EP0479718B1 - Misch- und Kneteinrichtung - Google Patents
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Classifications
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/05—Stirrers
- B01F27/07—Stirrers characterised by their mounting on the shaft
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-
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Definitions
- the present invention relates to a mixing and kneading device with a mixer shaft rotatably arranged in a cylindrical housing with kneading blades which cooperate with projections arranged in the housing and directed against the mixer shaft.
- Such mixing and kneading devices are known per se and are usually equipped with kneading teeth arranged in the screw housing, which cooperate with the screw blades during the operation of the device. These devices are ideal for processing viscous masses, for homogenizing and plasticizing plastics, for incorporating fillers and reinforcing materials, additives, color pigments etc. and for dispersing them in a plastic matrix, for crushing homogeneous substances, for the production of plastic pastes, Plastic materials and for processing plastics, e.g. to strand-shaped semi-finished products and also for processing viscose masses and for removing volatile components.
- a fundamental disadvantage of the known devices is that depending on the intended use, differently arranged and differently designed kneading blades are to be used.
- the shape and arrangement must be adapted to the materials to be processed, the intended use and other important criteria. For example, the optimum kneading effect can often only be achieved if the conveying effect of the screw is adjusted to the change in the specific volume of the material to be processed during the kneading process.
- the specific volumes of which change during the kneading process the performance of the screw is determined by the maximum volume which is usually present when entering the machine. The materials are compacted during processing.
- test runs i.e. In systems in which the most favorable shape of a screw is to be determined for a particular material, it is extremely important that test runs can be carried out quickly and easily under identical conditions, but with different screw shapes.
- the object to be achieved by the invention is therefore to create a mixing and kneading device by means of which the most varied of materials can be processed for the most varied purposes under optimal conditions, the device being easily adaptable from case to case to the conditions to be observed is.
- CH-A-298 246 there is a capsule plant for liquids, Plastic masses and the like are described, in which two screw-like interlocking working bodies are provided, which consist of cam disks that are lined up at an offset angle, the cams and recesses of which form helical ridges and grooves.
- Such a capsule mechanism should be usable as a conveyor.
- Such a device is at best suitable for conveying liquids or plastic masses; however, it is not suitable for carrying out the processes mentioned at the beginning.
- the mixing and kneading device partially shown in FIG. 1 has a cylindrical housing 1, which consists of one or more housing segments with or without filling or. Degassing openings exist (not shown in the drawing). There is also a hopper at one end of the housing and a discharge opening at the other end. It is also possible to provide the housing with double walls or with a heating or cooling jacket in order to be able to temper the mixing and kneading space 2. This training plays no role for the subject matter of the invention and is not indicated in the drawing.
- a mixer shaft 3 which is rotatably supported and with the aid of e.g. an electric motor can be driven via a gear.
- the relevant training is also known and is not shown in detail.
- the mixer shaft 3 is provided with an external toothing 4, which consists of individual toothed ribs 5, which extend along the entire shaft.
- Rotor elements 6 are lined up on the mixer shaft 3, which are sleeve-shaped and are provided with an internal toothing 7 that fits into the external toothing 4 of the mixer shaft 3 to grab.
- each rotor element 6 is provided with a number of wing elements 8, as can be seen in particular from FIG. 1.
- the wing elements protrude into the mixing and kneading space 2 and can be of any shape or can be specifically adapted to the method to be carried out with the device. It is only essential that between two adjacent wing elements, which are arranged on two abutting rotor elements 6, there remains a free annular space, which is drawn in dash-dot lines in FIG. 1 and is designated by 9.
- protrusions 10 which can be designed as kneading teeth, kneading pins, kneading bolts or the like.
- the projections 10 can also have the same shape as the wing elements 8 and can be arranged in the housing 1 in a rotatable and adjustable manner in the inclination to the vertical transverse plane.
- an alternating conveying effect can be achieved by arranging a rotor element 6c with oppositely inclined wing elements 8c in addition to a rotor element 6a with wing elements 8a. It is made possible in this way to first line up such rotor elements 6 on the mixer shaft 3, the wing elements 8 of which form a continuous screw which is interrupted in the region of the free annular spaces 9. Subsequently, a rotor element 6 with oppositely inclined wing elements can be used as required be present, so that the screw turns into a counter-screw and the material conveyed is put under pressure. This makes it possible to regulate the exit of the material, for example through radial bores in the housing 1, so that this takes place under continuous pressure.
- each rotor element 6 on the mixer shaft 3 can be adjusted in the smallest increments in the circumferential direction of the shaft 3. This is made possible, for example, by the described design of the mixer shaft 3 with external teeth 4, which is formed by the toothed ribs 5, and the rotor elements 6 with internal toothing 7, which mesh with one another.
- each rotor element can be connected in a rotationally fixed manner to the mixer shaft 3 in virtually any position, while on the other hand the tooth connection allows the transmission of very large torques which can often occur when processing viscous masses.
- the housing 1 with the projections 10 forms a second shaft surrounding the mixer shaft 3, which, although stationary, can influence the processing of a wide variety of materials. This influence can take place through the appropriate design and through the adjustability of the projections 10, which are able to change or even close the gap between the wing elements 8, so that stowage zones can be formed for a wide variety of purposes.
- the shear effect can be regulated.
- the mixer shaft 3 rotates in the direction of the arrow 14 (FIG. 1)
- the material which is located in front of the pin-shaped projection 10 in the annular space 9 can be more or dodge less laterally, depending on how the projections are shaped and what relative position they take to the wing elements.
- the two adjacent rotor elements 6 are placed on the common mixer shaft 3 in such a way that a wide axial strip remains between the parts 12 and 13 of the wing elements 8, in which the materials to be processed can escape from the annular space and no shearing action get abandoned. If, on the other hand, a shearing effect is desired, the wing elements 8 are placed opposite one another with their end or starting parts, so that the material cannot escape, but is exposed to a shearing effect.
- the positions of the wing elements 8 can be combined with the projections 10, which are similar to the wing elements 8 and can be adjusted in many ways.
- the mixing and kneading device described can be used universally for a wide variety of purposes, both as a conventional screw with a constant pitch and a given depth and as a screw with a non-continuous pitch, (depending on the arrangement of the rotor elements) with targeted shear and with Improved mixing and dispersing effect, with optimal flexibility and universal applicability when processing a wide variety of materials.
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- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse drehbar angeordneten Mischerwelle mit Knetflügeln, die mit im Gehäuse angeordneten, gegen die Mischerwelle gerichteten Vorsprüngen zusammenarbeiten.
- Solche Misch- und Kneteinrichtungen sind an sich bekannt und werden gewöhnlich mit im Schneckengehäuse angeordneten Knetzähnen ausgerüstet, welche während des Betriebs der Einrichtung 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 unterschiedlich 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 Materialien, deren spezifische Volumina 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.
- Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht also darin, eine Misch- und Kneteinrichtung zu schaffen, mittels welcher die verschiedensten Materialien für die verschiedensten Zwecke unter optimalen Bedingungen verarbeitet werden können, wobei die Einrichtung von Fall zu Fall an die einzuhaltenden Bedingungen in leichter Weise anpassbar ist.
- Die erfindungsgemäss gestellte Aufgabe wird mit einer Misch- und Kneteinrichtung gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 beschrieben ist. Besonders vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen 2-6 beschrieben.
- In der CH-A-298 246 ist zwar ein Kapselwerk für Flüssigkeiten, plastische Massen und dergleichen beschrieben, bei welchem zwei schraubenartig ineinandergreifende Arbeitskörper vorgesehen sind, die aus winkelversetzt aneinandergereihten Nockenscheiben bestehen, deren Nocken und vertiefte Stellen schraubenförmig verlaufende Kämme und Nuten bilden. Ein solches Kapselwerk soll als Fördervorrichtung verwendbar sein. Durch die Aufteilung der Arbeitskörper in einzelne Nockenscheiben, die unterschiedlich gegeneinander winkelversetzt auf zugeordneten Achsen angeordnet werden können, soll es möglich sein, mit den gleichen Scheiben und Achsen Schraubenkörper mit veränderlicher Steigung aufzubauen. Eine solche Vorrichtung eignet sich allenfalls zur Förderung von Flüssigkeiten oder plastischen Massen; sie ist jedoch nicht geeignet, die eingangs erwähnten Prozesse durchzuführen.
- Auf beiliegender 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 sind;
- Fig. 2
- veranschaulicht einen nur teilweise gezeichneten Querschnitt der Einrichtung in Fig. 1;
- Fig. 3
- ist ein stark vergrössert gezeichneter Ausschnitt aus 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 möglich, 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 und koaxial dazu erstreckt sich eine Mischerwelle 3, welche drehbar gelagert ist und mit Hilfe z.B. eines Elektromotors über ein Getriebe angetrieben werden kann. Auch die diesbezügliche Ausbildung ist bekannt und wird nicht näher dargestellt.
- Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist 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 greifen.
- 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 und können an sich beliebig geformt sein bzw. spezifisch an das mit der Einrichtung durchzuführende Verfahren angepasst sein. Wesentlich ist nur, 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, Knetbolzen oder dgl. ausgebildet werden können. Prinzipiell können die Vorsprünge 10 auch die gleiche Formgebung wie die Flügelelemente 8 aufweisen und drehbar und in der Neigung zur vertikalen Querebene verstellbar im Gehäuse 1 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 bearbeitendem Material erheblich zu erhöhen, indem man solche Rotorelemente hintereinander aufreiht, auf welchen die gesamthaft auf einer ununterbrochenen Schraubenlinie angeordneten Schnekkenflügel gegenüber dieser Linie verdreht sind. Eine solche Möglichkeit zeigt das Flügelelement 8b, dessen Mittelpunkt auf einer Schraubenlinie 11 liegt, wobei das Flügelelement gegenüber dieser Linie um einen Winkel α verdreht ist.
- Es ist auch möglich, Flügelelemente auf dem gleichen Rotorelement mit unterschiedlicher Neigung anzuordnen.
- Mit der Schrägstellung der Flügelelemente wird die gleiche Wirkung erzielt, als wenn die Steigung der Schnecke entsprechend grösser gewählt wäre. Durch die Kombination von verschiedenen Rotorelementen kann eine unterschiedliche, d.h. nicht kontinuierliche Steigung mit einfachsten Mitteln erzielt werden. Wesentlich ist dabei, dass jedes Rotorelement 6 auf der Mischerwelle 3 in kleinsten Stufen in Umfangsrichtung der Welle 3 verstellt werden kann. Dies wird z.B. ermöglicht durch die beschriebene Ausbildung der Mischerwelle 3 mit Aussenverzahnung 4, welche durch die Zahnrippen 5 gebildet wird, sowie der Rotorelemente 6 mit Innenverzahnung 7, welche Verzahnungen ineinander greifen.
- In dieser Weise kann einerseits jedes Rotorelement praktisch in jeder beliebigen Stellung drehfest mit der Mischerwelle 3 verbunden werden, während andererseits die Zahnverbindung die Übertragung von sehr grossen Drehmomenten erlaubt, die bei der Verarbeitung von zähflüssigen 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 Verarbeitung 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 verschiedensten Zwecke gebildet werden können.
- Durch die Verengung bzw. Erweiterung des freien Raumes zwischen 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 Flügelelemente 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 Scherwirkung ausgesetzt ist. Die Stellungen der Flügelelemente 8 können mit den Vorsprüngen 10 kombiniert werden, die ähnlich den Flügelelementen 8 ausgebildet und vielfach eingestellt werden können.
- Darüber hinaus sind noch weitere Möglichkeiten gegeben. Es ist z.B. auch möglich, die Förderleistung der Schnecke durch die Änderung des Verhältnisses der Anzahl der Schneckenflügel zur Anzahl der Lücken zwischen den Flügeln an das spezifische Volumen der zu verarbeitenden Materialien anzupassen. Zu diesem Zweck 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 hinund hergehende Bewegung ausführt, die Lücken zwischen den Flügelelementen 8 durch Verdrehung und Verschiebung der Rotorelemente 6 auf der Mischerwelle 3 in einfacher Weise den Vorsprüngen 10 anzupassen, dass diese bei der Dreh- und Oszillierbewegung der Welle immer durch die Lücken treten.
- Die beschriebene Misch- und Kneteinrichung 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 kontinuierlicher Gangsteiung, (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 verschiedensten Materialen gegeben ist.
Claims (6)
- Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse (1) drehbar angeordneten, mit Knetflügeln (8; 8a; 8b; 8c) ausgerüsteten Mischerwelle (3) sowie mit am Umfang des Gehäuses (1) verteilten, gruppenweise in einer gemeinsamen Ebene angeordneten und gegen die Mischerwelle (3) gerichteten Vorsprüngen (10), die sich in nicht mit Knetflügeln (8; 8a; 8b; 8c) bestückte Ringräume (9) erstrecken, wobei auf der Mischerwelle (3) hülsenförmige, mit Flügelelementen (8) versehene Rotorelemente (6) lückenlos und bezüglich der Umfangsrichtung in verschiedenen Winkelstellungen aufreihbar angeordnet sind, und die Vorsprünge (10) flügelelementartig ausgebildet und in der Neigung zur vertikalen Querebene verstellbar gelagert sind, derart dass zur Änderung der Förder- und Knetleistung die Reihenfolge und/oder die gegenseitige Winkelstellung der Flügelelemente (8) und/oder die Neigung der Vorsprünge (10) veränderbar ist.
- Misch- und Kneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den als Knetflügeln ausgebildeten Flügelelementen (8) von zwei benachbarten Rotorelementen (6) ein freier Ringraum (9) verbleibt, in welchen sich in gleichen Ebenen liegende Vorsprünge (10) erstrecken.
- Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der ganzen Länge der Mischerwelle (3) eine Aussenverzahnung (4) vorhanden ist.
- Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorelement (6) einen ringförmigen Grundkörper mit Innenverzahnung (7) aufweist, die mit einer entsprechenden Aussenverzahnung (4) der Mischerwelle (3) kämmt.
- Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelelemente (8) an ein und demselben Rotorelement (6) untereinander oder gegenüber einer gedachten Schneckengangsteigung verschieden oder gruppenweise verschieden geneigt sind.
- Misch- und Kneteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flügelelemente (8) an zwei benachbarten Rotorelementen (6) verschieden ist.
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