DE4037435C2 - Misch- und Kneteinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Kneteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 Massen, zum Homogenisieren und Plastifizieren von Kunststoff, zum Einarbeiten von Füll- und Verstärkungsstoffen, Additiven, Farbpigmenten usw. und zum Dispergieren derselben in eine Kunststoffmatrix, zum Zerkleinern von homogenen Stoffen, zur Herstellung von Kunststoffpasten, Kunststoffmaterialien sowie zur Verarbeitung von Kunststoffen, z. B. zu strangförmigen Halbfabrikaten 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 Verwendungszweck sowie anderen wichtigen Kriterien angepaßt werden. So ist z. B. das Optimum an Knetwirkung oft nur dann erreichbar, wenn die Förderwirkung der Schnecke der Veränderung des spezifischen Volumens des zu verarbeitenden Materials während 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 welchen die für ein bestimmtes Material günstigste Formgebung einer Schnecke ermittelt werden soll, eminent wichtig, daß Probeläufe unter identischen Voraussetzungen, aber mit verschiedenen Schneckenformen schnell und leicht durchgeführt werden können.

Aus der US-PS 25 63 937 ist ein Mischapparat bekannt. Dieser Mischapparat weist eine in einem Gehäuse angeordnete, einstückig ausgebildete Welle auf, an welcher mehrere mit Schaufelblättern versehene Rotorelemente befestigt sind. Diese Schaufelblätter sind mittels eines durch Schrauben festgezogenen Bügels an der Welle fixiert. Durch Lösen der Schrauben können die Schaufelblätter, bezüglich der Umfangsrichtung der Welle, in verschiedenen Winkelstellungen fixiert werden. Im Gehäuse sind zudem Mischschikanen zur Unterstützung des Mischvorgangs angeordnet. Ein solchermaßen ausgebildeter Mischapparat eignet sich vorwiegend zum Mischen von Flüssigkeiten, da Schaufelblätter, die in der vorgängig beschriebenen Weise befestigt sind, keine hohen Drehmomente aufnehmen können. Im weiteren können mit diesem Mischapparat keine achsial wirkenden Knet- Kräfte ausgeübt werden. Zudem ist es schwierig, die einzelnen Schaufelblätter aufeinander abzustimmen, da sowohl in Umfangs- als auch in Achsialrichtung keine Rasterung bezüglich der Befestigung der Schaufelblätter an der Welle vorgesehen ist.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Misch- und Kneteinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art derart zu verbessern, daß die Knetflügel sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung der Welle hohe Kräfte aufnehmen können, und daß die einzelnen Rotorelemente, zur Erzielung einer Gesamtwirkung, schnell und einfach aufeinander abgestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der vorgeschlagenen Misch- und Kneteinrichtung besteht darin, daß jedes hülsenförmige Rotorelement eine Innenverzahnung aufweist, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung der Mischerwelle 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 Rotorkörpern angeordneten Flügelelemente beliebig variiert werden kann.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands 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 Querschnitt durch die Misch- und Kneteinrichtung 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 mehreren Gehäusesegmenten mit oder ohne Einfüll- resp. Entgasungsöffnungen besteht (in der Zeichnung nicht dargestellt). Ferner ist an einem Ende des Gehäuses ein Einfülltrichter und am anderen 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 können. 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 drehbar gelagert ist und mit Hilfe eines Elektromotors über ein Getriebe angetrieben werden kann. Auch die diesbezügliche Ausbildung ist bekannt und wird nicht näher dargestellt.

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

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

Ferner ist jedes Rotorelement 6 mit einer Anzahl von Flügelelementen 8 versehen, wie dies insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht. Die Flügelelemente ragen in den Misch- und Knetraum 2. Wesentlich dabei ist, 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 abwechselnde Förderwirkung erzielt werden, indem neben einem Rotorelement 6a mit Flügelelementen 8a ein Rotorelement 6c mit entgegengesetzt geneigten Flügelelementen 8c angeordnet wird. Es wird in dieser Weise ermöglicht, auf der Mischerwelle 3 zuerst solche Rotorelemente 6 aufzureihen, deren Flügelelemente 8 eine kontinuierliche, aber im Bereiche der freien Ringräume 9 unterbrochene Schnecke bilden. Anschließend kann je nach Bedarf ein Rotorelement 6 mit entgegengesetzt geneigten Flügelelementen vorhanden sein, so daß die Schnecke in eine Gegenschnecke übergeht und das geförderte Material unter Druck gesetzt 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 Schnec­ 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 (5)

1. Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse (1) drehbaren Mischerwelle (3), mit Rotorelementen (6), die bezüglich der Umfangsrichtung einzeln und wahlweise in verschiedenen Winkelstellungen drehfest mit der Mischerwelle (3) verbindbar sind, mit Knetflügeln (8), die auf den Rotorelementen (6) befestigt sind und mit gegen die Mischerwelle (3) gerichteten Vorsprüngen (10, die am Innenumfang des Gehäuses (1) verteilt angeordnet sind, die gruppenweise in einer gemeinsamen Ebene liegen und die sich in nicht mit den Knetflügeln (8) bestückte Ringräume erstrecken, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotorelemente (6) hülsenförmig ausgebildet und lückenlos hintereinander angeordnet sind und
daß die Knetflügel (8) die Form des Abschnittes einer Schnecke haben und unmittelbar an den Rotorelementen (6) befestigt sind.

2. Misch- und Kneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (10) als Knetzähne, Knetstifte, Knetbolzen oder dgl. ausgebildet und drehbar sowie ggf. in der Neigung zur vertikalen Querebene des Gehäuses (1) verstellbar angeordnet sind.

3. Misch- und Kneteinrichtung nach den Anspüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelelemente (8) an ein und demselben Rotorelement (6) untereinander oder gegenüber einer gedachten Schneckengangsteigung verschieden oder gruppenweise verschieden geneigt angeordnet sind.

4. Misch- und Kneteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Flügelelemente (8) an zwei benachbarten Rotorelementen (6) verschieden ist.

5. Misch- und Kneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes hülsenförmige Rotorelement (6) eine Innenverzahnung (7) aufweist, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung (4) der Mischerwelle (3) kämmt.