DE4037435A1 - Misch- und kneteinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse dreh­ bar angeordneten Mischerwelle mit Knetflügeln. Solche Misch­ und Kneteinrichtungen sind bekannt, und werden gewöhnlich mit im Schneckengehäuse angeordneten Knetzähnen ausgerüstet, welche mit den Schneckenflügeln zusammenarbeiten. Diese Einrichtungen eignen sich hervorragend zum Verarbeiten von zähflüssigen Mas­ sen, zum Homogenisieren und Plastifizieren von Kunststoff, zum Einarbeiten von Füll- und Verstärkungsstoffen, Additiven, Farb­ pigmenten usw. und zum Dispergieren derselben in eine Kunst­ stoffmatrix, zum Zerkleinern von homogenen Stoffen, zur Her­ stellung von Kunststoffpasten, Kunststoffmaterialien sowie zur Verarbeitung von Kunststoffen, z. B. zu strangförmigen Halb­ fabrikaten und auch zur Verarbeitung von Viskosemassen und zum Entfernen von flüchtigen Bestandteilen.

Ein prinzipieller Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß je nach Verwendungszweck verschieden angeordnete und ausgebildete Knetflügel zu verwenden sind. Die Formgebung und Anordnung muß den zu bearbeitenden Materialien, dem Ver­ wendungszweck sowie anderen wichtigen Kriterien angepaßt werden. So ist z. B. das Optimum an Knetwirkung oft nur dann er­ reichbar, wenn die Förderwirkung der Schnecke der Veränderung des spezifischen Volumens des zu verarbeitenden Materials wäh­ rend des Knetprozesses angepaßt wird. Beim Verarbeiten von solchen Materialen, deren spezifische Volumen sich während des Knetvorgangs verändern, wird die Leistung der Schnecke durch das maximale Volumen, welches in der Regel beim Eintritt in die Maschine vorhanden ist, bestimmt. Bei der Verarbeitung werden die Materialien verdichtet.

Ferner ist es bei Versuchsanlagen, d. h. bei Anlagen, bei wel­ chen die für ein bestimmtes Material günstigste Formgebung einer Schnecke ermittelt werden soll, eminent wichtig, daß Probeläufe unter identischen Voraussetzungen, aber mit ver­ schiedenen Schneckenformen schnell und leicht durchgeführt werden können.

Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht also darin, eine Misch- und Kneteinrichtung zu entwickeln, mittels welcher die verschiedensten Materialien für die verschiedensten Zwecke verarbeitet werden können.

Erfindungsgemäß wird von einer Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse angeordneten Mischerwelle mit Knetflügeln ausgegangen, bei welcher am Umfang des Gehäuses Vorsprünge vorhanden sind, die gruppenweise in einer gemein­ samen Ebene angeordnet und gegen die Mischerwelle gerichtet sind. Eine solche bekannte Misch- und Kneteinrichtung weist er­ findungsgemäß die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale auf.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der vorgeschlagenen Misch- und Kneteinrichtung besteht darin, daß jedes Rotorele­ ment einen ringförmigen Grundkörper mit Innenverzahnung auf­ weist, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung der Mi­ scherwelle kämmt. In dieser Weise wird erreicht, daß jedes Rotorelement gegenüber einem benachbarten Rotorelement in kleinsten Stufen in radialer Richtung verstellt werden kann, so daß die gegenseitige Stellung der an verschiedenen Rotorkör­ pern angeordneten Flügelelemente beliebig variiert werden kann.

Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Er­ findungsgegenstands schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Misch- und Kneteinrichtung, wobei das Gehäuse derselben im Vertikalschnitt und die Welle mit den Knetflügeln teilweise in schaubildlicher Darstellung gezeigt ist;

Fig. 2 veranschaulicht einen nur teilweise gezeichneten Quer­ schnitt gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein stark vergrößert gezeichneter Ausschnitt zu Fig. 2; und

Fig. 4 zeigt schematische Darstellungen von Flügelanordnungen.

Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Misch- und Kneteinrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, das aus einem oder meh­ reren Gehäusesegmenten mit oder ohne Einfüll- resp. Entgasungsöffnungen besteht (in der Zeichnung nicht dargestellt). Ferner ist an einem Ende des Gehäuses ein Einfülltrichter und am an­ deren Ende eine Entnahmeöffnung vorhanden. Es ist auch bekannt, das Gehäuse doppelwandig oder mit einem Heiz- oder Kühlmantel zu versehen, um den Misch- und Knetraum 2 temperieren zu kön­ nen. Diese Ausbildung spielt für den Erfindungsgegenstand keine Rolle und ist in der Zeichnung nicht angedeutet. In der Mitte des Gehäuses 1 erstreckt sich eine Mischerwelle 3, welche dreh­ bar gelagert ist und mit Hilfe eines Elektromotors über ein Getriebe angetrieben werden kann. Auch die diesbezügliche Aus­ bildung ist bekannt und wird nicht näher dargestellt.

Wesentlich ist, daß die Mischerwelle 3 mit einer Außenverzahnung 4 versehen ist, welche aus einzelnen Zahnrippen 5 be­ steht, die sich entlang der ganzen Welle erstrecken.

Auf der Mischerwelle 3 sind Rotorelemente 6 aufgereiht, die hülsenförmig ausgebildet und mit einer Innenverzahnung 7 ver­ sehen sind, die in die Außenverzahnung 4 der Mischerwelle 3 greift.

Ferner ist jedes Rotorelement 6 mit einer Anzahl von Flügelele­ menten 8 versehen, wie dies insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht. Die Flügelelemente ragen in den Misch- und Knetraum 2 und kön­ nen beliebig geformt sein. Wesentlich ist nur, daß zwischen zwei benachbarten Flügelelementen die an zwei aneinanderstoßenden Rotorelementen 6 angeordnet sind, ein freier Ringraum verbleibt, welcher in Fig. 1 strichpunktiert gezeichnet und mit 9 bezeichnet ist. In diesen Ringraum 9 ragen Vorsprünge 10, die als Knetzähne, Knetstifte oder Knetbolzen oder dgl. ausgebildet werden können. Prinzipiell können die Vorsprünge 10 die gleiche Formgebung wie die Flügelelemente 8 aufweisen und drehbar und in der Neigung zur vertikalen Querebene verstellbar im Gehäuse 9 angeordnet sein.

In Fig. 4 sind einige wenige Möglichkeiten der Formgebung der Flügelelemente 8a, 8b und 8c dargestellt. So kann z. B. eine ab­ wechselnde Förderwirkung erzielt werden, indem neben einem Ro­ torelement 6a mit Flügelelementen 8a ein Rotorelement 6c mit entgegengesetzt geneigten Flügelelementen 8c angeordnet wird. Es wird in dieser Weise ermöglicht, auf der Mischerwelle 3 zu­ erst solche Rotorelemente 6 aufzureihen, deren Flügelelemente 8 eine kontinuierliche, aber im Bereiche der freien Ringräume 9 unterbrochene Schnecke bilden. Anschließend kann je nach Be­ darf ein Rotorelement 6 mit entgegengesetzt geneigten Flügel­ elementen vorhanden sein, so daß die Schnecke in eine Gegen­ schnecke übergeht und das geförderte Material unter Druck ge­ setzt wird. Dadurch ist es möglich, den Austritt des Materials z. B. durch radiale Bohrungen im Gehäuse 1 so zu regulieren, daß dieser unter kontinuierlichem Druck erfolgt.

Ferner ist es möglich, die Ausstoßleistung je nach zu bear­ beitendem Material erheblich zu erhöhen, indem man solche Ro­ torelemente hintereinander aufreiht, auf welchen die gesamthaft auf einer ununterbrochenen Schraubenlinie angeordneten Schnek­ kenflügel gegenüber dieser Linie verdreht sind. Eine solche Möglichkeit zeigt das Flügelelement 8b, dessen Mittelpunkt auf einer Schraubenlinie 11 liegt, wobei das Flügelelement gegen­ über dieser Linie um einen Winkel α verdreht ist.

Es ist auch möglich, Flügelelemente auf dem gleichen Rotorele­ ment mit unterschiedlicher Neigung anzuordnen.

Mit der Schrägstellung der Flügelelemente wird die gleiche Wir­ kung erzielt, als wenn die Steigung der Schnecke entsprechend größer gewählt wäre. Durch die Kombination von verschiedenen Rotorelementen kann eine unterschiedliche d. h. nicht konti­ nuierliche Steigung mit einfachsten Mitteln erzielt werden. Wesentlich ist dabei, daß jedes Rotorelement 6 auf der Mi­ scherwelle 3 in kleinsten Stufen radial verstellt werden kann. Dies wird ermöglicht durch die beschriebene Ausbildung der Mi­ scherwelle 3 mit Außenverzahnung 4, welche durch die Zahn­ rippen 5 gebildet wird, sowie der Rotorelemente 6 mit Innenver­ zahnung 7, welche Verzahnungen ineinander greifen. In dieser Weise kann einerseits jedes Rotorelement in jeder beliebigen Stellung drehfest mit der Mischerwelle 3 verbunden werden, wäh­ rend andererseits die Zahnverbindung die Übertragung von sehr großen Drehmomenten erlaubt, die bei der Verarbeitung von zäh­ flüssigen Massen oft auftreten können.

Eine weitere Möglichkeit ergibt sich aus der drehbaren Lagerung und aus der flügelähnlichen Ausbildung der Vorsprünge 10. Das Gehäuse 1 mit den Vorsprüngen 10 bildet eine die Mischerwelle 3 umgebende zweite Welle, welche zwar stillsteht, aber die Verar­ beitung der verschiedensten Materialien zu beeinflussen vermag. Diese Beeinflussung kann durch die zweckmäßige Ausbildung und durch die Verstellbarkeit der Vorsprünge 10 erfolgen, die den Spalt zwischen den Flügelelementen 8 zu ändern oder sogar zu verschließen imstande sind, so daß Stauzonen für die ver­ schiedensten Zwecke gebildet werden können.

Durch die Verengung, bzw. Erweiterung des freien Raumes zwi­ schen dem Ende des einen Flügelelements bei 12 und dem Anfang des benachbarten Flügelelements bei 13 kann die Scherwirkung reguliert werden. Bei einer Drehung der Mischerwelle 3 in Pfeilrichtung 14 (Fig. 1) kann das Material, welches sich vor dem stiftförmigen Vorsprung 10 im Ringraum 9 befindet, mehr oder weniger seitlich ausweichen, und zwar je nachdem, wie die Vorsprünge geformt sind und welche relative Lage sie zu den Flügelelementen einnehmen.

Falls keine Scherwirkung erwünscht ist, so werden die beiden benachbarten Rotorelemente 6 so auf die gemeinsame Mischerwelle 3 aufgesetzt, daß zwischen den Teilen 12 und 13 der Flügelele­ mente 8 ein breiter Axialstreifen verbleibt, in welchen die zu bearbeitenden Materialien aus dem Ringraum entweichen können und keiner Scherwirkung ausgesetzt werden. Ist dagegen eine Scherwirkung erwünscht, so werden die Flügelelemente 8 mit ihren End- bzw. Anfangspartien einander gegenüberstellt, so daß das Material nicht entweichen kann, sondern einer Scher­ wirkung ausgesetzt ist. Die Stellungen der Flügelelemente 8 können mit den Vorsprüngen 10 kombiniert werden, die ähnlich den Flügelelementen 8 ausgebildet und vielfach eingestellt wer­ den können.

Darüber hinaus sind noch weitere Möglichkeiten gegeben. Es ist z. B. möglich, die Förderleistung der Schnecke durch die Ände­ rung des Verhältnisses der Anzahl der Schneckenflügel zur An­ zahl der Lücken zwischen den Flügeln an das spezifische Volumen der zu verarbeitenden Materialien anzupassen. Zu diesem Zwecke werden an vorbestimmten Stellen die Vorsprünge entfernt, wobei gleichzeitig die an der betreffenden Stelle vorhandenen Lücken im Schneckengang verschlossen werden. Das Verschließen kann durch Einsetzen von Gangschließelementen durchgeführt werden, die wiederum an Rotorelementen 6 angeordnet sind. Die Breite dieser speziellen Rotorelemente entspricht dann der Breite des freien Ringraums 9.

Schließlich ist es möglich, bei einer solchen Mischerwelle 3, die in bekannter Weise neben der rotierenden noch eine hin­ und hergehende Bewegung ausführt, die Lücken zwischen den Flü­ gelelementen 8 durch Verdrehung und Verschiebung der Rotorele­ mente 6 auf der Mischerwelle 3 in einfacher Weise den Vor­ sprüngen 10 anzupassen, daß diese bei der Dreh- und Oszillier­ bewegung der Welle immer durch die Lücken treten.

Die beschriebene Misch- und Kneteinrichtung kann universell für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, und zwar sowohl als konventionelle Schnecke mit konstanter Gangsteigung und gegebener Gangtiefe als auch als eine Schnecke mit nicht kon­ tinuierlicher Gangsteigerung, (abhängig von der Anordnung der Rotorelemente) mit gezielter Scherwirkung und mit verbessertem Misch- und Dispergiereffekt, wobei eine optimale Flexibilität und universelle Einsetzbarkeit bei der Verarbeitung der ver­ schiedensten Materialen gegeben ist.

Claims (7)

1. Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse drehbar angeordneten Mischerwelle mit Knetflügeln sowie mit am Umfang des Gehäuses verteilten, gruppenweise in einer gemeinsamen Ebene angeordneten und gegen die Mischerwelle gerichteten Vorsprüngen, zwischen welchen nicht bestückte Ringräume verbleiben, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mischerwelle (3) mit Flügelelementen (8) versehene Rotorelemente (6) drehfest und einzeln auf der Mischerwelle (3) radial verstellbar angeordnet sind.

2. Misch- und Kneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den als Knetflügeln aus­ gebildeten Flügelelementen (8) von zwei benachbarten Rotorele­ menten (6) ein freier Ringraum (9) verbleibt, in welchen sich in gleichen Ebenen liegenden Vorsprünge (10) erstrecken.

3. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü­ chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge flü­ gelelementartig ausgebildet und in der Neigung zur vertikalen Querebene verstellbar gelagert sind.

4. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü­ chen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rotorelement (6) einen ringförmigen Grundkörper mit Innenverzahnung (7) auf­ weist, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung (4) der Mischerwelle (3) kämmt.

5. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü­ chen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung (4) der Mischerwelle, entlang der ganzen Länge derselben, vor­ handen ist.

6. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü­ chen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelelemente (8) an ein und demselben Rotorelement (6) untereinander oder gegen­ über einer gedachten Schneckengangsteigung verschieden oder gruppenweise verschieden geneigt sind.

7. Misch- und Kneteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ zahl der Flügelelemente an zwei benachbarten Rotorelementen (6) verschieden ist.