DE4338795C1 - Mehrwellige kontinuierlich arbeitende Mischmaschine für plastifizierbare Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrwellige, kontinuierlich arbeitende Mischmaschine für plastifizierbare Massen mit zwei in einem Gehäuse gleichsinnig drehenden Wellen, die jeweils ein die betreffende Welle umgebendes zylindrisches Gehäuseteil durchsetzen und Einzugs- und Austragszonen sowie dazwischen mindestens eine Aufschmelz- und eine Mischzone aufweisen, wobei die Einzugs- und Austragszonen durch ineinandergreifende Förderschnecken gebildet und in den Aufschmelz- und Mischzonen gegenüberliegende Mischelemente angeordnet sind, deren Stege beim Drehen mit geringem Spiel aneinander vorbeilaufen, wobei zur Bildung einer sich über die Mischelemente erstreckenden Kammer die Stege von dem sie umgebenden Teil des Gehäuses einen gegenüber dem gegenseitigen Spiel wesentlich größeren Abstand einhalten.

Eine derartige Maschine ist aus der DE 42 02 821 A1 bekannt. Bei dieser Maschine werden als Mischelemente axial gestreckte Polygone verwendet, deren Stege beim Drehen nicht ineinander eingreifend mit geringem Spiel aneinander vorbeilaufen, wodurch sich ein ausgeprägter, gewollter Kneteffekt ergibt. Dieser Kneteffekt entsteht dadurch, daß die Stege in das geförderte Material eindringen und dieses zur Seite drücken, wobei keine besonders großen Scherkräfte von dem Material aufzunehmen sind. Um dennoch die jeweils erforderliche Knetwirkung zu erzielen, werden die Polygone entsprechend lang ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mischwirkung der eingangs genannten Maschine zu steigern, ohne daß dabei besonders hohe Scherkräfte auftreten, um eine besonders intensive Dispergierwirkung zu erzielen.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Mischelemente aus im wesentlichen gleich langen Prozeßschneckenelementen mit derartiger Stei­ gungsrichtung bestehen, daß innerhalb der Kammer das eine Prozeßschneckenelement vorwärts und das andere Prozeßschneckenelement rückwärts fördert.

Durch die gegenläufig wirkenden Prozeßschneckenelemente wird in der Kammer, die im wesentlichen durch den Bereich des Zwischenraums zwischen der Gehäusewandung und den Stegen der Prozeßschneckenelemente gebildet wird, ein Kreislauf des in der Kammer befindlichen Materials erzeugt, da das eine Element vorwärts und das andere rückwärts fördert, so daß von dem vorwärts geförderten Material ständig Material wieder rückwärts gefördert wird. Dieser Vorgang spielt sich in der Kammer kontinuierlich ab, wobei das darin befindliche Material mehrfach diesem Kreislauf unterworfen wird und infolgedessen einer entsprechend intensiven Dispergierung unterliegt. Die miteinander zu vermischenden Materialien werden besonders gleichmäßig verteilt, wobei Füllstoffe und Pigmente gegebenenfalls aufgeschlossen und besonders gleichmäßig verteilt eingearbeitet werden. Besonders hohe Scherkräfte können dabei nicht auftreten, da das in der Kammer befindliche Material, das von den Stegen der Prozeßschneckenelemente verdrängt wird, genügend Freiraum in der Kammer und insbesondere gegenüber dem jeweils anderen Prozeßschneckenelement erhält, so daß es relativ leicht aus­ weichen kann. Der Kreislauf des Materials hängt dabei von dem Nach­ schieben weiteren Materials durch die vorhergehenden Förderschnecken (Einzugszone) ab, womit die Verweilzeit in der Kammer durch die Beschickung der Maschine bestimmt werden kann. Diese Verweilzeit wird zweckmäßig so eingestellt, daß das Material jeweils mehrere Kreisläufe durchläuft.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es aus der US-PS 2,615,199 bekannt ist, bei einer Verarbeitungsmaschine für plastifizierbare Massen mit gegenläufig angetriebenen, nicht ineinandergreifenden Förderschnecken jeweils eine Förderschnecke durch ein kurzes Schneckenelement zu unterbrechen, das aufgrund seiner entgegengesetzt gerichteten Steigung seiner Gänge an der betreffenden Stelle eine Stauwirkung erzielt, die sich jedoch nur wenig intensiv auswirken kann, da die gegenüberliegende Förderschnecke mit ihren Gängen genügend Freiraum bietet, um das Material weiter vorwärts zu fördern. Die Anordnung eines solchen rückwärts fördernden Scheckenelementes ist bei beiden Förderschnecken vorgesehen, wobei die genannten Schneckenelemente einen solchen Abstand voneinander aufweisen, daß auf jeden Fall einem solchen Schneckenelement eine längere Zone der jeweils anderen Förderschnecke gegenübersteht. Abgesehen davon, daß die bekannte Maschine nicht mit gleichsinnig drehenden Förderschnecken arbeitet und diese auch nicht ineinander eingreifen, fehlt es bei der bekannten Maschine an der Ausbildung einer Kammer im Bereich einander gegenüberstehender Schneckenelemente, da einem Schneckenelement der einen Förderschnecke stets eine längere Zone der anderen Förderschnecke gegenübersteht. Infolgedessen kann auch schon mangels einer Kammerbildung ein Kreislauf im Bereich eines Schnecken­ elementes praktisch nicht entstehen und darüber hinaus auch die Ver­ weilzeit im Bereich eines Schneckenelementes praktisch nicht beeinflußt werden, da stets mindestens eine Förderschnecke auf das zu behandelnde Material einwirkt.

Weiterhin sei auf die DE-AS 16 79 884 verwiesen, die sich ebenfalls auf eine Behandlungsmaschine für plastifizierbare Massen bezieht. Bei dieser Maschine sind zur Erzeugung einer Mischwirkung ineinandergreifende Knetelemente in Form von gegenüberliegenden Scheiben vorgesehen, die mit zwei oder drei axial verlaufenden Stegen versehen sind. Die relativ schmalen Knetscheiben rufen in dem zu verarbeitenden Material aufgrund des Ineinandergreifens der Knetscheiben eine starke Scherwirkung und damit große Wärmeentwicklung hervor. Die Maschine besitzt gleichsinnig drehende, ineinandergreifende Förderschnecken, die im Anschluß an die Knetscheiben für ein relativ kurzes Stück nicht ineinandergreifen und mit unterschiedlicher Steigung ausgebildet sind, so daß die Förderschnecken hier eine mehr oder minder starke Förderwirkung ausüben. Dabei soll sich in dem betreffenden Bereich eine Längsmischwirkung ergeben, die jedoch offensichtlich keinerlei Kreislauf des Materials in dem betreffenden Bereich umfaßt, worauf es bei der Erfindung entscheidend ankommt.

Es muß daher als überraschend angesehen werden, daß durch die Maßnahme der Anordnung von im wesentlichen gleich langen Prozeßschnecken­ elementen mit gegenläufiger Steigung sich innerhalb einer durch die Prozeßschneckenelemente definierten Kammer ein echter Kreislauf für das zu behandelnde Material erzielen läßt, der für eine besonders intensive Dispergierwirkung verantwortlich ist.

Um insbesondere bei höheren Drehzahlen der Förderschnecken die Geschwindigkeit im Kreislauf des Materials im Bereich der Kammer zu begrenzen, gestaltet man die Prozeßschneckenelemente zweckmäßig so, daß benachbarte Schneckengänge durch Vertiefungen in den Stegen untereinander verbunden sind. Aufgrund dieser Vertiefungen kann das zu behandelnde Material entgegen der Förderrichtung des betreffenden Prozeßschnecken­ elementes ausweichen, wird also von dem Schneckenelement nicht mit­ genommen und kann gegebenenfalls zu dem jeweils anderen Schneckenelement übertreten, womit gewissermaßen ein Kurzschluß im Kreislauf entsteht. Im Rahmen dieser Kurzschlüsse bildet sich dann eine besonders intensive Dispergierwirkung aus.

Um die Vertiefungen im Sinne des intensiven Dispergierens zusätzlich auszunutzen, kann man die Prozeßschneckenelemente so gestalten, daß die die Schneckengänge begrenzenden Stege der Prozeßschneckenelemente durch zylindrische Abflachung Verbreiterungen aufweisen und die Vertiefungen eine solche Schrägrichtung zu den Verbreiterungen besitzen, daß diese neben den Vertiefungen eine rautenartige Oberfläche darstellen. Aufgrund der Rautenbildung ergeben sich an den Übergängen der Vertiefungen zu den Verbreiterungen schneidenartig auslaufende Kanten, die das dort anstehende Material zerteilen und in die jeweils benachbarten Gewindegänge schieben.

Aufgrund der Anordnung der Vertiefungen ergibt sich trotz der gegenläufigen Steigung der Prozeßschneckenelemente die Möglichkeit, die Stege des einen Prozeßschneckenelementes mit so kurzen Vorsprüngen zu versehen, daß beim Drehen die Vorsprünge jeweils in die gegenüberliegenden Schneckengänge des anderen Prozeßschneckenelementes eintauchen und über die Vertiefung im anderen Prozeßschneckenelement aus diesem austauchen. Hierfür ist es natürlich erforderlich, daß die die beiden Förderschnecken bildenden Wellen, die in jedem Falle mit gleicher Drehzahl drehen, eine solche Drehwinkeleinstellung zueinander besitzen, daß bei jeder Umdrehung ein Vorsprung kurzzeitig von dem gegenüberliegenden Scheckengang und im Anschluß daran durch eine Vertiefung aufgenommen wird, so daß es bei der Drehung der Wellen zu keinem Anstoß eines Vorsprunges gegen das gegenüberliegende Prozeßschneckenelement kommen kann. Wegen des bei derartigen Mischmaschinen erforderlichen Antriebs mit gleicher Drehzahl ergibt sich für jeden Vorsprung dann nach 360° Umdrehung wieder der gleiche Effekt des Ein- und Austauchens in das jeweils gegenüberliegende Prozeßschneckenelement. Durch derartige Vorsprünge läßt sich die Dispersionswirkung der Maschine weiterhin erhöhen.

Um die durch die Prozeßschneckenelemente definierten Kammern ständig gefüllt zu halten, sieht man zweckmäßig unmittelbar hinter den Prozeßschneckenelementen Stauelemente vor. Als Stauelemente haben sich als besonders geeignet kurze Schnecken mit unterbrochenem Rückfördergewinde ergeben. An den Stellen der Unterbrechungen des Gewindes kann dann das Material von einem Gewindegang in den anderen Gewindegang überströmen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß gegenüberliegende Prozeßschneckenelemente mehrfach hintereinander angeordnet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Mischmaschine in Seitensicht,

Fig. 2 die gleiche Maschine in Draufsicht,

Fig. 3 zwei gegenüberliegende Prozeßschneckenelemente mit die Schneckengänge verbindenden Vertiefungen,

Fig. 4 zwei benachbarte Prozeßschneckenelemente mit verbreiterten Stegen und Vertiefungen,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Maschine längs der Linie V-V aus Fig. 2 unter Zugrundelegung von Prozeßschneckenelementen gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen ausschnittsweise gezeichneten Querschnitt durch die Maschine längs der Linie V-V unter Zugrundelegung von gegenüberliegenden Schneckenelementen gemäß Fig. 4 und Vorsprüngen auf einem Schneckenelement.

In der Fig. 1 ist eine zweiwellige Mischmaschine dargestellt, und zwar in Seitensicht, so daß nur eine Welle 1 in dem schematisch dargestellten Gehäuse 2 gezeigt ist. Das Gehäuse 2 besitzt die Einlaßöffnung 3 für die Zuführung des zu verarbeitenden Materials. Am linken Ende des Gehäuses 2 ist das Antriebsaggregat 4 gezeichnet. Am rechten Ende des Gehäuses 2 ist der Auslaß 5 vorgesehen, aus dem die Schneckenspitze 6 herausragt. Insofern handelt es sich um eine übliche Gestaltung einer zweiwelligen Mischmaschine.

Die Welle 1 besitzt im Bereich der Einlaßöffnung 3 die Förderschnecke 7, an die sich das Prozeßschneckenelement 8 anschließt. Auf das Prozeßschneckenelement 8 folgt eine relativ kurze Schnecke 9 als Stauelement mit gegenüber der Förderschnecke 7 gegenläufigem Schneckengewinde. Auf den beiden dargestellten Gewindegängen der Schnecke 9 sind die beiden Unterbrechungen 10/10 vorgesehen, um im Bereich der Schnecke 9 trotz ihrer Stauwirkung den notwendigen Durchsatz zu erlauben. An die Schnecke 9 schließt sich ein weiteres Prozeßschneckenelement 11 an, an das sich, wie nach dem Prozeßschneckenelement 8 vorgesehen, die als Stauelement wirkende gegenläufige Schnecke 12 mit Unterbrechungen 13 anschließt, so daß sowohl das Prozeßschneckenelement 8 und das Prozeßschneckenelement 11 gegen die Wirkung der Schnecken 9 und 11 arbeiten. Den Abschluß der Welle 1 bildet die Förderschnecke 14, die in der Austragszone das ihr zugeführte verarbeitete Material dem Auslaß 5 zuführt.

In Fig. 2 ist die zweiwellige Mischmaschine gemäß Fig. 1 in Draufsicht dargestellt. Neben der Welle 1 ist die zweite Welle 15 angeordnet, die zusammen mit der Welle 1 in gleichem Drehsinn durch das Antriebsaggregat 4 angetrieben wird. Beide Wellen laufen mit gleicher Drehzahl. Die in gleicher Weise wie die Welle 1 aufgebaute Welle 15 ist im Bereich der in der Fig. 2 nicht sichtbaren Einlaßöffnung 3 mit der Förderschnecke 17 (Einzugszone) versehen, die in die Gewindegänge der Förderschnecke 7 eingreift und umgekehrt. Es handelt sich dabei also um in bekannter Weise ineinander eingreifende, gleichsinnig angetriebene Förderschnecken 7 und 17, die aufgrund der ihnen innewohnenden Funktion das über die Einlaßöffnung 3 zugeführte Material von links nach rechts transportieren. Dabei gelangt das Material in den Bereich der Prozeßschneckenelemente 8 und 18, weiterhin zu den Stauelementen 9 und 19, weiterhin zu den Prozeßschneckenelementen 11 und 21 und schließlich über die Austragsschnecken 14, 24 zum Ausgang 5.

Im Bereich der Prozeßschneckenelemente 8 und 18 sowie 11 und 21 wird das von den Förderschnecken 7 und 17 (Einzugszone) antransportierte Material gemischt, wobei das Material längs der Welle 1 vorwärts und längs der Welle 15 rückwärts gefördert wird. Das rückwärts geförderte Material tritt dann auf neu von den Förderschnecken 7 und 17 zugeführtes Material, so daß es auf das Prozeßschneckenelement 8 umgelenkt und von diesem wieder vorwärts gefördert wird. Es ergibt sich damit also ein Kreislauf, der sich umso häufiger wiederholt, je weniger Material von den Förderschnecken 7 und 17 nachgeschoben wird. Die Verweilzeit im Bereich der Prozeßschneckenelemente 8 und 18 ergibt sich also aus dem Nachschub an Material über die in der Einzugszone befindlichen Förderschnecken 7 und 17.

Der gleiche Vorgang wiederholt sich im Bereich der Prozeßschneckenelemente 11 und 21, wobei die jeweils folgenden Stauelemente 9 und 19 sowie 12 und 22 dafür sorgen, daß die Prozeßschneckenelemente 8 und 18 sowie 11 und 21 umfassenden Bereiche ständig mit Material gefüllt bleiben.

Aufgrund der Dimensionierung der Durchmesser der Prozeßschneckenelemente 8 und 18 bzw. 11 und 21, deren Stege 25 beim Drehen mit geringem Spiel aneinander vorbeilaufen, so daß sich gegenüber der Innenwand 26 ein gegenüber dem Spiel wesentlich größerer Abstand ergibt, bildet sich jeweils im Bereich der Prozeßschneckenelemente 8 und 18 sowie 11 und 21 eine Kammer 27 bzw. 28 aus, die einerseits von den Förderschnecken 7 und 17 und den Stauelementen 9 und 19 bzw. den letzteren und den Stauelementen 12 und 22 begrenzt werden. Innerhalb dieser Kammern 27 und 28 bildet sich der oben erwähnte Kreislauf des zu bearbeitenden Materials aus.

Um dem zu verarbeitenden Material die notwendige Temperatur zu geben, kann das Gehäuse 2 beheizt werden. Hierfür sind die Heizkanäle 29 vorgesehen, denen in bekannter Weise ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium zugeleitet werden kann.

In der Fig. 3 sind in Draufsicht zwei gegenüberliegende Prozeßschneckenelemente 30 und 31 dargestellt, die an die Stelle der Prozeßschneckenelemente 8 und 18 gemäß Fig. 2 treten können. Die Prozeßschneckenelemente 30 und 31 sind an ihren Stegen 32 durch die Vertiefungen 33 unterbrochen, wobei die Vertiefungen die Schneckengänge 34 miteinander verbinden. Durch die Vertiefungen kann das zu bearbeitende Material von einem Schneckengang zum anderen überströmen, wodurch sich ständig eine intensive Durchmischung des Materials im Sinne einer guten Dispergierung ergibt.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Ausführungsform der Prozeßschneckenelemente. Hier sind die Prozeßschneckenelemente 35 und 36 längs ihrer Stege durch zylindrische Abflachung mit Verbreiterungen 37 versehen, die zusammen jeweils eine zylindrische Umhüllende bilden. Die Verbreiterungen 37 sind durch Vertiefungen 38 unterbrochen, die eine durch die strichpunktierte Linie 39 angedeutete Schrägrichtung besitzen. Aufgrund dieser Schrägrichtung stellen sich die zwischen den Vertiefungen 38 liegenden Verbreiterungen 37 mit einer rautenartigen Oberfläche dar. An ihren Enden bildet die rautenartige Oberfläche jeweils eine Art Schneide 40, die in einer Kante 41 längs der betreffenden Vertiefung 38 weiterläuft. Durch diese Gestaltung wird auf die Schneide 40 auftreffendes Material verteilt und jeweils in die benachbarten Schneckengänge geschoben.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie V-V aus Fig. 2. Fig. 5 zeigt die Welle 1 mit der Grundwelle 42 und die Welle 15 mit der Grundwelle 42. Die beiden Grundwellen durchsetzen in bekannter Weise das gesamte Gehäuse 2. Auf die Grundwellen sind die betreffenden Schnecken bzw. Schneckenelemente aufgeschoben. In der Schnittdarstellung nach Fig. 5 sind dies die Prozeßschneckenelemente 8 und 18. Die beiden Prozeßschneckenelemente 8 und 18 besitzen je ein zweigängiges Gewinde, von dem die Stege 25 und die Vertiefungen 38 gemäß Fig. 4 dargestellt sind.

Bei der Fig. 6 handelt es sich um eine Abwandlung gegenüber der Darstellung nach Fig. 5, und zwar dahingehend, daß auf der rautenartigen Oberfläche der Verbreiterung der Vorsprung 43 angeordnet ist, der so kurz ist, daß er beim Drehen der beiden Wellen 1 und 15 kurzzeitig in den gegenüberliegenden Schneckengang 44 (siehe auch Fig. 4) auf der Welle 15 eintaucht und über die Vertiefung 38 aus dem betreffenden Prozeßschneckenelement 36 austaucht. Der Vorsprung 43 kann daher nicht gegen eine Oberfläche eines Elementes der Welle 15 anstoßen.

Claims (6)

1. Mehrwellige kontinuierlich arbeitende Mischmaschine für plastifizierbare Massen mit zwei in einem Gehäuse (2) gleichsinnig drehenden Wellen (1, 15), die jeweils ein die betreffende Welle umgebendes zylindrisches Gehäuseteil (2) durchsetzen und Einzugs- und Austragszonen sowie dazwischen mindestens eine Aufschmelz- und eine Mischzone aufweisen, wobei die Einzugs- und Austragszonen durch ineinandergreifende Förderschnecken (7, 17; 14, 24) gebildet und in den Aufschmelz- und Mischzonen gegenüberliegende Mischelemente angeordnet sind, deren Stege (25; 32) beim Drehen mit geringem Spiel aneinander vorbeilaufen, wobei zur Bildung einer sich über die Mischelemente erstreckenden Kammer die Stege (25; 32) von dem sie umgebenden Teil des Gehäuses (2) einen gegenüber dem gegenseitigen Spiel wesentlich größeren Abstand einhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente aus im wesentlichen gleich langen Prozeßschneckenelementen (8, 18; 11, 21; 30, 31; 35, 36) mit derartiger Steigungsrichtuung bestehen, daß innerhalb der Kammer (27; 28) das eine Prozeßschneckenelement vorwärts und das andere Prozeßschneckenelement rückwärts fördert.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schneckengänge der Prozeßschneckenelemente (30, 31) durch Vertiefungen (33) in den Stegen (32) untereinander verbunden sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schneckengänge begrenzenden Stege der Prozeßschneckenelemente (35, 36) durch zylindrische Abflachung Verbreiterungen (37) aufweisen und die Vertiefungen (38) eine solche Schrägrichtung zu den Verbreiterungen besitzen, daß diese neben den Vertiefungen eine rautenartige Oberfläche darstellen.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege des einen Prozeßschneckenelementes (35) so kurze Vorsprünge (43) aufweisen, daß beim Drehen die Vorsprünge jeweils in die gegenüberliegenden Schneckengänge des anderen Prozeßschneckenelementes (36) eintauchen und über eine Vertiefung im Schneckengang des anderen Prozeßschneckenelementes aus diesem austauchen.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter den Prozeßschneckenelementen Stauelemente (9, 19; 12, 22) angeordnet sind.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauelemente aus kurzen Schnecken mit unterbrochenem Rückfördergewinde bestehen.