DE4226985A1 - Vorrichtung zum Durchmischen von fließfähigem Material - Google Patents
Vorrichtung zum Durchmischen von fließfähigem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchmischen von fließ
fähigem Material nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vorrichtungen zum Durchmischen von fließfähigem Material werden häufig
in Anlagen eingesetzt, die insbesondere in der Kunststoffverarbeitung
zur Herstellung von Halbfabrikaten und Endprodukten wie z. B. Folien,
Platten, Stäben, Rohren oder Schläuchen dienen. Wegen der
unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffe und der
in weiten Grenzen variierenden Anforderungen an die Halbfabrikate und
Endprodukte ist eine Vielzahl von solchen Anlagen zur Zubereitung und
anschließenden Formgebung der Ausgangsmaterialien bekannt.
Eine wichtige Teilaufgabe dieser Anlagen besteht darin, das Aus
gangsmaterial für die Halbfabrikate und Endprodukte zu durchmischen.
Das Ausgangsmaterial kann praktisch fertig rezeptiert erworben oder
durch Versetzen und Vermengen von Basisstoffen mit geeigneten
Zusatzstoffen, wie Stabilisatoren, Farbstoffen, Weichmachern, Härtern
und Füllstoffen erzeugt werden. Das Vermengen der Basisstoffe, die
meist pulver-, granulat- oder chipsförmig sind, mit den Hilfs- und/oder
Zusatzstoffen erfolgt im allgemeinen chargenweise und vor dem Beginn
des eigentlichen Verarbeitungsvorgangs in speziellen und dazu
geeigneten Rührapparaten oder Mischtrommeln. Handelt es sich bei den
miteinander zu vermengenden Basis- und Hilfs- bzw. Zusatzstoffen um
plastifiziertes oder teigartiges Material, so kann auch mit geeigneten
Knetern oder Mischwalzwerken gearbeitet werden. Dieser Vermen
gungsvorgang, bei dem das eigentliche Ausgangsmaterial erzeugt wird,
findet, wie erwähnt, vor dem meist kontinuierlichen Verarbeitungs
prozeß und außerhalb der dazu benützten Anlagen statt.
Besonders wichtig bei der Herstellung eines einwandfreien Halbfabrikats
oder Endprodukts ist indes die in der Anlage und meist kontinuierliche
Durchmischung des vorher erzeugten Ausgangsmaterials; diese
Durchmischung wird im allgemeinen in den Verarbeitungsvorgang
integriert durchgeführt.
Bekannte Vorrichtungen, mit welchen sich diese Durchmischung erreichen
läßt, sind z. B. Extruder, vorzugsweise solche, bei denen in einem
Stator bzw. Hohlzylinder ein Rotor, z. B. eine Schneckenwelle mit einer
um einen Kern angeordneten Schneckenwendel umläuft und die man auch als
Schneckenextruder bezeichnet.
Bei allen Extrudern wird - unabhängig von ihrer besonderen Bauart - das
Ausgangsmaterial über einen Fülltrichter in den Stator bzw. Zylinder
eingebracht, in dem es kontinuierlich in einer ersten Zone eingezogen,
gegebenenfalls mit Heizmanschetten aufgeheizt und verdichtet, in einer
zweiten Zone plastifiziert, durchmischt und komprimiert und in einer
dritten Zone einem Spritzkopf zugeführt wird. Im Stator sind Lochplatten
mit Siebsätzen eingesetzt, um Verunreinigungen zurückzuhalten und den
Innendruck zu regulieren. Moderne Extruder enthalten Einrichtungen zum
automatischen Siebwechsel.
Unabhängig davon, ob die Schneckenwelle taktmäßig oder kontinuierlich
angetrieben wird, erhöhen die Vorgänge beim Transport des zu
verarbeitenden Materials die Durchmischung. Diese erhöhte Durch
mischungswirkung ergibt sich aus der Arbeitsweise des mit einer Schnecken
welle arbeitenden Extruders. Während die treibende Flanke der
Schneckenwendel das Material zum Spritzkopf hin fördert, bildet sich
wegen der verringerten Haftreibung an der warmen Innenwand des Stators
eine Wirbelbewegung aus, die quer zur Schleppströmung verläuft und
einen Teil des geförderten Materials als Leckströme über die Stege bzw.
den Kern der Schneckenwelle führt. Die von dieser Leckströmung erzeugte
erhöhte Durchmischung ist für die Reproduzierbarkeit des Vorganges und
damit für die Gleichmäßigkeit des Materials bzw. die Regelmäßigkeit
der Erzeugnisse von primärer Bedeutung.
Dennoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Durchmischung des
Materials im Schneckenkanal, insbesondere bei hoher Durchsatzleistung,
oft ungenügend ist. Beispielsweise können infolge ungenügender
Durchmischung Materialsegmente oder Füllstoffe eine bevorzugte
Ausrichtung aufweisen. Verarbeitungsfehler, wie Striemen, Verfärbungen,
Tränen, Knötchen (sogenannte Fischaugen), starke Toleranzschwankungen
und Hohlstellen haben ihre Ursache oft in dieser ungenügenden
Durchmischung des zu verarbeitenden Materials. So rotiert
beispielsweise ein zähes, laminarströmendes Material während der
Förderung im Schneckenkanal vermehrt um einen inneren Materialkern in
der Umgebung des Kerns der Schneckenwelle, wobei in diesem Materialkern
nicht ausreichend aufgeschlossene Partikel bis in die Ausstoßzone
gefördert werden können.
Es sind Vorrichtungen bekannt, um das im Extruder von der
Schneckenwelle geförderte Material stärker zu homogenisieren bzw. zu
durchmischen. Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich um an die
Schneckenwelle ansetzbare Mischköpfe mit zapfenförmigen Mischorganen.
Diese zapfenförmigen Mischorgane wirken als Strömungshindernisse und
erzeugen zusätzliche Wirbel, so daß verhindert wird, daß eine
Laminarströmung entsteht. Die mit diesen Mischorganen erzielte
distributive Durchmischung ist in der Praxis, insbesondere bei der
Herstellung von dünnen Folien oder dünnwandigen Körpern, aber immer
noch ungenügend.
Es sind auch Mischelemente, z. B. die sogenannten Leroy-Torpedos,
bekannt, die zur Durchmischung und Homogenisierung des geförderten
Materials dieses dispersiv mischen, d. h. das geförderte Material
scheren. Diese Art von Mischelementen besteht aus einem zylindrischen
Element, welches satt im Hohlzylinder eines Schneckenextruders
angeordnet ist und in der Mantelfläche paarweise Nuten mit einseitig
geschlossenen Enden aufweist, wobei zwischen je zwei einander
zugeordneten Nuten eine sattelförmige Ausnehmung angeordnet ist und
wobei bei der ersten der beiden Nuten das geschlossene Ende und bei der
zweiten der beiden Nuten das offene Ende weiter vorn in
Strömungsrichtung liegt.
Diese Art von dispersiv wirkenden Mischelementen ermöglicht zwar eine
gute Homogenisierung des plastischen Materials, erfüllt aber die hohen
Anforderungen nicht, die in Betrieben mit großen Durchsatzleistungen
und insbesondere für die Herstellung von dünnen Folien gestellt werden.
Bei den zur Erfindung führenden Untersuchungen wurde gefunden, daß bei
dieser bekannten Art von dispersiver Durchmischung die beim
Schneckenextruder auftretenden radialen Temperatur- und
Dichtegradienten sowie auftretende unterschiedliche
Homogenisierungsgrade nicht oder nicht genügend ausgeglichen werden.
Andere bekannte Vorrichtungen zum Mischen von fließfähigem Material
können in den kunststoffverarbeitenden Industrien nur bedingt verwendet
werden, da das Material in hohem Masse temperaturempfindlich ist. Bei
der Verwendung von herkömmlichen Mischköpfen treten immer wieder
unerwünschte Inhomogenitäten und damit verbundene Fehlproduktionen auf,
u. a. weil das Material bei der Scherung lokal auf einen Temperaturwert
erhitzt wird, bei dem die physikalischen und chemischen Eigenschaften
des Materials irreversibel verändert werden, z. B. durch Verbrennungen,
Zersetzungen, Schmelzbruch u. a. All die bekannten Vorrichtungen
zeitigen wegen der ungenügenden Durchmischung relativ hohe Schwankungen
in ihren Ergebnissen, die zu Tränen, Striemen und Löchern in den
Endprodukten oder Halbfabrikaten führen können.
Eine gewisse Verbesserung der Durchmischung kann erreicht werden, wenn
die Dauer des Mischvorgangs, jedoch ohne Verminderung der
Materialgeschwindigkeit, erhöht wird. Andernfalls bestünde die Gefahr,
daß die Strömung laminar und damit nicht durchmischend verläuft. Eine
solche Erhöhung der Dauer des Mischvorgangs bedingt aber sehr
langgestreckte Mischvorrichtungen, was aus verschiedenen Gründen, wie
Platzbedarf und lange Verweilzeit des Materials, nicht erwünscht ist.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil all dieser Vorrichtungen besteht
darin, daß sie dem zu durchmischenden Material einen großen Wider
stand entgegensetzen und damit nicht vermögen, dieses aktiv weiter
zutransportieren. Dadurch steigert sich die Gefahr von durch interne
Überhitzungen, z. B. durch Depolymerisation, verursachten
Materialveränderungen.
Ausgehend von einer Vorrichtung zum Durchmischen von fließfähigem
Material, die einen Stator und ein darin befindliches Mischelement
aufweist, welche einen durch paarweise angeordnete und von
sattelförmigen Ausnehmungen verbundenen Nuten bestimmten Strömungskanal
begrenzen, wird somit die Aufgabe der Erfindung darin gesehen, eine
verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit
welcher sich auch bei kurzen Transportwegen und unter Vermeidung
unerwünschter Veränderungen des Materials eine einwandfreie und
identisch reproduzierbare Durchmischung erzielen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzen die in den Ansprüchen 2-10
genannten Merkmale.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht man eine hervorragende
Durchmischung, indem man das zu durchmischende Material durch einen
Strömungskanal führt, bei welchem die Änderungen der Querschnitte und
Richtungen die Entstehung von laminaren und somit praktisch oft
voneinander separierten Schichten verhindern, so daß keine radialen
Temperatur- und/oder Dichtegradienten im Material und somit keine
inhomogenen Materialeigenschaften oder, durch Überschreitung bestimmter
Werte verursachte, irreversiblen Materialveränderungen entstehen. Zum
vorteilhaften Ergebnis trägt auch bei, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung das Material kontinuierlich fördert und ihm dabei einen
geringen Strömungswiderstand entgegensetzt.
Eine nochmals verbesserte Durchmischung erhält man, wenn man mehrere
Mischelemente, z. B. zwei, in Serie hintereinanderschaltet. Dabei kann
man beispielsweise zwei Mischelemente mit oder ohne Abstand voneinander
anordnen; besonders rationell ist es aber, zwei - am besten gegen
gleiche - Elemente zu einem Mischkörper zusammenzufügen, wobei die
zweite Nut des ersten Mischelementes und die erste Nut des zweiten
Mischelementes fluchten und mit den Durchbrüchen mindestens einen
Strömungskanal bzw. ein Aussparungssystem bilden, durch das die
Zuflußtasche des ersten Mischelementes mit der Abflußtasche des
zweiten Mischelementes verbunden ist.
Die Bezeichnung "Stator" wird hier in dem Sinne eines rotations
symmetrischen Hohlkörpers mit einem im vorzugsweise zylindrischen
Hohlraum verstanden. Dementsprechend kann der Stator einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr oder weniger konisch ausgebildet
sei, und dementsprechend kann auch das Mischelement eine im wesentli
chen zylindrische oder aber mehr oder weniger konische Form aufweisen.
Allgemein ist der Stator bzw. Zylinder dabei mit Vorteil so dimensio
niert, daß er nicht nur ein oder mehrere Mischelemente nach der
Erfindung sondern auch andersartige und meist rotierende Misch- oder
Förderelemente, wie z. B. einen Schneckenwendel einer Extrudervorrich
tung umfassen kann, der antriebsmäßig mit dem Mischelement verbunden
sein kann. Der Stator kann auch in bekannter Weise mit zusätzlichen
Einsätzen wie Sieben u.ä. Vorrichtungen versehen sein.
Um eine strömungsgünstige Ausbildung zu erhalten, kann es vorteilhaft
sein, die Nuten so auszubilden, daß sie sich zu ihren geschlossenen
Querschnitten hin verjüngen. Besonders wenn ein Mischelement nach der
Erfindung in Kombination mit einer üblichen Schneckenwendel
zusammenwirkt, werden die Wandungen der Zu- und Abflußtaschen im
Bereich ihrer offenen Enden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform so
gestaltet, daß diese Wandungen dem Verlauf einer Schneckenwendel
entsprechen bzw. diesen Verlauf fortsetzen.
Zur Reduktion des Strömungswiderstandes erweist es sich als günstig,
als Verbindung von zwei benachbarten Nuten bzw. Taschen jeweils
mehrere, im wesentlichen parallele Durchbrüche oder Kanäle vorzusehen.
Obwohl diese Durchbrüche grundsätzlich auch an schlecht zugänglichen
Stellen gebildet werden können, beispielsweise durch Elektroerosion,
ist es weitaus einfacher, das Mischelement so zu gestalten, daß die
Durchbrüche oder Kanäle nach Art von Bohrungen erzeugt werden können.
Die Richtungen der einzelnen Durchbrüche werden zur weiteren Ver
minderung des Strömungswiderstandes mit Vorteil so festgelegt, daß sie
jeweils der örtlichen Steigung einer Schneckenwendel entsprechen.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Vorteile
in den Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
eingehender erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Prinzip einer bekannten Anlage mit einem
Schneckenextruder in einem Axialschnitt;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Mischelementes einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;
Fig. 3 das in Fig. 2 dargestellte Mischelement im Schnitt
senkrecht zur Längsachse;
Fig. 4 ein weiteres Mischelement einer erfindungsgemäßen Vor
richtung im Schnitt senkrecht zur Längsachse;
Fig. 5 das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Mischelement im
Schnitt nach A-A von Fig. 3;
Fig. 6 einen aus zwei gegengleichen Mischelementen
zusammengefügten Mischkörper einer weiteren erfindungsgemäßen
Vorrichtung, von der Seite; und
Fig. 7 den Mischkörper im Schnitt nach 90-90 von Fig. 6.
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Anlage besteht im wesentlichen aus
einem Stator oder Zylinder 10 mit einer Stirnseite 13, in welchem eine
Schneckenwelle 11 mit einer um einen Kern angeordneten Schneckenwendel
drehbar gelagert ist. Das der Stirnseite 13 gegenüberliegende Ende des
Stators 10 ist über ein Lochsieb 14 mit einem Spritzkopf 15 verbunden.
Der Stator 10 weist nahe der Stirnseite 13 eine Einfüllöffnung 18 mit
einem Einfülltrichter 12 auf. Im Betrieb der Anlage wird ein
Ausgangsmaterial 21 durch den Einfülltrichter 12 in den Stator 10
eingefüllt. Dieses meist granulatförmige Material 21 wird in einer
ersten Zone I eingezogen und verdichtet. Dazu kann der Kern der
Schneckenwelle 11 konisch ausgeformt werden. In dieser ersten Zone I
kann das Ausgangsmaterial 21 auch vorgewärmt werden, um dadurch eine
bessere Verdichtung zu erlangen. In einer zweiten Zone II wird das
Material über seinen Erweichungspunkt erhitzt und damit plastifiziert.
Die Erhitzung des Materials geschieht einesteils durch adiabatische
Erwärmung und kann anderenteils über Heizmanschetten 16 gesteigert
werden. Durch den Transport des nunmehr plastifizierten Materials wird
dieses ein erstes Mal durchgerührt und entsprechend durchmischt. Dabei
bilden sich neben der eigentlichen Schleppströmung 22 verschiedene
materialinterne Strömungen, wie beispielsweise Leckströmungen 24 und
Wirbel 23 aus. Die Schneckenwelle 11 weist an ihrem Kern an dem dem
Spritzkopf 15 zugewandten Enden Mischorgane auf, die der Schlepp
strömung 22 passiv entgegenwirken. In handelsüblichen Ausführungsformen
sind diese passiven Mischorgane, auch statische Mischer genannt, als
Zapfen 17, 17′, 17′′ oder als Lochscheiben ausgebildet und können von
der Schneckenwelle getrennt werden. Das derart gemischte Material ge
langt dann über das Lochsieb 14 in den Spritzkopf 15, wo es nach seiner
Verarbeitung über Rollen 25, 26 abgezogen und gewickelt werden kann.
In besonderen Ausführungsformen kann die Schneckenwelle einen Durch
messer von ca. 9 cm und eine Länge von ca. 3 m aufweisen.
Das in Fig. 2 dargestellte Mischelement 1 ist so ausgebildet, daß es
mit einem Verbindungskopf 7 an einer nicht dargestellten Antriebswelle,
z. B. an einer Schneckenwelle, befestigt werden kann.
Das zylinderförmige Mischelement 1 weist vier Nuten 2′, 2′′ auf, von
denen in Fig. 2 eine Nut 2′ und eine Nut 2′′ sichtbar sind. Um das
Material in axialer Richtung fördern zu können, sind die Nuten axial
angeordnet, worunter zu verstehen ist, daß sie in einer Richtung
verlaufen, die eine axiale Komponente aufweist. Die Nuten weisen
jeweils einen geschlossenen Endquerschnitt bei 3′, 3′′ auf, gegen
welchen hin sie sich verjüngen und abflachen.
Zwischen jeder Nut 2′ und der Innenwand des in Fig. 2 nicht
dargestellten Stators wird eine Zuflußtasche gebildet, deren in
Fließrichtung gesehener Anfangsbereich offen und deren Ende
geschlossen ist.
Jede Zuflußtasche ist über Durchbrüche 4 mit einer benachbarten
Abflußtasche verbunden, die ihrerseits zwischen der Innenwand des
Stators und einer Nut 2′′ gebildet ist, wobei in Strömungsrichtung
gesehen ihr vorderes Ende geschlossen und ihr hinteres Ende offen ist.
Die Endbereiche der Nuten 2′, 2′′ bzw. der Zufluß- und Abflußtaschen
sind erweitert und weisen Flanken 6 auf, welche örtlich einer
Schneckenwendel entsprechende Steigung besitzen bzw. eine Schnecken
wendel fortsetzen.
An der Mantelfläche des Mischelementes 1 sind sattelförmige Ausneh
mungen 5, auch Außenrillen genannt, vorgesehen.
Das von einem nicht näher dargestellten Transportmechanismus angeführte
Material fließt vorerst in die Zuflußtaschen bzw. in die Nuten 2′, um
dann durch die Durchbrüche 4 in die jeweils benachbarten Abflußtaschen
bzw. Nuten 2′′ zu gelangen. Dabei helfen die wendelartig ausgebildeten
Flanken 6 und eine trichterförmige Ausbildung der Nuten 2′ und 2′′, das
Material ohne unnötigen Widerstand in die Ausflußtaschen bzw. Nuten 2′′
zu fördern.
Die sattelförmigen Ausnehmungen 5 bewirken, daß das ganze Mischelement
1 vom fließfähigem Material umspült werden kann. Damit verschmutzt das
Mischelement 1 weniger und es verringert sich die Möglichkeit eines
Festlaufens des Mischelementes 1 im nicht dargestellten Stator.
In einer anderen Ausführungsform sind Leisten 9, welche die jeweiligen
Zu- und Abflußtaschen bzw. Nuten 2′, 2′′ voneinander trennen, so ausge
bildet, daß sie 12 bis 15 mm Breite nicht überschreiten. Damit kann
verhindert werden, daß das das Mischelement 1 umströmende Material
über eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher das zu verarbeitende
Material irreversible Veränderungen erfährt.
Die Form und Anordnung der Durchbrüche 4 ist für die Nivellierung der
Temperatur von besonderer Bedeutung. In der Regel weist das angeführte
Material einen radial verlaufenden Temperaturgradienten auf. Dabei
weisen die äußeren Zonen des Materials, welche der Hohlzylinderwandung
entlang geführt werden, eine höhere Temperatur auf, als die inneren
Zonen. Wie aus Fig. 3 deutlich hervorgeht, sind die Durchbrüche 4
derart angeordnet, daß gleichzeitig sowohl Material aus der äußeren
Zone als auch Material aus der inneren Zone anteilhaft durch die
Durchbrüche transportiert wird. Damit kann ein optimaler
Temperaturausgleich gewährleistet werden. Analoge Überlegungen gelten
für die Nivellierung des Dichtegradienten. Als Folge dieses Ausgleichs
ist das erzeugte Produkt materialmäßig homogen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das zylindrische Misch
element 1 eine Länge von 270 mm auf bei einem Durchmesser von 90 mm,
wobei die Länge der Nuten ca. 210 mm beträgt.
Gemäß Fig. 3 sind Leisten 32 zwischen Zuflußtaschen 31′, 31′′ und
Abflußtaschen 33′, 33′′ bei dieser Ausführungsform mit einem Durch
messer von ca. 9 mm verhältnismäßig breit und weisen deshalb vor
zugsweise sattelförmige Ausnehmungen 35 auf. Die einzelnen Nuten bzw.
Taschen besitzen ein V-förmiges Profil, wobei die Nutenschenkel
näherungsweise einen Winkel von 60° einschließen. Die als Bohrungen
ausgestalteten Durchbrüche 4 liegen in der tiefsten Stelle jeder Nut,
welche sich gegen ihr Ende hin verjüngt. Die einzelnen Durchbrüche
weisen eine Länge von ca. 43 mm auf. Die mit I bzw. O bezeichneten
Teile zeigen die Strömungsrichtung des Materials an.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform, wie sie in Fig. 4 dargestellt
ist, weist sechs Nuten auf. Damit kann die Breite der Leisten 32
zwischen den Zuflußtaschen 31, 31′, 31′′ und den Abflußtaschen 33,
33′, 33′′ stark reduziert werden.
Fig. 5 zeigt, wie die Zuflußtaschen 31 über als Bohrung ausgebildete
Durchbrüche 4 mit der Abflußtasche 33 verbunden ist. Die Bohrungen 4
sind parallel angeordnet und weisen alle die gleiche Länge und Steigung
auf.
In dieser Ausführung haben die Bohrungen einen Durchmesser von ca. 6,5 mm
und sind ca. 9 mm voneinander beabstandet. Ihre Steigung beträgt ca.
30°. Die mit den Bohrungen versehenen Flanken der Zufluß- bzw.
Abflußtaschen schließen mit einer Achsenparallele einen Winkel von
ca. 4,5° derart ein, daß alle Bohrungen die gleiche Länge von ca. 43 mm
besitzen. Diese Bohrungen sind in geeigneter Weise trichterartig
angesenkt, um ihre Scherwirkung zu verbessern.
Fig. 6 zeigt schematisch zwei in Serie angeordnete Mischelemente 40, 41
nach der Erfindung, zwischen welchen z. B. weitere Mischorgane oder
siebartige Einsätze 42 vorhanden sein können.
In Fig. 7 ist schematisch und vereinfacht ein Mischkörper 43 darge
stellt, der aus zwei gleichen, gegebenenfalls gegengleich angeordneten
Mischelementen 44, 45 nach der Erfindung besteht, die durch eine axiale
Verschraubung aneinander befestigt sind, wobei mit 44 das zuerst
durchflossene und mit 45 das anschließend durchflossene Mischelement
des Mischkörpers 43 bezeichnet ist.
Das Mischelement 44 weist Nuten 46 auf, von denen nur eine dargestellt
ist, die Zuflußtaschen mit wendelartig gestalteten Flanken 47 bilden.
Jede Zuflußtasche ist über Durchbrüche 48 mit einer Nut 49 verbunden,
die mit einer Nut 50 des angrenzenden Mischelementes 45 fluchtend
angeordnet ist. Die Nut 50 ist schließlich über weitere Durchbrüche 51
mit einer Nut 52 verbunden. Dabei hat die Nut 49 im Mischelement 44 die
Funktion einer Abflußtasche und die Nut 50 im Mischelement 45 die
Funktion einer Zuflußtasche. Die Nuten 46 und 52, deren freie Enden
schneckenwendelartige Flanken aufweisen können, bilden die
Zuflußtasche bzw. die Abflußtasche des Mischkörpers 43. Die
Durchbrüche 48, die fluchtenden Nuten 49 und 50, deren Enden keine
schneckenwendelartigen Flanken aufweisen und die Durchbrüche 51 bilden
zusammen ein Strömungskanalsystem des Mischkörpers, welches die
Zuflußtasche mit der Abflußtasche verbindet.
Fig. 8 zeigt einen Mischkörper 60, der aus zwei integralen Misch
elementen 60′ und 60′′ gebildet ist. Der Mischkörper 60 weist drei
Gruppen von jeweils vier parallelen Nuten 61, 62, 63 auf. Die Nuten 61
bilden die Zuflußnuten und die Nuten 62 die Abflußnuten des
Mischkörpers 60. Die Nuten 63, deren rechte Hälfte funktionell dem
Mischelement 60′ und deren linke Hälfte funktionell dem Mischelement
60′′ zuzurechnen ist, begrenzen zusammen mit Durchbrüchen 66 und 67,
über welche sie an die Nuten 61 bzw. 62 angeschlossen sind - und
natürlich zusammen mit der Innenwand eines nicht dargestellten Stat
ors - ein Kanalsystem, das als Strömungskanal für das zu durchmischende
Material dient.
Fig. 9 zeigt schließlich einen senkrecht zur Achse verlaufenden
Schnitt durch den Mischkörper der Fig. 8 längs der Linie 90-90 der Fig. 8,
aus welchem Schnitt ersichtlich ist, wie die Nuten angeordnet und
ausgebildet sind.
Die in Fig. 8 dargestellten, im wesentlichen axialen Nuten verlaufen
nicht vollkommen achsparallel, aber die axiale Komponente ihrer
Richtung ist stark überwiegend.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß einzelne oder alle Merkmale der
verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert
werden können und daß die konstruktiven Einzelheiten, auf die nicht
weiter eingegangen wird, den Fertigungs-, Festigkeits- und
Funktionsanforderungen gehorchen. U.a. versteht es sich für den
Fachmann von selbst, daß die einander zugeordneten nutenverbindenden
Durchbrüche den Fertigungsanforderungen entsprechend vorgesehen werden.
Insbesondere können sowohl die Lage als auch die Form und
Dimensionierung den jeweiligen Erfordernissen angepaßt sein. Ebenso
können die Durchbrüche verschiedene Steigungen aufweisen, z. B. den
Fließwiderstand noch weiter zu verlieren. Natürlich liegen Ausfüh
rungsformen, bei welchen die Durchbrüche eine Nut mit mehreren anderen
Nuten verbinden, im Bereich des fachmännischen Könnens.
Bei der Auswahl der Werkstoffe, aus denen die Mischelemente bzw.
Mischkörper und die übrigen Teile der Vorrichtung hergestellt werden,
sind neben den Festigkeitsanforderungen auch die thermischen
Anforderungen durch die teilweise recht hohen Temperaturen zu be
rücksichtigen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die
Mischelemente aus CrMoV hergestellt.
Obwohl sich die obige Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auf das Durchmischen von Ausgangsmaterialien auf dem Gebiet der
Kunststoffverarbeitung bezieht, lassen sich die Mischelemente nach der
Erfindung für andere fließfähige Materialien, wie Flüssigkeiten,
Pasten, Teige oder kleinstückförmige Stoffe verwenden.
Claims (10)
1. Vorrichtung zum Durchmischen von kontinuierlich zugeführtem,
fließfähigem Material mit einem rotationssymmetrischen Stator (10) und
einem darin angeordneten rotierenden Bauteil, das einen Mischkörper (1)
mit mindestens einem Mischelement aufweist, welches mit mindestens
einer ersten Nut (2′) und mindestens einer zweiten Nut (2′′) versehen
ist, die in mindestens annähernd axialer Richtung verlaufen, wobei jede
erste Nut (2′) einen in Fließrichtung gesehen geschlossenen
Endquerschnitt aufweist, um mit der Innenwand des Stators (10) eine
Zuflußtasche zu bilden, und jede zweite Nut (2′′) einen in
Fließrichtung gesehen geschlossenen Anfangsquerschnitt aufweist, um
mit der Innenwand des Stators (10) eine Abflußtasche zu bilden, und
wobei jede erste Nut (2′) mit einer benachbarten zweiten Nut (2′′) über
ein Kanalsystem verbunden ist, das mindestens einen zur genannten
Richtung der Nuten (2′,2′′) unter einem Winkel verlaufenden Durchbruch
(4) im Mischkörper (1) umfaßt.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mischkörper (43) aus zwei Mischelementen (40, 41; 44, 45) gebildet ist,
wobei die zweite Nut des ersten Mischelementes und die erste Nut des
zweiten Mischelementes, vorzugsweise fluchtend, aneinander anschließen
und mit den Durchbrüchen (48, 51; 66, 67) zusammen das Kanalsystem bilden,
um die Zuflußtasche des ersten Mischelementes (40; 44) mit der
Abflußtasche des zweiten Mischelementes (41; 45) zu verbinden.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator (10) und der Mischkörper (1) annähernd
zylindrisch und die Durchbrechungen vorzugsweise als Bohrungen
ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator (10) einen Schneckenkanal einer
Extrudervorrichtung bildet, in welchem eine Schneckenwelle drehend
angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mischkörper (1) mit einer Schneckenwelle
antriebsmäßig verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Nuten zu ihren geschlossenen Anfangs- bzw.
Endquerschnitten hin verjüngen und/oder abflachen.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuflußtasche und die Abflußtasche im Bereich
ihrer offenen Enden Flanken (6) aufweisen, die dem Verlauf einer
Schneckenwendel entsprechen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kanalsystem mehrere an dieselbe Nut
angeschlossene Durchbrüche (4) aufweist, die bevorzugt parallel
und/oder als vorzugsweise mindestens einseitig angesenkte Bohrungen
ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Richtung jedes Durchbruchs (4) eine axiale
Komponente aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Richtung jedes Durchbruchs (4) mindestens
annähernd der örtlichen Steigung einer Schneckenwendel entspricht.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4226985A DE4226985A1 (de) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | Vorrichtung zum Durchmischen von fließfähigem Material |
EP93810189A EP0563012A1 (de) | 1992-03-18 | 1993-03-15 | Vorrichtung zum Mischen von fliessfähigem Material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4226985A DE4226985A1 (de) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | Vorrichtung zum Durchmischen von fließfähigem Material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4226985A1 true DE4226985A1 (de) | 1994-02-17 |
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ID=6465589
Family Applications (1)
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DE4226985A Withdrawn DE4226985A1 (de) | 1992-03-18 | 1992-08-14 | Vorrichtung zum Durchmischen von fließfähigem Material |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4226985A1 (de) |
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