DE9410196U1 - Mischer für Polymere - Google Patents

Description

MISCHER FÜR POLYMERE

Beschreibung ;

Die Erfindung betrifft Mischanlagen für die Gummi- und Plastik Industrie, die zusammen mit einer mechanischen Arbeitszufuhr des Mischens gleichzeitig eine definierte . Abkühlung oder zumindest eine strikte Kontrolle der Temperatur des Mediums erfordern.

Auch betrifft diese Erfindung solche Mischanlagen, z.B. für Kautschuk, in welchen bisher eine erste Mischstufe in einem Innenmischer erfolgt und eine zweite oder weitere Mischstufen, die eine gewisse Abkühlung des bearbeiteten Mediums erfordern, auf Walzwerken oder in einem zweiten, stempellosen Innenmischer, der mindestens eine Nenngrösse grosser als der Erststufenmischer ist, erbracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Mischer, der für sich allein eingesetzt ist oder eine zweite Mischstufe darstellt, eine effektivere, kompaktere und verbilligte Vorrichtung zu schaffen. Diese sollte auch vom Raumbedarf her, inbesondere der Höhe, klein sein und dadurch beispielweise eine Nachrüstung unter bestehenden Erst-Stufen Innenmischern ermöglichen.

Dieser Erfindung liegt die Tatsache zugrunde, dass die bisher als Mischer oder Nachmischer traditionellen Walzwerke, meist mehrere hintereinander in Walkswerksstrassen, die verfahrenstechnisch besonders bei Elastomeren nötige,starke Kühlwirkung haben, wie sie auch für den als Nachmischer eingesetzten vergrösserten zweiten Innenmischer (ohne Stempel) in Anspruch genommen wird. ',,

Dagegen finden nachgeschaltete horizontale Einwellen-Extruder mangels Kühlfläche hauptsächlich nur als Ausformer Verwendung, zur Einsparung einer Arbeitskraft.

Zusätzliche Nachteile solcher "Dump-Extruder" besonders für Elastomere sind eine ungenügende Mischwirkung und die Stopfstempel, die nötig sind, um die unregelmässige Kl oss formt aufweisende Charge aus einem Innnenmischer in die Schnecke grösste Durchmesser bisher um 600 mm - einzufüttern.

Um vergleichbare Kühlflächen und Verweilzeiten mit Walzwerken herzustellen, müsste ein Extruder 1,5 oder 2 m Durchmesser der Schnecke aufweisen, was konstruktiv höchst schwierig wäre, und eine so niedrige Wellen-Drehzahl haben, dass das Reduktor-Getriebe viel zu teuer würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transfermix mit einer angetriebenen Komponente,, sei es die Welle oder das Gehäuse, oder mit keiner angetriebenen Komponente (statischer Mischer), dessen Mischwirkung sich über mehr als einen Transfermix-Abschnitt erstreckt, mit genügender und grundsätzlich nach Bedarf ausweitbarer Kühlwirkung, zu versehen.

Die Erfindung besteht darin, dass in aufeinanderfolgenden Transfermix-Abschnitten die mittleren Radien dieser mit Bezug auf die gemeinsame Mittellinie der Komponenten stark nach innen bezw. nach aussen variieren, in etwa nach der Art eines Faltenbalges, einschliesslich des Extremfalls, wo die : Transfermix-Geometrien auf kreisringförmigen Platten .; angeordnet sind.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die Achse des Extruders vertikal angeordnet wird, was rein konstruktiv eine Vergrösserung des Durchmessers in erforderlichem Ausmass bedeutend erleichtert. Sowohl die Kombination von angetriebener Innenwelle mit stehendem Mantel (Gehäuse) wie auch ein stehender Innendorn mit einem getriebenen Mantel ist möglich, wo beide Komponenten mit ^! Temperiervorrichtungen (Kühlmittelgängen) versehen sind.

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Eine bevorzugte Ausführung ist mit drehbarem Aussengehäuse versehen, welches über einen Zahnkranz mit , entsprechend grossem Durchmesser durch einen oder durch mehrere um die Peripherie verteilte Standard-Getriebemotore mit Ritzeln, auch vertikal arrangiert,, angetrieben wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind der , Aussendurchmesser des Dorns und der Innendurchmesser des Gehäuses oben vergrössert, so dass ein rechteckiger Schacht entsprechend der Ausfallöffnung des Innenmischers im oberen Ende des Dorns nahe dessen Peripherie vorgesehen wird, und bei konischen gegenüberliegenden Mantelflächen von Dorn und Gehäuse eine im Gehäuse vorgesehene Innenschnecke die Charge vom Innenmischer unter Schwerkraft und Rotationswirkung abträgt und nach unten transportiert.

Um dieser Fütterwirkung bei etwaigen klebrigen Chargen nachzuhelfen, kann in diesem Schacht im Dorn eine nach ausssen bewegliche, im Takt mit dem Ausfall vom Innenmischer betätigte, Schiebe- oder Klappenvorrichtung angebracht sein. Eine vereinfachte Ausführung davon könnte ein periodisch aufblasbarer Gummibalg von wärme- und abriebfester Qualität sein, der bei dem grossen Durchmesser des Dorns zwecks Ersatz etc. von oben oder unten zugänglich ist.

An der Oberseite des Dorns können weitere Eingänge oder Kanäle vorgesehen sein zur Zudosierung von beispielsweise Vernetzungschemikalien für Elastomere, die zu tieferen Teilen des Mischers, wo eine Kühlung schon stattgefunden hat, zwecks Einmischung führen.

Analog kann bei angetriebener Innenwelle das Gehäuse oben einen verkleinerten Innenradius aufweisen bei bedeutend grösserem Aussenradius, sodass die obenbeschriebenen Einfalls- bezw. Zudosierschächte darin untergebracht werden können.

Besonders bei der Ausführung des Extruders als Transfermix

mit in Dorn und Gehäuse gegenüberliegenden und Charge transferierenden Schneckengängen können in einer kurzen, vertikalen Länge mehrere Mischzonen hintereinander angeordnet sein.

Um in den jeweiligen Mischzonen, die auch als Mischstadien bezeichnet werden können, den Aufgaben entsprechende vergrösserte Kühlflächen zu liefern, können die Innenanordnungen der Zonen gemäss dem Erscheinungsbild eines runden Faltenbalges eingefaltet werden, wobei eine Mischzone oder ein Mischstadium einem öderen mehreren Faltenteilen entsprechen kann.

Im Extremfall einer solchen Einfaltung können plattenartige, kreisringförmige Teile jeweils auf ihren Ober- und Unterseiten die Gänge der Mischzonen ausgebildet haben, was die maximale Kühlfläche innerhalb einer zylindrischen oder konischen Aussenform ergibt.

In der Form des 'Faltenbalgs' wie in der obigen Extremform der Kreisringplatten ergeben sich bei verschiedenen Radien verschiedene Umfangsgeschwindigkeiten, was bei Schnecken die nicht eine Transfermixgeometrie aufweisen, zu verschiedenen Bearbeitungsintensitäten führt. Wenn aber die Geometrien dem Transfermix-Prinzip entsprechen, können durch die Variationen der Querschnitte der Schneckenkanäle das Verhältniss von Transfer-Geschwindigkeit und von Umfangsgeschwindigkeit über gewünschte Bereiche konstant gehalten werden, was die Intensität der Bearbeitung gleich hält.

Neben Transfermix könnte aber auch oder zusätzlich eine oder mehrere andere, irgendweich bekannter Art, z.B. eine reine Transportschneckenform oder eine eine Maillefer-Schneckenform verwendet werden.

Da im Allgemeinen um den Umfang eine grosse Anzahl von Schneckengängen mit im Verhältnis zum Durchmesser kleinen Gangtiefen angeordnet sein werden, kann der Ausgang gecfen um

die Peripherie angeordnete Messer, die zur Schnecke am. ^L Ausgang sich relativ bewegen, als direkte Pelletisiervorrichtung gestaltet sein. Das kommt auch der höhenmässig knappen Ausführung entgegen.

Eine Drosselvorrichtung - separat oder in die ;.

Pelletisiervorrichtung integriert und mit regulierbarer bzw. einstellbarer Drosselwirkung - ist gleichfalls Teil einer bevor &zgr; ugten Aus führungs form:

a. um sicherzustellen, dass die eigentlichen Mischzonen voll fahren, d.h. zur Anpassung des Durchsatzes (als zusätzlich zur Drehzahl einstellbares Parameter) an die Frequenz und Grosse der Chargen;

b. falls gewünscht, zur Beeinflussung der Mischwirkung in Abstimmung mit der Mischwirkung des Innenmischers, unter anderem mit dem Ziel, dessen Taktzeit zu reduzieren und somit die Produktivität der Anlage zu erhöhen.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden:

Fig. 1 ist eine isometrische Aussenansicht eines erfindungsgemässen Dump-Extruders unter einem Innenmischer· auf seinem Tragegerüst, mit einem nachgeschalteten Walzwerk nur zur automatischen Fellformation und einem Fellkühler;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den nichtrotierenden Innendorn des Dump-Extruders ohne die Antriebselemente des rotierenden Gehäuses und die Träger des Gerüsts.

Fig. 3 ist eine Projektion auf eine Längsschnittebene des Dump-extruders, welche in diagrammatischer Form die extreme Ausweitung der Kühlflächen in Form von kreisringförmigen Platten andeutet;

Fig. 4 ist eine Teilansicht von Fig. 3, als Schnitt durch

eine Ausführung derselben;

Fig. 5 ist ein horizontaler Schnitt durch Fig. 4, Ebene A-A, welcher eine mögliche Auslegung zusammenwirkender, gegenüberliegender Schneckengänge (unterhalb der Schnittfläche schwarz) anzeigt.

Fig. 6 ist ein Diagramm wie Fig 3, welches die Ausführung in Art eines Faltenbalges aufzeigt, aber mit stehendem Mantel und unter den Boden versenktem Antrieb für die Welle.

Fig. 1 zeigt, in Position unter einem Innenmischer 0 auf seinem Gerüst 1, einen erfindungsgemässen Dump-Extruder mit einem inneren stationären Dorn 2 mit vertikaler Mittellinie und einem äusseren, rotierbaren Gehäuse 3. Das letztere ist auf einem Lager 4 montiert, welches seinerseits auf Trägern ruht und von Getriebemotoren 6 und 7 über den Zahnkranz 8 angetrieben wird. Derartige Antriebe sind für Drehofen bekannt und bringen niedrige Drehgeschwindigkeiten ohne kostspielige grosse Getriebe.

Der Ausgang 9 ist unten eim Unfang des Gehäuses 3 oder des Dorns 2. Er könnte von einer Anzahl um den Umfang verteilton Löchern gebildet werden zur Extrusion von Pellets, die von an dem anderen Bestandteil angebrachten Messern abgeschnitten werden. Diese fallen auf den rotierenden, kreisringförmigen Tisch 10 und können von dort auf ein Transportband 11 abgeleitet werden, welches zu einem bedienerlos arbeitenden Walzwerk 12 zur Ausformung von Fell führt. Dieses wird konventionell über einen Fellkühler 13 zur Ablage 14 in wicjwag Form auf eine Palette geführt.

Eine Drosselvorrichtung in an sich bekannter Bauart könnte in der Pelletisiervorrichtung oder auch separat vorgesehen sein.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Dorn 2 mit der rechteckigen Öffnung 15 für den Fallschacht des Innenmischers. Die konisch ausgeformte Innenseite des ,

Gehäuses 3 hat eine grosse Anzahl von Schneckengängen 16. Der Zuführkanal in dem Dorn 2 ist so ausgeformt, dass seine gestrichelt gezeigten Innenwände 17 die Charge gegen die rotierenden Schneckengänge leiten, wodurch diese abgetragen und eingezogen wird.

Diese Wirkung kann für klebrige Chargen dadurch verstärkt werden, dass von der Innenseite des Doms eine periodisch ausgefahrener Schieber oder eine Klappe 18 die Charge gegen die Schneckengänge drückt. Ein periodisch aufgeblasenesr Gummibalg mit hitze- und abriebfester Oberfläche könnte denselben Dienst leisten.

Diese Massnahmen ersetzen die unterhaltsintensiven und teuren Stopfstempel an Dunmpextrudern mit horizontaler Welle. Kühlmittelkanäle sind nicht gezeigt, sind aber auf bekannte Weise sowohl im Gehäuse als auch im Dorn untergebracht.

Zusätzlich sind im Dorn die in Fig. 2 gezeigten Zuführöffnungen 19 und 20 für pulverförmige oder eine Zufuhr 21 für eine Flüssigkeit gezeigt, z.B. für Vernetzungschemikalien oder andere Additive, entlang dem Arbeitskanal. Nicht gezeigte Verzweigungen können insbesondere für die Flüssigkeit zu mehrfachen, um den Umfang verteilten Einführungspositionen führen.

Der erfindungsgemässe Nachmischer kann auch ohne direkt unter einem Innenmischer angeordnet zu sein, zur Verwendung kommen. Beispielsweise könnte er, wie für Walzwerke bekannt, über ein Transportband mit der Charge eines Innenmischers warm gefüttert oder mit Grundmischung in Form von schon gekühltem Fell oder mit gekühlten Pellets gefüttert werden.

Auch könnte der Mischer ohne einen vorgeschalteten Innenmischer von einer Dosieranlage, wie in Fig. 1 für den Innenmischer gezeigt, direkt gefüttert werden und somit eine integrierten Polymermischanlage bilden. Das erfordert eine entsprechende Ausbildung der aufeinanderfolgenden

Mischzonen.

Wegen der dazu nötigen Flexibilität der Einwirkungen müssten diese Mischzonen als Transfermix-Geometrien ausgebildet, sein und zumindest in den ersten Mischzonen, als solche mit Längsmi schung.

Fig. 3 zeigt diagrammatisch in Projektion auf einen , vertikalen Querschnitt einen möglichen Materialfluss bei einer extremen Ausweitung der Kühlflächen in Form von kreifringförmigen Platten auf dem stationären Innendorn 2, deren Gegenstücke kreisringförmige Einschnitte in dem stationären Gehäuse 3 bilden. Dabei sind gegenüberliegende Flächen als Schneckengänge ausgeformt, die nach dem Transfermix Prinzip die zu bearbeitende Masse gegenseitig in wechselnden Rollen als 'Geber' und 'Nehmer' transferieren.

Fig. 4 ist ein Detailschnitt durch Fig. 3, die ein erfindungsgemässes Beispiel der Ausformung solcher kreisringförmiger Platten zeigt, zusammen mit Fig. 5, die einen horizontalen Querschnitt auf Ebene A-A zeigt. : Der stationäre Dorn 2 hat die kreisringförmige Platte 25 und das angetriebene Gehäuse 3 den Einschnitt 26, jeweils mit Kühlmittelgängen 22 und 23.

Die Oberseite von Platte 25 ist als die Spiralschnecke 27 ausgeform, nach dem Transfermix-Prinzip von innen nach aussen von Null Querschnitt zu Maximum Querschnitt als 'Nehmer' zunehmend.

Auf der Unterseite von Platte 25 befindet sich eine weitere Spiralschnecke 28, die von Vollquerschnitt aussen auf Nullquerschnitt innen als 'Geber' abnimmt.

Korrespondierend damit ist in dem kreisringförmigen Einschnitt 26 in dem angetriebenen Aussengehäuse 3, die Unterseite als Spirale 29 ausgebildet, die von innen nach

aussen als Transfermixgeometrie von Volltiefe zu Nulltiefe abnimmt, als 'Geber' korrespondierend zur Nehmerspirale

Die nach oben zeigende Seite des Einschnitts 26 ist &iacgr; gleichfalls als Spirale 30 ausgeformt, die von Null-Tiefe aussen auf Volltiefe innen zunimmt, als 'Nehmer' im Materialtransfer aus Spirale 28 an der Unterseite des stehenden Kreisring-Segments 25.

Der Übergang vom oberen Materialfluss zwischen Spiralen 27 und 29 "zerhackt" spiralförmig nach aussen zu dem entsprechenden unteren Materialfluss zwischen Spiralen 28 und 30 "zerhackt" spiralförmig nach innen wird durch 2 kleine Transfermix-Zonen zwischen Spiralstücken 31 auf dem Dorn und 32 im Gehäuse, welch letzteres übergeht in Spiralstück 33, welches wieder eine Transfermixzone mit dem Spiralstück 34 auf dem Dorn bildet.

Diese strikte Einhaltung der Transfermix-Geometrie auch in solch kurzen Flüssen basiert auf der bekannten Selbstreinigung dieser, die bei dieser komplizierten Materialführung besonders wichtig ist.

Ein weiterer Faktor, der zum Zwecke der gleichmässigen Behandlung (Scherung) des Mischguts zu kompensieren ist, ist die Variation der relativen Umfangsgeschwindigkeit als Funktion des jeweiligen radialen Abstands von der Drehachs.e. Beim generellen Fluss nach aussen ist es deshalb erforderlich, die vertikale Transfergeschwindigkeit von 'Geber' zu 'Nehmer' entsprechend zu erhöhen, und beim generellen Fluss nach innen zu vermindern.

Erfindungsgemäss wird das durch entsprechende Rate der Veränderung des 'Geber' Kanalquerschnitts erreicht. Dies ist in Fig. 4 durch die entsprechende Krümmung 35 des Kanalbodens der Spirale 29 angedeutet und für den Fluss nach innen durch die Krümmung 36 der 'Geber' Spirale 28.

Natürlich kommen auch die anderen Parameter, die den Querschnitt des Spiralen Kanals beeinflussen, einzeln oder

zusammen mit dem obigen Parameter zur Ausformung einer erfindungsgemässen Geometrie verwendet werden, so z.B. die Stegbreite, die Anzahl der Stege, wie bei 37 auf Fig. 5 angedeutet ist.

Fig. 6 zeigt eine vertikale Ausführung mit angetriebener Innenwelle 40 und stationärem Aussengehäuse 41, wo das Aussengehäuse am oberen Ende einen vergrösserten Durchmesser hat, um einen Fütterschacht 43, analog in Ausformung und Wirkung zu Vorrichtung 15, 16, 18 in Fig. 2 zu bilden. Eine Zudosierröhre in Welle 40 ist nicht gezeigt.

Die Welle 40 und das Gehäuse 41 haben bei 45 und 46 eine einem Faltenbalg ähnliche Ausbuchtung, die an ihren innen gegenüberliegenden Flächen Transfermix-Geometrien 47/48 und 49/50 aufweisen, analog zu denen in Figs 4 und 5. Davor und danach können, in zylindrischer Anordnung, andere Transfermix-Zonen 51, 52 angebracht sein.

Gegen den letzten Transfermixteil 53, der mit Schneckengängen in voller Tiefe endet, rotiert eine um den Umfang der Welle 40 angebrachte Serie von festen Messern, so dass dieses als Pelletisiervorrichtung 55 wirkt.

Die Pellets fallen auf den Rundteller 56, von wo sie mittels Abstreifer, wie in Fig. 1 gezeigt, auf ein Förderband geschoben werden, z.B. zur Beschickung des automatisch laufenden Walzwerks.

Die Welle 40, im Boden auf Lagern 57 & 58 und wird über ein Zahnrad 59 mit grossem Durchmesser von Getriebemotoren 61 angetrieben, die mit ihren Ritzeln 62 nach unten montiert sind.

Das Ausführungsbeispiel Fig. 6 könnte mit horizontaler Achse und ansonsten konventioneller Lagerung, Antrieb über ein Reduktiongetriebe und mit konventioneller Fütteröffnung mitsamt Stopfstempeln oder Fütterwalze auch als Beispiel für

einen erfindungsgemässen Extruder mit erhöhter Kühlwirkung dienen.

Claims (5)

Schutzansprüche

1. Kontinuierlicher Mischer bestehend aus mindestens zwei Transfermix-Zonen,

dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Ausweitung der Kühlfläche diese relativ zu der gemeinsamen Achse gemäss dem Erscheinungsbild eines runden Faltenbalges eingefaltet sind.

2. Kontinuierlicher Mischer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass als Extremfall einer Einfaltung plattenartige, kreisringförmige Bestandteile jeweils auf ihrer Unter bezw. Oberseite ineinander transferierende Transfermix Schneckengänge aufweisen, was eine maximale Ausweitung von Temperierungsflächen innerhalb einer axialen Länge des Mischers erlaubt.

3. Kontinuierlicher Mischer nach Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die durch die erfindungsgemässe Anordnung bedingte Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit innerhalb einer Transferimix-Zone durch zusätzliche ■ Veränderung des Querschnittes von mindestens der Geberschnecke dahingehend kompensiert wird, dass das Verhältniss von Umfangsgeschwindigkeit zu Transfer-Geschwindigkeit annähernd konstant bleibt.

4. Kontinuierlicher Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen zwei erfindungsgemäss ausgebildeten Transfermix-Zonen eine, zumindest kurze, Transfermix-Geometrie aufweist, um die Selbstreinigung einer solchen auszunutzen und somit die gesamte Vorrichtung selbstreinigend zu halten.

5. Kontinuierlicher Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Transfermix-Zonen eine Transfermix-Geometrie mit Längs- und Quermischungseigenschaften aufweist.