkennt fernerhin, daß der Stator 1 mit einer Behei zungsvorrichtung 12 versehen ist. Im Rahmen der Erfin dung liegt es, den Stator 1 anzutreiben und den Rotor 2 festzuhalten oder beide gegenläufig anzutreiben.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Um fangsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen lang gestreckten Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkam mern in den Umfangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors einerseits und des Stators andererseits überein stimmt und die Umfangsreihen des Rotors gegenüber den Umfangsreihen des Stators um die halbe Länge der Misch kammern gegeneinander versetzt sind, wobei zum Zwecke der Verwendung als Einrichtung zum Einbringen von Addi tiven in einen Mengenstrom aus thermoplastifiziertem Kunststoff, der aus einer Schneckenstrangpresse aus tritt, die Kombination der folgenden Merkmale verwirk licht ist:

a) Die Mischkammern sind als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitra dius als Rinnenradius ausgeführt, deren Rinnen tiefe kleiner ist als der Leitradius,
b) die Mischkammern weisen eine Länge auf, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius entspricht,
c) die Stege zwischen den Mischkammern in der Oberfläche des Rotors bzw. des Stators weisen eine Stegbreite auf, die kleiner ist als der halbe Leitradius,
d) die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche ist so gewählt, daß ein genügend großer Schergeschwindigkeitsgradient realisiert wird,

wobei der Rotor einen eigenen, unabhängig von der Schnek kenstrangpresse steuerbaren und/oder regelbaren Antrieb aufweist, und wobei der thermoplastifizierte Kunststoff in die Vorrichtung eingeführt und die Additive am An fang oder vor dem Anfang des Rotors mit Hilfe einer Pumpe eingedrückt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stator be heizbar und die Beheizung steuerbar und/oder regelbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Additive unter einem höheren statischen Druck ein geführt werden als der thermoplastifizierte Kunststoff.