Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.1.1963 (P 100 580) 9.II.1962 Niemiecka Republika Federalna 5.IL1970 58699 KI. 39 a1, 1/06 MKP B 29 b I UKD 678.053.3 Wspóltwórcy wynalazku: inz. Hans Doebl, inz. Kurt Bohrmann, inz.Wilhelm Ruhl Wlasciciel patentu: Henschel Werke Aktiengesellschaft, Kassel (Nie¬ miecka Republika Federalna) Urzadzenie do ciaglej obróbki wstepnej tworzyw sztucznych Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do ciaglej obróbki wstepnej zwiazków poliwinylo¬ wych, poliolefin, mas kauczukowych, mas przezna¬ czonych do odlewania lub wytlaczania oraz innych tworzyw sztucznych.Dotychczas do obróbki wstepnej tworzyw sztucz¬ nych stosowano maszyny z przemyslu gumowego, sluzace do obróbki wstepnej tworzyw gumowych, na przyklad ugniatarki, wytlaczarki i inne. Ostat¬ nio usilowano stosowac do tego celu szybkoobroto¬ we mieszalniki, które pozwalaja jednakze na prace tylko metodami okresowymi.Wiadomo, ze przy obróbce wstepnej wyzej wy¬ mienionych materialów wymagane jest bezwarun¬ kowo dostarczanie ciepla. Z tego wzgledu nadaja sie wiec do tego celu szybkobiezne maszyny, któ¬ rych duza moc napedowa zostaje podczas pracy przeksztalcona w cieplo, powstajace na skutek tar¬ cia materialu poddawanego mieszaniu o scianki zbiornika, tarcia materialu o mieszadlo, albo wreszcie na skutek tarcia wewnetrznego materialu, przy czym ten ostatni powód rozgrzewania sie jest najwazniejszy, poniewaz na skutek tarcia we¬ wnetrznego nastepuje najintensywniejsze i najsil¬ niejsze nagrzewanie sie materialu. Poniewaz pod¬ dawane obróbce substancje sa najczesciej zlymi przewodnikami ciepla, wymaga to doprowadzania do znanych urzadzen bardzo duzych mocy napedo¬ wych, aby otrzymac wymagane w technice, do¬ statecznie krótkie czasy rozgrzewania materialu. 10 20 29 W praktyce cieplo uzyskiwane wskutek tarcia uzupelnia sie przez dodatkowe doprowadzenie ciepla ze zródel zewnetrznych.Jednakze pomimo stosowania duzych mocy na¬ pedowych i dodatkowego doprowadzania ciepla z zewnatrz nie mozna bylo dotad stosowac ciaglych metod pracy, poniewaz podczas trwania procesu, to jest w stosunkowo krótkim czasie, nie mozna bylo doprowadzic do materialu wymaganych ilosci ciepla.Krancowo wysokie liczby obrotów mieszadel w polaczeniu z wysoka moca napedowa powoduja po¬ nadto nadmierne zuzywanie tych mieszadel i zbior¬ nika.Celem wynalazku jest polepszenie bilansu ciepl¬ nego, wzglednie zagwarantowanie doprowadzenia wystarczajacej ilosci ciepla w sposób ciagly i unik¬ niecie w znacznym stopniu wyzej wspomnianego zuzywania sie urzadzen mieszalniczych, a tym sa¬ mym umozliwienie w ogóle ciaglego przerobu wy¬ zej wymienionych tworzyw sztucznych w korzyst¬ ny sposób.Zadaniem wynalazku jest skonstruowanie urza¬ dzenia do wstepnej obróbki tworzyw sztucznych, spelniajacego powyzsze wymagania.Istota wynalazku polega na tym, ze urzadzenie do wstepnej obróbki tworzyw sztucznych ma po¬ ziomy, przelotowy zbiornik w ksztalcie rury, któ¬ ry jest wyposazony w mieszadlo z skosnymi tar¬ czami, dzieki czemu tworzywo porusza sie w prze- 5869958699 3 strzeni pomiedzy dwoma tarczami mieszadla, okolo piecdziesiat razy na sekunde, ruchem posuwisto- -zwrotnym wzdluz osi zbiornika, przy czym ruch ten odbywa sie równoczesnie z ruchem obrotowym wgkól osi mieszadla i ruchem promieniowym, a poszczególne czastki materialu uzyskuja rózne przyspieszenia.W urzadzeniu wedlug wynalazku na kazde 1000 cm8 materialu poddawanego mieszaniu przypada czynna powierzchnia mieszadla wynoszaca 360 cm2.Urzadzenie umozliwia dodawanie poszczególnych skladników mieszaniny w pierwszej jednej piatej jego dlugosci.Temperature materialu poddawanego mieszaniu mozna regulowac wysokoscia napelnienia mieszal¬ nika.W celu przeprowadzenia mieszania na zimno urzadzenie moze byc wyposazone w system chlo¬ dzacy, a równoczesnie mozna zwolnic osiowy i pro¬ mieniowy ruch czastek materialu poddawanego mieszaniu.Urzadzenie sklada sie z cylindrycznego zbiorni¬ ka i walu zamontowanego wspólosiowo' w jego wnetrzu, na którym sa osadzone w pewnych od¬ stepach zespoly plaskich lopatek, które przy obro¬ cie walu przesuwaja material czesciowo w przód i czesciowo w tyl, przy czym lopatki jednego ze¬ spolu leza na wspólnej plaszczyznie usytuowanej pod odpowiednim katem do osi walu. Taka kon¬ strukcja jest szczególnie prosta, poniewaz lopatki nalezace do jednego zespolu moga byc wykrawa¬ ne z jednego^ kawalka plaskiej blachy.Zewnetrzny obrys zespolu lopatkowego jest elip¬ tyczny, a krawedzie zewnetrzne lopatek dochodza z pewnym odstepem do wewnetrznej sciany zbior¬ nika. Plaszczyzny poszczególnych zespolów lopat¬ kowych moga przebiegac do siebie równolegle, lub tez moga miec wprawdzie równe nachylenie wzgledem osi walu, ale równoczesnie moga byc nierówno nachylone wzgledem siebie.Zespól lopatek moze byc wykonany wraz z pias¬ ta z jednego kawalka materialu.Szybkosc. przeplywu materialu, a tym samym czas jego mieszania w zbiorniku, mozna regulowac przez zmiane liczby obrotów mieszadla i przez wieksze lub mniejsze nachylenie samego mieszal¬ nika, dzieki czemu dzialajaca na material sila ciez¬ kosci zwieksza lub zmniejsza dzialanie transpor¬ tujace lopatek mieszadla.Wiadomo, ze podczas obróbki tworzyw sztucz¬ nych i tym podobnych materialów konsystencja poddawanej mieszaniu masy zmienia sie wskutek zachodzacych wahan temperatury. Urzadzenie mie¬ szajace musi wiec umozliwiac regulacje tej tem¬ peratury w zaleznosci od zmian konsystencji ma¬ terialu poddawanego mieszaniu. W tym celu urza¬ dzenie wedlug wynalazku jest wyposazone w klape zamykajaca wylot mieszalnika i sterowana w za¬ leznosci od poboru mocy przez silnik napedowy.W ten sposób reguluje sie automatycznie ilosc po¬ zostajacego w mieszalniku materialu i panuje sie nad jego temperatura. Silnik napedowy pracuje przy stalej liczbie obrotów. Jezeli konsystencja ma¬ terialu poddawanego mieszaniu pozostaje taka sama, to nie zmienia sie pobór pradu elektrycznego. Na¬ tomiast gdy pobór pradu wzrosnie wskutek zmiany konsystencji masy i wzrostu oporów, klapa pola¬ czona z silnikiem za pomoca odpowiedniego regu¬ latora zwieksza przekrój otworu wylotowego mie- 5 szalnika. Jezeli natomiast pobór mocy spadnie po¬ nizej uprzednio okreslonej wartosci, klapa zmniej¬ sza otwór wylotowy i ilosc materialu w mieszal¬ niku wzrasta. W zwiazku z tym wzrasta pobór mo¬ cy, a liczba obrotów silnika napedowego nie ulega 10 zmianie.Regulacja taka jest mozliwa, poniewaz przy mie¬ szaniu w sposób ciagly, wzrasta wraz z wysokoscia zasypu intensywnosc mieszania, a tym samym ilosc ciepla powstajacego przez tarcie, na skutek czego 15 zachodza zmiany konsystencji.W celu uzyskania ciaglych zmian polozenia kla¬ py, mozna zastosowac do jej napedzania róznego rodzaju srodki przenoszenia napedu. Moga one dzialac na przyklad na zasadzie mechanicznej, 20 magnetycznej i pneumatycznej. Szczególnie jednak korzystne, ze wzgledu na duza pewnosc dzialania, sa srodki przenoszenia napedu od silnika lub re¬ gulatora do klapy wylotowej, dzialajace na zasa¬ dzie hydraulicznej lub elektrohydraulicznej. 25 Urzadzenie wedlug wynalazku jest blizej objas¬ nione przykladowo na rysunku, na którym na fig. 1—4 przedstawiono schematycznie przebieg ruchu mieszadel, a mianowicie pozycje mieszadel w po¬ szczególnych cwiartkach obrotu walu centralnego, 30 fig. 5 przedstawia schematycznie przyklad wyko¬ nania urzadzenia w przekroju podluznym, a fig. 6 przedstawia schematycznie przeniesienie napedu klapy do regulacji konsystencji mieszanego ma¬ terialu.; 35 Urzadzenie do ciaglej, wstepnej obróbki tworzyw sztucznych wedlug wynalazku sklada sie z pozio¬ mej, cylindrycznej obudowy 1 w której jest umiesz¬ czony wspólosiowo wal 2, na którym sa osadzone równolegle do siebie i skosnie wzgledem walu ze- 40 spoly lopatek 5, 7 w ksztalcie gwiazdy. Podczas obracania sie walu mieszadla, material we wnetrzu mieszalnika wprowadzony zostaje w ruch pulsa¬ cyjny. W mieszalniku sa ponadto wbudowane nie uwidocznione na rysunku nastawne lopatki, który- 45 mi mozna oddzialywac na przeplyw materialu przez mieszalnik.W przypadku pokazanym na fig. 1 powierzchnie elementów mieszajacych znajduja sie w pozycji neutralnej. Na fig. 2 przedstawiono schematycznie 50 mieszalnik, w którym mieszadlo jest obrócone o kat 90° wzgledem polozenia przedstawionego na fig. 1. W polozeniu tym elementy mieszajace prze¬ suwaja material osiowo w kierunku wlotowego le¬ ja 9. Na fig. 3 pokazano kolejne polozenie walu, 55 w którym jest on obrócony o dalsze 90° wzgledem polozenia pokazanego na fig. 2. Elementy miesza¬ jace znajduja sie tutaj znów w pozycji neutralnej.Na fig. 4 pokazano dalsze polozenie walu obróco¬ nego o 90° wzgledem polozenia przedstawionego na 60 fig. 3, w którym elementy mieszajace przesuwaja material w kierunku wylotu 10.W czasie ruchu mieszadla nastepuja wiec ko¬ lejno po sobie pozycja neutralna elementów mie¬ szajacych, pozycja o okreslonym kierunku przesu- 65 wania materialu, pozycja neutralna, pozycja o58699 6 okreslonym kierunku przetlaczania itd. Przesuwa¬ nie mieszanego materialu od wlotowego leja 9 do wylotu 10 uzyskuje sie przez pochylenie zbiornika mieszalnika wzgledem poziomu i/lub dzieki odpo¬ wiedniemu uksztaltowaniu krawedzi elementów mieszajacych.Krawedzie atakujace elementów mieszajacych winny byc jednostronnie sciete, dzialajac jak klin przesuwajacy material wzdluz osi mieszalnika.W urzadzeniu wedlug wynalazku proces miesza¬ nia wzgledem nagrzewania mieszanego materialu przebiega w ten sposób, ze czasteczka mieszanego materialu znajdujaca sie pomiedzy para elemen¬ tów mieszajacych poruszana jest w kierunku osio¬ wym ruchem posuwisto-zwrotnym. Najkorzystniej jest, jezeli kierunek ruchu czasteczki zmienia sie piecdziesiat razy na sekunde. Ze wzgledu na cha¬ rakter skosnie ustawionych elementów mieszaja¬ cych intensywnosc ruchów w kazdym miejscu tej tarczy jest rózna. Powoduje to nieregularne prze¬ mieszczanie sie czasteczek materialu wzgledem sie¬ bie, a tym samym intensywne mieszanie i tarcie.Mieszanie d tarcie zwieksza sie przez cisnienie wy¬ wolane ruchem obrotowym. Material przeplywa przez mieszalnik dzieki jego pochyleniu i/lub dzie¬ ki scieciu krawedzi atakujacych elementów mie¬ szajacych.Jak wykazaly próby na modelach, proces mie¬ szania i tarcia zachodzi w tym systemie na bar¬ dzo malej przestrzeni. I tak na przyklad do mie¬ szanej masy doprowadzono barwnik w krótkich nastepujacych po sobie okresach czasu i stwier¬ dzono, ze w materiale wyplywajacym z wylotu dodatek barwnika utrzymuje sie w scisle ograni¬ czonej strefie. Zabarwienie bylo w tej strefie znacznie* intensywniejsze niz przy zastosowaniu konwencjonalnego systemu mieszania. Pozwolilo to na zaoszczedzenie 30% barwnika, uzyskujac przy tym mimo mniejszej ilosci barwinika rówinie in¬ tensywne zabarwienie jak przy zastosowaniu kon¬ wencjonalnych mieszalników o duzej predkosci pracy i wiekszej ilosci barwnika. Przy zastosowa¬ niu urzadzenia wedlug wynalazku bilans cieplny jest równiez znacznie korzystniejszy. Zmieszanie partii materialu, do której przy uzyciu konwencjo¬ nalnego mieszalnika trzeba bylo zastosowac silnik o mocy 40 kW, przy zastosowaniu urzadzenia wed¬ lug wynalazku wymagano uzycia silnika o mocy 21 kW. Predkosc obwodowa elementów mieszaja¬ cych stosowana w konwencjonalnych mieszalni¬ kach wynosila 40—60 m/sek, natomiast w mieszal- nilku wedlug wyinalaaku 7—9 m/sek, na skutek cze¬ go nie zachodzi tu zuzywanie sie czesci mieszal¬ nika, jak równiez nie wystepuja tu niekorzystne przebarwienia produktów.Jak pokazano na fig. 5 urzadzenie wedlug wy¬ nalazku sklada sie z cylindrycznej obudowy 1, w której jest osadzony w lozyskach 3 wal 2, nape¬ dzany silnikiem 4. Na wale 2 sa osadzone zespoly elementów mieszajacych o ksztalcie lopatek 5 i 7.Elementy te sa ulozone w plaszczyznach skosnych do walu i sa don zamocowane przez spawanie, za¬ kleszczenie, za pomoca urzadzen bagnetowych lub srub.Przesuwanie mieszanego materialu nastepuje we wnetrzu urzadzenia przedstawionego na rysunku, od strony prawej do lewej, na skutek obracania sie walu 2 w kierunku strzalki. W plaszczyznie 5 kazdego zespolu mieszajacego znajduja sie trzy lopatki 5 i 7, z których dwie, a mianowicie lopatki 5 (w tej pozycji) podczas obrotu mieszadla powo¬ duja przesuwanie materialu do przodu, podczas gdy lopatki 7 przesuwaja material do tylu. Na sku- 10 tek powstajacych dzieki temu ruchów posuwisto- -zwrotnych czasteczek osiaga sie bardzo dobre mie¬ szanie. Mieszajacy element 6 jest skosnie osadzony na wale 2 i jest pokazany w pozycji obróconej na wale 2 wzgledem pozostalych elementów o kat 90°. 15 Zespoly mieszajacych lopatek 5 i 7 sa wykrojone z eliptycznych plyt z blachy (przedstawionych na rysunku linia kreskowano-kropkowana) i maja ko¬ rzystnie pierscieniowe laczace elementy 8.Dodatkowe skladniki mozna wprowadzac do mie- 20 szaniny poprzez lej 11, wal 2 i otwory 12. Sklad¬ niki te zostaja wyprowadzone z wnetrza walu dzie¬ ki sile odsrodkowej.Urzadzenie wedlug wynalazku jest zamocowane na sworzniu 13, wokól którego wychyla sie ono w 25 plaszczyznie pionowej, przy czym zadane poloze¬ nie urzadzenia mozna nastawic za pomoca lancu¬ cha 14.Jak przedstawiono na fig. 6, u wylotu 10 zamon¬ towana jest klapa 16 ustawiana zaleznie od pobo¬ ru mocy silnika 17. Z regulatorem, który z kolei 30 steruje ruchami klapy 16 za pomoca odpowiedniej pmzekladni, sprzezony jest wskaznik 15 polozenia klapy.Jezeli w czasie pracy urzadzenia wzrasta ilosc materialu w mieszalniku, to wówczas wzrasta rów- 35 niez pobór mocy silnika 17, a klapa 16 zostaje dzieki temu samoczynnie otwarta. Jezeli natomiast ilosc materialu w zbiorniku zmniejsza sie, to po¬ bór mocy silnika 17 maleje, a klapa 16 zmniejsza swiatlo otworu wylotowego. 40 PL