WO2017084646A1 - Mehrwellige kontinuierlich arbeitende misch- und knetmaschine für plastifizierbare massen - Google Patents

Mehrwellige kontinuierlich arbeitende misch- und knetmaschine für plastifizierbare massen Download PDF

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WO2017084646A1
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    • B29C48/402—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders the screws having intermeshing parts
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    • B29C48/505—Screws
    • B29C48/57—Screws provided with kneading disc-like elements, e.g. with oval-shaped elements

Definitions

  • the invention relates to a multi-shaft continuously operating mixing
  • Kneading machine for plasticizable masses with two rotating shafts in a housing each enforce a shaft surrounding the cylindrical housing part and feed and Austragszonen and between at least one melting and a mixing zone, wherein the feed and Austragszonen formed by intermeshing in the same direction rotating conveyor elements and in the melting and mixing zones according to the invention, opposing Multimixluie are arranged, the edges of which rotate past each other when turning with little play as well as greater play, with the formation of a on the Multimixratievoke
  • the edges of the surrounding housing part comply with different clearance both with little play and larger game. Due to the surface enlargement of the upper edges of the invention
  • the invention is based, to significantly increase the mixing effect of the aforementioned machine, as well as the Dispergier eggplant the task.
  • kneading elements are known, but so far only in two- or three-star symmetrical design with a smooth screw crest, in which the
  • processing material is forced through a tight screw gap, resulting in high Shearing forces and temperatures and can only be handled with a large required torque.
  • Housing wall is depending on the screw diameter about 0.2 to max. 1 mm.
  • the process screw elements of the co-rotating compounder are designed to be two or more than three turns.
  • Multimix elements are essentially designed in such a way that by a combination of symmetry and asymmetry in connection with differently milled surfaces of the screw flights and different screw gap the desired
  • the dispersing and mixing action is substantially increased by the asymmetric design of the multi-mix process elements and the increased surface area of the screw combs of the multimix process elements, at the same screw shaft speed compared to conventional double-flighted kneading blocks.
  • FIG. 1 section of a mixing and kneading machine in plan view Fig. 2 side view of a mixing and kneading machine
  • FIG 3 shows a cross section through a housing block and multimix process elements
  • FIG. 4 shows sections with two opposite multi-mix processing elements in FIG.
  • FIG 9 shows a cross section through a housing with four-speed multimix process elements in which the respectively opposite multimix process elements are designed differently
  • Fig. 10 cross-section through a housing with four-speed Multimixrean in asymmetric design with surface enlargement
  • Fig. 11 A housing with two-threaded process screw elements shown in cross section.
  • Fig. 1 a mixing and kneading machines is shown in plan view, wherein the
  • the Multimixlubiana (5, 5 ') are designed as the conveying elements (4) in different lengths and are for example a toothing on the
  • Screw shafts (3) attached and held on the screw shafts (3) by means of screwed screw tips (12).
  • the mixing and kneading machine is fed through the inlet opening (11) material and this through the conveying elements (4) in the mixing chamber (17)
  • Multimix process elements (5, 5 ') pass, so is the continuous
  • Material outlet (14) the processed material discharged or further processed in various forms.
  • the Multimixreatician (5, 5 ') are designed depending on the process task so that they by the screw gap (9) between the screw combs (10), the design of Slug combs (10) and the gap to the housing wall (8) can optimally fulfill their process task.
  • the newly developed multimix process elements (5, 5 ') make it possible to design these by the worm combs (10), depending on the requirements of the process. , the screw gap (9) between the screw combs (10) and the gap to the housing wall (8) and through the
  • Mixing discs (18) are made in different lengths and angles. The number of successively arranged cutting and mixing discs (18) may thus be different. (See, e.g., Fig. 10)
  • Multimixreamatidime (5, 5 ') of the respective opposite screw shaft (3) be designed differently, so as to achieve a special melting and mixing effect, in relation to conventional elements.
  • FIG. 2 a mixing and kneading machines is shown in side view, wherein a Multimixreaelement (5) between two conveying elements (4) is arranged.
  • a plurality of multi-mix processing elements (5) can also be arranged one behind the other in different embodiments, wherein the
  • asymmetric Multimix wastewater (5, 5 ') are shown in cross section, wherein the column (8) to the housing wall are of different sizes, due to the asymmetry of the Multimixpensement 5.
  • Fig. 4 is a section of a process unit randomly equipped with
  • Multimixreasement are shown in plan view with different surfaces (10) of the screw combs, in which a high shear and cutting performance between the screw gap (9) and the surfaces (10) is achieved.
  • Fig. 7 are sharp-edged, convex executed Multimixreatician (5, 5 '), wherein on each screw shaft (3) a different, but matching, plugged Multimixreaelement (5) can be seen, especially in very hard materials there can be used, to ensure a perfect division of the material to be processed.
  • FIG. 8 are shown in plan view various Multimixreatician (5, 5 '), wherein the surfaces of the screw combs (10), are increased by the special construction and by the tight meshing in the screw gap (9) a particularly fine dispersing performance is achieved.
  • Fig. 10 the multi-mix processing elements (5, 5 ') are shown in asymmetrical form.
  • the cross section here shows the decisive mixing and kneading performance, which is characterized by the worm gaps (9) changing between each rotation
  • FIG. 11 are shown in cross-section opposite double-flighted process screw elements (19) of the multi-mix processing elements in modification to those of Fig. 9, wherein the Zwetician (16 '), is shown in cross section. These elements correspond to the current state of the art and are used in compounding plants.

Abstract

Um eine sehr gute Aufschmelz- und Mischleistung der zu verarbeitenden Massen zu erzielen, bei gleichzeitiger Schonung der zu verarbeitenden Massen, ist erfindungsgemäß bei einer Mischmaschine mit zwei gleichsinnig drehenden Schneckenwellen (3) und mit durch ineinandergreifende Förderelemente (4) gebildete Einzugszonen und Austragszonen, die vor sowie hinter einer Aufschmelzzone (X) und Mischzone (Y) angeordnet sind, vorgesehen, dass in diesen zwei oder mehrere, in deren Längsrichtung sich erstreckende Multimixprozesselemente (5, 5') angeordnet sind, die mindestens viergängig sind.

Description

Mehrwellige kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetmaschinen für plastifizierbare Massen
Die Erfindung betrifft eine mehrwellige kontinuierlich arbeitende Misch- und
Knetmaschine für plastifizierbare Massen mit zwei in einem Gehäuse drehenden Wellen, die jeweils ein die betreffende Welle umgebendes zylindrisches Gehäuseteil durchsetzen und Einzug - und Austragszonen sowie dazwischen mindesten eine Aufschmelz- und eine Mischzone aufweisen, wobei die Einzugs- und Austragszonen durch ineinandergreifende gleichsinnig drehende Förderelemente gebildet und in den Aufschmelz- und Mischzonen erfindungsgemäß gegenüberliegende Multimixprozesselemente angeordnet sind, deren Kanten beim Drehen mit geringem Spiel sowie auch größerem Spiel aneinander vorbeilaufen, wobei zur Bildung einer sich über die Multimixprozesselemente
erstreckenden Kammer, die Kanten von dem sie umgebenden Gehäuseteil sowohl mit geringem Spiel wie auch größerem Spiel verschiedenen Abstand einhalten. Durch die erfindungsgemäße Oberflächenvergrößerung der oberen Kanten der
Multimixprozesselemente, sowie deren insbesondere Viergängigkeit, besteht ein wesentlich längeren Kontakt zu den zu verarbeitenden Massen im Vergleich zu
herkömmlichen zweigängigen Knet- und Mischelementen mit flachem Oberflächenkamm. Eine derartige zweigängige Misch - und Knetmaschine ist aus der DE 42 02 821 AI bekannt. Bei dieser Maschine werden als Mischelemente axial gestreckte Polygone verwendet, deren Stege beim Drehen nicht ineinander eingreifend mit geringem Spiel aneinander vorbei laufen, 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 durch die glatt ausgeprägten Stege größere Scherkräfte auftreten. Um dennoch eine ausreichende Mischwirkung zu erzielen werden die Polygone entsprechend lang ausgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mischwirkung der eingangs genannten Maschine, sowie auch die Dispergierleistung erheblich zu steigern.
Weiterhin sind Knetelemente bekannt, jedoch bisher nur in zwei- oder dreigängiger symmetrischer Ausführung mit einem glatten Schneckenkamm, bei der das zu
verarbeitende Material durch einen engen Schneckenspalt gezwungen wird, was hohe Scherkräfte und Temperaturen hervorruft und nur mit einem großen erforderlichen Drehmoment zu bewältigen ist.
Der Abstand zwischen den Stegen dieser Knetelemente und auch der Abstand zur
Gehäusewand beträgt je nach Schneckendurchmesser ca. 0,2 bis max. 1 mm. Zudem sind die Prozeßschneckenelemente der gleichsinnig drehenden Compounder zwei- oder maximal dreigängig ausgeführt.
Der neuartigen Erfindung der Multimixprozesselemente liegt insofern ferner die Aufgabe zu Grunde, die Mischwirkung bei gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit der
Schneckenwellen zu steigern, unter Berücksichtigung der besonderen
Ausfuhrungsvarianten der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimixprozesselemente im Verhältnis zu zwei- oder dreigängigen Knetelementen. Die neuartigen
Multimixelemente sind im wesentlichen so gestaltet, dass durch eine Kombination aus Symmetrie und Asymmetrie in Verbindung mit unterschiedlich gefrästen Oberflächen der Schneckenkämme und unterschiedlichem Schneckenspalt die gewünschten
Aufschmelzzonen und Mischprozessen besser realisiert werden können, als mit herkömmlichen Knet- und Mischsystemen. Weiterhin liegt der neuartigen Erfindung der Multimixprozesselemente, die Aufgabe zu Grunde, die Mischwirkung zu steigern bei gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit der Schneckenwellen, unter Berücksichtigung der besonderen Ausführungsvarianten der Multimixprozesselemente im Verhältnis zu zwei- oder dreigängigen Knetelementen, so wird durch die neuartigen Multimixprozesselemente die doppelte Knet- und Mischleistung bei der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht.
Insbesondere wird die Dispergier- und Mischwirkung durch die asymmetrische Ausbildung der Multimixprozesselemente und die vergrößerte Oberfläche der Schneckenkämme der Multimixprozesselementen wesentlich erhöht, bei gleicher Schneckenwellendrehzahl im Vergleich zu herkömmlichen zweigängigen Knetblöcken.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde durch die beschriebene
Ausführung der Multimixprozesselemente die mit den zu verarbeitenden Massen in Kontakt kommenden Oberflächen der Elemente so zu vergrößern, dass bei gleicher Länge der Multimixprozesselemente, im Vergleich zu herkömmlichen zweigängigen Knetblöcken eine wesentlich längerer Kontakt- und Verweildauer des zu verarbeitenden Materials in den neuartigen Multimixprozesselementen gegeben ist und somit die Misch- und
Dispergierleistung wesentlich verbessert wird.
Der Aufschmelzprozess der verschiedenen thermoplastischen Massen oder Ahnlichem, wird erfindungsgemäß durch die neuartig gestalteten Multimixprozesselemente entscheidend verstärkt und ist so auch bei geringen Schneckenwellendrehzahlen durch das vergrößerte Kammervolumen der neuartigen Erfindung der Multimixprozesselemente und der besonderen Oberflächen der Schneckenkämme auch in Verbindung mit der
Asymmetrie möglich und daher von entscheidendem Vorteil gegenüber herkömmlichen Knetblöcken.
Verschiedene Ausfuhrungen sind gestaltet und werden in Ausfuhrungsbeispielen dargestellt.
Fig. 1 Ausschnitt einer Misch- und Knetmaschine in Draufsicht Fig. 2 Seitenansicht einer Misch- und Knetmaschine
Fig. 3 Querschnitt durch einen Gehäuseblock und Multimixprozesselemente
Fig. 4 Abschnitte mit zwei gegenüberliegenden Multimixprozesselementen in
Draufsicht mit Ausschnitt
Fig. 5 Multimixprozesselement viergängig mit geradem Schneckenkamm
Fig. 6 Multimixprozesselement viergängig mit unterschiedlich ausgeführtem
Schneckenkamm und Oberflächenvergrößerung
Fig. 7 Multimixprozesselemente viergängig mit ballig ausgeführtem
Schneckenkamm und Oberflächenvergrößerung Fig. 8 Multimixprozesselemente viergängig mit scharfkantigem, ineinandergreifenden Schneckenkamm und Oberflächenvergrößerung
Fig. 9 Querschnitt durch ein Gehäuse mit viergängigen Multimixprozesselementen bei der die jeweils gegenüberliegenden Multimixprozesselemente verschieden ausgeführt sind
Fig. 10 Querschnitt durch ein Gehäuse mit viergängigen Multimixprozesselementen in asymmetrischer Ausführung mit Oberflächenvergrößerung
Fig. 11 Ein Gehäuse mit zweigängigen Prozessschneckenelementen im Querschnitt dargestellt.
In Fig. 1 ist eine Misch und Knetmaschinen in Draufsicht dargestellt, wobei die
Antriebseinheit (1) die Schneckenwellen (3) gleichsinnig drehend in einem Gehäuse (2), was mit Heizung (6) und Kühlung (7) ausgeführt ist, antreibt und das zugeführte Material über die Einlassöffhung (11) in Förderrichtung durch die Förderelemente (4) über die Multimixprozesselemente (5, 5') durch die Misch- und Knetmaschinen fordert. Die Multimixprozesselemente (5, 5') sind wie die Förderelemente (4) in verschiedenen Längen ausgeführt und werden zum Beispiel über eine Verzahnung auf die
Schneckenwellen (3) aufgesteckt und mittels verschraubter Schneckenspitzen (12) auf den Schneckenwellen (3) gehalten. Der Misch- und Knetmaschine wird durch die Einlassöffhung (11) Material zugeführt und dies durch die Förderelemente (4) in die Mischkammer (17) den
Multimixprozesselementen (5, 5') übergeben, so wird durch die kontinuierliche
Materialzugabe in die Einlassöffhung (11) und die Drehzahl der Schneckenwellen (3) über die Förderelemente (4) und über die Multimixprozesselemente (5, 5') ein kontinuierlicher Verfahrensablauf gewährleistet und am Ende der Schneckenwellen durch den
Materialaustritt (14) das verarbeitete Material ausgetragen oder in verschiedener Form weiterverarbeitet.
Die Multimixprozesselemente (5, 5') sind je nach Verfahrensaufgabe so gestaltet, dass sie durch den Schneckenspalt (9) zwischen den Schneckenkämmen (10), die Gestaltung der Schneckenkämme (10) und den Spalt zur Gehäusewand (8) ihre Prozessaufgabe optimal erfüllen können.
Durch die immer größer werdenden Anforderungen der Kunststoff industrie in Hinblick auf Aufschmelz-, Dispergierleistung und Temperaturführung ist es durch die neu entwickelten Multimixprozesselemente (5, 5') möglich, diese so zu gestalten, dass je nach Anforderung der Verfahrensaufgabe durch die Schneckenkämme (10), den Schneckenspalt (9) zwischen den Schneckenkämmen (10) und den Spalt zur Gehäusewand (8) sowie durch die
Asymmetrie und die Viergängigkeit in Verbindung mit der vergrößerten Oberfläche der Schneckenkämme(lO) die Prozessaufgaben optimal gelöst werden können.
Hierzu können die Multimixprozesselemente (5, 5') mit deren Schneid- und
Mischscheiben (18) in unterschiedlichen Längen und Winkel ausgeführt werden. Die Anzahl der hintereinander angeordneten Schneid- und Mischscheiben (18) kann somit unterschiedlich sein. (Siehe z.B. Figur 10)
Durch die besondere Gestaltung der Schneckenkämme (10) können die
Multimixprozesselemente (5, 5') der jeweils gegenüberliegenden Schneckenwelle (3) unterschiedlich gestaltet sein, um so einen besonderen Aufschmelz- und Mischeffekt zu erzielen, im Verhältnis zu herkömmlichen Elementen.
Durch die asymmetrische Ausführung der Multimixprozesselemente (5, 5') und den hieraus unterschiedlichen Schneckenspalt (9) zwischen den Schneckenkämmen (10) und den beiden Schneckenwellen (3) und dem unterschiedlichen Spalt (8) zur Gehäusewand (2) wird hier ein besonders großer Kneteffekt erzielt.
In Fig. 2 ist eine Misch- und Knetmaschinen in Seitenansicht dargestellt, wobei ein Multimixprozesselement (5) zwischen zwei Förderelementen (4) angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise können auch mehrere Multimixprozesselemente (5), auch in unterschiedlichen Ausführungen hintereinander angeordnet werden, wobei der
Schneckenspalt (9) zwischen den Multimixelementen (5) sowie der Spalt (8) zwischen den Multimixelementen und der Gehäusewand (8) unterschiedlich gestaltet sein kann. In Fig. 3 sind asymmetrische Multimixprozesselemente (5, 5') im Querschnitt dargestellt, wobei die Spalte (8) zur Gehäusewand unterschiedlich groß sind, bedingt durch die Asymmetrie der Multimixprozesselemente 5. In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einer Verfahrenseinheit wahllos bestückt mit
Multimixprozesselementen (5) und Förderelementen (4) dargestellt.
In Fig. 5 sind Multimixprozesselemente in Draufsicht, mit engem Schneckenspalt (9) und unterschiedlich großem Schneckenkamm (10) dargestellt.
In Fig. 6 sind Multimixprozesselemente in Draufsicht mit unterschiedlichen Oberflächen (10) der Schneckenkämme dargestellt, bei denen eine hohe Scher- und Schneidleistung zwischen dem Schneckenspalt (9) und den Oberflächen (10) erreicht wird. In Fig. 7 sind scharfkantig, ballig ausgeführte Multimixprozesselemente (5, 5') dargestellt, wobei auf jeder Schneckenwelle (3) ein verschiedenes , aber zueinander passendes, aufgestecktes Multimixprozesselement (5) zu sehen ist, das insbesondere bei sehr harten Materialien, die dort hindurchgeführt werden, eingesetzt werden kann, um eine perfekte Zerteilung des zu verarbeitenden Materials zu gewährleisten.
In Fig. 8 sind in Draufsicht verschiedenartige Multimixprozesselemente (5, 5') dargestellt, wobei die Oberflächen der Schneckenkämme (10), durch die besondere Konstruktion vergrößert sind und durch das dichte Ineinandergreifen in dem Schneckenspalt (9) eine besonders feine Dispergierleistung erreicht wird.
In Fig. 9 sind unterschiedliche Multimixprozesselemente im Schnitt zu sehen, wobei bei den Multimixprozesselemente (5, 5') diese in Viergängigkeit (16) dargestellt sind.
In Fig. 10 sind die Multimixprozesselemente (5, 5') in asymmetrischer Form dargestellt. Der Querschnitt zeigt hier die entscheidende Misch- und Knetleistung, die sich durch die sich bei jeder Umdrehung ändernden Schneckenspalte (9) zwischen den
Schneckenkämmen (10) und den ständig unterschiedlichen Spalt (8) zur Wand des Gehäuses (2) ergibt, durch den das zu verarbeitende Material zwangsweise hindurch geführt wird, was zu der intensiven und schonenden Mischleistung führt. In Fig. 11 sind im Schnitt gegenüberliegende zweigängige Prozeßschneckenelemente (19) der Multimixprozesselemente in Abänderung zu denen der Fig. 9 dargestellt, wobei die Zweigängigkeit (16'), im Querschnitt dargestellt ist. Diese Elemente entsprechen dem heutigen Stand der Technik und werden in Compounderanlagen eingesetzt.
Agenda
1 Antriebseinheit
2 Gehäuse
3 Schneckenwelle
4 Förderelemente
5 Multimixprozesselemente (Schneid und Mischblöcke)
6 Gehäuseheizung
7 Gehäusekühlung
8 Spalt zur Gehäusewand
9 Schneckenspalt zwischen den Schneckenkämmen
10 Schneckenkämme
11 Einlassöffhung / Materialeinlauf
12 Schneckenspitzen
13 Förderrichtung
14 Materialaustritt
15 Ausschnitt
16, 16' Darstellung der Viergängigkeit / Zweigängigkeit von
Multimixprozesselementen
17 Mischkammer
18 Schneid- und Mischscheibe
19 Prozesschneckenelemente

Claims

Patentansprüche
Mehrwellige kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetmaschinen für
plastifizierbare Massen
mit zwei in einem Gehäuse (2) gleichsinnig drehenden Schneckenwellen (3), die jeweils den die betreffende Schneckenwelle (3) umgebende Gehäuseteil (2) durchsetzen und Eintragszonen und Austragszonen sowie dazwischen mindestens eine Aufschmelzzone (X) und eine Mischzone (Y) aufweisen, wobei die
Einzugszonen und Austragszonen durch ineinandergreifende Förderelemente (4) gebildet sind, die vor sowie hinter der Aufschmelzzone(X) und Mischzone (Y) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Aufschmelzzonen (X) und Mischzonen (Y) zwei oder mehrere, in deren Längsrichtung sich erstreckende Multimixprozesselemente (5, 5') angeordnet sind, die mindestens viergängig ausgeführt sind.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') verschiedenartige Schneckenkämme (10) in unterschiedliche Formen aufweisen.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Multimixprozesselemente (5, 5') in verschiedener Ausführung gegenüber angeordnet sind.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') mindestens eine vier- oder mehrgängige Schneid- und Mischscheibe (18) aufweisen. Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Multimixprozesselemente (5, 5') unterschiedliche Schneckenspalte (9) zwischen den Schneckenkämmen (10) aufweisen.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schneckenkämme (10) zweier benachbarter in Richtung der
Schneckenwellen (3) verlaufender Multimixprozesselemente (5, 5')
unterschiedliche Spalte (8) zur Wand des Gehäuses (2) aufweisen.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') in asymmetrischer Form ausgebildet sind.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 4, 5, 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') ineinandergreifend sind.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 4, 5, 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') nicht ineinandergreifend ausgeführt sind.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 4, 5, 6, 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') sowohl ineinandergreifend als auch nicht ineinandergreifend ausgeführt sind.
Misch- und Knetmaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Multimixprozesselemente (5, 5') so gestaltet sind, dass die
Schneckenkämme (10) der mehrfach hintereinander ausgeführten Schneid- und Mischscheibe (18) in verschiedenen Winkeln neutral fördernd oder rückfördemd ausgebildet sind.
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