DE68903047T2

DE68903047T2 - Innenmischer mit verbesserten rotoren.

Info

Publication number: DE68903047T2
Application number: DE8989109767T
Authority: DE
Inventors: Michel Garmy; Dominique Simonet
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2009-05-31
Also published as: DE68903047D1; ES2035429T3; EP0346680B1; US4917501A; JPH0232812A; EP0346680A1; JPH0755498B2; FR2632873A1; FR2632873B1; ATE81051T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Innenmischer. Im speziellen betrifft sie die Definition des Profils von Flügeln, mit denen diese Rotoren versehen sind.
Innenmischer sind Knetmaschinen, die im Stapelbetrieb arbeiten und die für die Herstellung von Kautschuk und anderen plastischen Materialien passend sind. Sie weisen einen geschlossenen Bottich mit einer oder zwei miteinander kommunizierenden zylindrischen Kammern auf, wobei jede Kammer einen Rotor umfaßt. Jeder Rotor umfaßt einen oder mehrere Flügel. Man kennzeichnet den Rotor durch sein Profil (Schnitt nach einer Ebene rechtwinkelig zur Drehachse, gibt insbesondere das Flügelprofil) und durch sein Diagramm, das eine ebene Abwicklung auf eine Ebene parallel zur Drehachse ist und die Lage der Flügel an der Rotoroberfläche gibt, insbesondere die Lage und Orientierung bezüglich der Ränder und die Ausdehnung des minimalen Abstandes zwischen der Kammerwand und der Rotoroberfläche (diese Zone wird im folgenden "Feindurchgang" genannt.
Die Wahl und Kombination der Anzahl von Kammern und der Type des Rotors hängen von der Zusammensetzung der herzustellenden Kautschuk oder Kunststoffmaterialmischungen ab. Die für die Herstellung nicht vulkanisierten Kautschuks meist verbreiteten Innenmischer weisen zwei Kammern und zwei nicht ineinandergreifende Rotoren auf, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und in entgegengesetzter Richtung drehen. Ein Beispiel davon gibt das Patent US-A-4 456 381.
Das durch die Innenmischer angestrebte Ziel ist es, die Bestandteile der Mischung zu zwingen, von einer Kammer in die andere zu gelangen und innerhalb einer Kammer von einer Seite auf die andere in deren axialer Richtung und auch die Mischung zu zwingen, zwischen den Rotorflügeln und den Bottichwänden durchzustreichen. Dies erlaubt es, eine Makrodispersion der Bestandteile und eine Mikrodispersion der Zusätze zu erzeugen. Die Makrodispersion entsteht hauptsächlich zufolge des Durchganges der Materialmasse zwischen den Bottichkammern und des axialen Verschiebens, d.h. entlang der Rotorblätter in jeder der Kammern, während die Mikrodispersion hauptsächlich zufolge des Durchstreichens zwischen dem Flügel und der Kammerwand bewirkt wird.
Die Rotoren der Innenmischer haben die Unzulänglichkeit, im Bereich des Feindurchganges eine Zone intensiver Bearbeitung kurzer Länge aufzuweisen, was die Materialien auf irreguläre und brutale Weise beansprucht und oft ein wesentliches Gleiten und bei gewissen Elastomeren eine Entbindung, verbunden mit einem schlechten Durchmischungsgrad mit sich bringt.
Die Fig. 1 ist eine Ansicht eines Flügelprofiles 10 eines Rotors 1 gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere merkt man die Gegenwart von spitzen Ecken 20, die die Zone des Feindurchganges 21 zu beiden Seiten begrenzen. Man definiert die Vorausseite des Feindurchganges 21, indem man diesen in Drehrichtung des Rotors 1 (Pfeil 11) verläßt, entsprechend einer Konvergenz, gebildet durch die Flügeloberfläche gemeinsam mit der Wand der Kammer 2. Umgekehrt ist die Rückseite, die man divergent nennt, auf der, in Drehrichtung gesehen, entgegengesetzten Seite gelegen. Man bemerkt auch, daß man hinter dem Feindurchgang 21 eine brutale wesentliche Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Flügel 10 und der Wand der Kammer 2 hat.
Andererseits können bekannte Innenmischer thermische Austauschvorgänge während des Mischzyklus nicht gut meistern.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Mikrodispersion, die durch die Wirkung eines Innenmischers erhalten wird, zu verbessern, indem ein neues Profil für einen Flügel eines Innenmischers vorgeschlagen wird. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, die Fähigkeit eines so optimierten Flügels zur Ableitung der Kalorien, die durch die Mischtätigkeit freigesetzt werden, zu verbessern.
Erfindungsgemäß umfaßt der Innenmischer einen Mischbottich, der aus zumindest einer zylindrischen Kammer besteht, in der sich ein Rotor dreht, wobei der Rotor zumindest zwei geneigte Flügel aufweist und wobei das Profil jedes der Flügel mit der Wand der Kammer einen konvergenten und anschließend einen divergenten Bereich definiert, die durch einen Feindurchgang getrennt sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß entlang des konvergenten Bereiches, des Feindurchganges und eines ersten divergenten Bereiches die Profilkrümmung im wesentlichen konstant ist und dadurch, daß im Abstand vom Feindurchgang in der Richtung gegen die Flügeldrehrichtung das Profil eine Ablenkung aufweist, gefolgt, wiederum in der Richtung entgegen der Drehrichtung, von einem zweiten divergierenden Bereich, der ausgeprägter ist als der divergierende Bereich, der zwischen dem Feindurchgang und der Ablenkung liegt.
Ein erfindungsgemäß perfektionierter Rotor eines Innenmischers ist durch die Tatsache bemerkenswert, daß es keine spitzen Kanten im Bereich des Feindurchganges gibt, in dem die intensivste Beanspruchung stattfindet. Es hat tatsächlich der konvergente Teil ein konvexes Profil. Das Profil wird im Feindurchgang und anschließend daran im wesentlichen beibehalten. Der Beginn des divergenten Bereiches unmittelbar nach dem Feindurchgang ist sehr verlaufend. Es gibt dort ein langsames und verlaufendes Nachlassen der Beanspruchung hinter dem Feindurchgang im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem der Feindurchgang auch den Kontinuitätsbruch des Profiles markiert. Die Flügelprofile bekannter Rotoren weisen somit einen konvergenten Bereich, der manchmal verlaufend sein kann, einen Feindurchgang, gefolgt von einem wesentlich divergenten Bereich auf. Das von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Profil weist aufeinanderfolgend einen verlaufenden konvergenten Bereich, einen Feindurchgang, einen verlaufenden divergenten Bereich und anschließend einen Kontinuitätsbruch des Profiles auf, die Ablenkung genannt wird, gefolgt von einem ausgesprochen divergenten Bereich.
Die Betrachtung der Figuren erlaubt es, die Erfinding leicht zu verstehen.
Die Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Flügelprofil.
Die Fig. 3 zeigt ein Rotordiagramm eines Innenmischers.
Die Fig. 4 und 5 zeigen das Kühlen eines erfindungsgemäßen Flügels.
Zur Erinnerung, die Fig. 1 zeigt den Stand der Technik.
In Fig. 2 erkennt man einen Rotor 1, einen Flügel 10 und die Wand der Kammer 2, in der sich der Rotor befindet. Der Flügel 10 definiert mit der Wand der Kammer 2 einen konvergenten Bereich 23 und sodann einen Feindurchgang 21. Es gibt einen sehr kleinen Abstand zwischen dem Feindurchgang 21 und der Zone, die Ablenkung 22 genannt wird, die einen ersten verlaufenden divergenten Bereich 24 von einem zweiten ausgeprägteren divergenten Bereich 25 trennt.
Die Konvergenz 23 des Profils wird in einer Ebene rechtwinkelig auf die Rotorachse durch ein Zentrum C und einen Krümmungsradius R definiert. Der Krümmungsradius ist entlang des Flügels konstant. Das Zentrum der Krümmung C ist so gewählt, daß sein Abstand von der Rotorachse O zwischen denn Werten 0,1 Ro und 0,6 Ro ist, wobei Ro der Bottichradius ist. Der Krümmungsradius R liegt zwischen den Werten 0,4 Ro und 0,7 Ro. Der Feindurchgang 21 wird in einer Ebene rechtwinkelig auf die Achse in dem Punkt A bestimmt, der den maximalen Abstand von der Rotorachse aufweist, anders gesagt, den minimalen Abstand zur Wand der Kammer 2 hat. Die Divergenz 24 unmittelbar nach dem Feindurchgang 21 weist ein auf die gleiche Weise (Krümmungsradius im gleichen Intervall gewählt) gekrümmtes Profil auf. Der Punkt B ist die Spur eines spitzen Winkels und bildet in diesem Beispiel die Ablenkung 22, die vom Punkt A einen Abstand aufweist, der achtmal so groß ist, wie das Spiel zwischen dem Punkt A und der Kammerwand. Diese geometrischen Kennzeichen wurden auf experimentielle Weise bestimmt und erlauben es, der Zugrundelegung des in der Fig. 3 dargestellten Diagramms exzellente Ergebnisse bei der Makrodispersion und der Mikrodispersion zu erhalten. Auf diesem Diagramm sieht man die Anordung der beiden Flügel 10, die sich in axialer Richtung zwischen 0,6 Lo und 0,8 Lo erstrecken, wobei Lo die Länge des Rotors 1 ist. Die Flügel 10 sind in entgegengesetzter Richtung in einem Winkel ** geneigt, der zwischen 15º und 30º liegt.
Ein solches Profil erlaubt eine ansteigende Beanspruchung des Materials zwischen der Wand der Kammer und dem Rotor bei jedem Materialdurchgang. Es gibt keine brutalen Beanspruchungen mehr. Es erlaubt auch ein Beisammenbleiben des Materials nach dem Feindurchgang, was eine Erholung des Materials erlaubt. Ein solches Profil erlaubt auch eine gute Mikrodispersion der Verstärkungszuschläge. Dank dieser Lösung vermeidet man Abtrennungen der zugeführten Materialien durch wesentliches Gleiten an der Wand, wie es beim Stand der Technik beobachtet wird, was es erlaubt, einen bestmöglichen Endzustand der Mischung zu erreichen.
Ein erfindungsgemäß perfektionierter Rotor 1 eines Innenmischers kann schließlich auch eine Kühlkammer 12 aufweisen, die vorzugsweise und prinzipiell im Konvergenzbereich 23 in der Zone liegt, in der sich die intensivsten Wärmefreisetzungen (Fig. 4 und 5) ergeben. Die Gesamtheit des Kühlmittelflusses wird verwendet, um einen optimalen Wärmeaustausch zu erzielen, die Kühlkammern sind in Serie, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist, angeordnet. Der erfindungsgemäße Rotor 1 liefert einen genügenden mechanischen Widerstand, um solche Kammern in den Zonen der intensiven Materialbearbeitung vorsehen zu können.

Claims

1. Innenmischer, umfassend einen Mischbottich, bestehend aus zumindest einer zylindrischen Kammer, in der sich ein Rotor (1) dreht, der Rotor (1) weist zumindest zwei geneigte Flügel (10) auf, wobei das Profil jedes dieser Flügel mit der Wand der Kammer (2) einen konvergenten Bereich (23), sodann einen divergenten Bereich (24), getrennt durch einen Feindurchgang (21) definiert, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des konvergenten Bereiches (23), des Feindurchganges (21) und eines ersten divergenten Bereiches (24), die Profilkrümmung im wesentlichen konstant ist und dadurch, daß im Abstand vom Feindurchgang (21) in der Richtung, die der Drehrichtung des Flügels entgegengesetzt ist, das Profil eine Ablenkung (22) aufweist, der, wiederum in der der Drehrichtung entgegengesetzten Richtung, ein zweiter divergenter Bereich (25) folgt, der ausgeprägter ist als der divergente Bereich (24), der zwischen dem Feindurchgang (21) und der Ablenkung (22) liegt.

2. Innenmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen konstante Krümmung die folgenden Relationen erfüllt:

0,1 Ro < OC < 0,6 Ro

0,4 Ro < R < 0,7 Ro, wobei

Ro der Krümmungsradius der Mischerkammer (2) ist,

O das Zentrum der Mischkammer (2),

R der Radius der Profilkrümmung und

C das Zentrum der Profilkrümmung.

3. Innenmischer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand, der die Ablenkung (22) vom Feindurchgang (21) trennt, größer ist als der achtfache Abstand der zwischen dem Rotor (1) und der Wand der Kammer (2) an der Stelle des Feindurchganges (21) ist.

4. Innenmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotor (1) innere Kühlmittel aufweist, die im wesentlichen im konvergenten Bereich (23) angeordnet sind.