CH615113A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Spritzgiessen oder Strangpressen von Kunststoff, in welcher nach einer Schnecke eine statische Mischeinrichtung angeordnet ist, die aus mindestens einem von einem Rohr umschlossenen Mischelement besteht, das aus Strömungskanäle bildenden Leitelementen besteht, wobei die Strömungskanäle zur Rohrachse geneigt angeordnet sind, und sich die von benachbarten, übereinander bzw. in Rohrachsrichtung hintereinander angeordneten Leitelementen gebildeten Strömungskanäle kreuzen. Durch den Einsatz von statischen Mischeinrichtungen in den vorgenannten Maschinen, die zum intermittierenden Spritzgiessen oder kontinuierlichen Strangpressen von Gegenständen aus Kunststoff dienen können, sollen die steigenden Qualitätsansprüche durch Herbeiführung von einwandfrei homogenen Kunststoffschmelzen erfüllt werden.

Eine Maschine zum Spritzgiessen weist bekanntlich eine Schnecke auf, die während des Plastifizierungsvorganges rotiert. Der Schneckenvorraum wird mit der Kunststoffschmelze gefüllt. Anschliessend wird die Schmelze durch einen axialen Vorschub der Schnecke in die Form, die auch mit Formwerkzeug bezeichnet wird, eingespritzt und der Gegenstand aus der Maschine entnommen. Zum Herstellen des nächsten Gegenstandes werden die vorstehend beschriebenen Prozessschritte wiederholt.

In einer Maschine zum Strangpressen von Kunststoff, die auch mit Extruder bezeichnet wird und die zum kontinuierlichen Herstellen von Gegenständen- wie z. B. Rohren dient, rotiert die Schnecke und fördert ständig die Kunststoffschmelze in das Formwerkzeug. Statische Mischeinrichtungen, wie sie bei der Erfindung angewendet werden sollen, sind insbesondere in den schweizerischen Patentschriften 547 120 und 464 860, der deutschen Offenlegungsschrift 2 328 795 und dem deutschen Gebrauchsmuster 75 15 863.3 offenbart.

Trotz der vorstehend aufgeführten Vorteile derartiger Mischeinrichtungen in den genannten Maschinen standen ihrer Anwendung jedoch in der Praxis bisher Vorurteile entgegen. Die Begründung hierfür liegt darin, dass statische Mischeinrichtungen hohe Druckverluste erzeugen, welche die Durchsatzleistungen der Maschinen beeinträchtigen. Beim Auftreten hoher Druckverluste entstehen in den statischen Mischeinrichtungen hohe lokale Scherkräfte, die zu lokalen Überhitzungen und damit zu Produktschädigungen führen.

Um diese vermeintlichen Nachteile bei der Anwendung von statischen Mischeinrichtungen in den genannten Maschinen zu umgehen, versuchte man bisher den Druckabfall in den Mischeinrichtungen durch entsprechende Massnahmen möglichst klein zu halten. Diese Massnahmen bestehen in der Herbeiführung möglichst kleiner Durchflussgeschwindigkeiten und möglichst grosser hydraulischer Durchmesser der Mischeinrichtung.

Der hydraulische Durchmesser dh einer Mischeinrichtung wird folgendermassen definiert:

4 x freies Volumen der Mischeinrichtung dh=

benetzte Oberfläche der Mischeinrichtung

Unter dem freien Volumen der Mischeinrichtung wird hierbei das zwischen dem Rohrmantel und den einzelnen Leitelementen sich befindende freie Durchsatzvolumen verstanden, während die benetzte Oberfläche von den Oberflächen der Leitelemente und dem inneren Rohrmantel der Mischeinrichtung gebildet wird.

Bei grossen hydraulischen Durchmessern der Mischeinrichtung ist aber die Fähigkeit insbesondere zum Lösen schwieriger Mischprobleme, wie z. B. zum Mischen von Komponenten stark unterschiedlicher Viskosität, stark beeinträchtigt. Dieses trifft vor allem für das Flüssig-Einfärben von Kunststoffen zu.

Die Erfindung hat sich die Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile zum Ziel gesetzt, d. h. die in der Praxis steigenden Ansprüche an die Qualität der durch Spritzgiessen bzw. durch Strangpressen hergestellten Produkte zu erfüllen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die statische Mischeinrichtung einen hydraulischen Durchmesser von höchstens 8 mm aufweist.

Überraschenderweise wurde bei der Erfindung erkannt und experimentell bestätigt, dass auch beim Einsatz von Mischeinrichtungen mit hydraulischen Durchmessern von nur 8 mm und weniger der Druckabfall in den Mischeinrichtungen ohne weiteres toleriert werden kann.

Im Gesamtsystem einer Maschine der genannten Art, d. h. in dem sich von der Schnecke bis in das Formwerkzeug

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erstreckenden Bereich, ergaben Versuche, dass der Druckabfall sogar kleiner ist als derjenige in Maschinen ohne Einsatz von statischen Mischeinrichtungen.

Vermutlich beruht dieses darauf, dass einerseits durch die Einwirkung der Zusatzscherkräfte der Mischeinrichtung die mittlere Viskosität der bearbeiteten Masse sinkt. Anderseits werden durch die homogenisierende Wirkung Viskositätsunterschiede zwischen der Rohrwand der Mischeinrichtung und dem Rohrinnern eliminiert, was ebenfalls die mittlere Viskosität erniedrigt.

Eine besonders gute Mischgüte, die zu einer einwandfreien Qualität des Produktes führt, kann mit Mischeinrichtungen erzielt werden, deren hydraulischer Durchmesser über die ganze Länge der Mischeinrichtung einen konstanten Wert aufweist, der im Bereich von 2-4 mm liegt.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Mischeinrichtung so auszubilden, dass der hydraulische Durchmesser der Einrichtung, im Fall sie aus mehreren Mischelementen zusammengesetzt ist, von der Eintrittsseite der Kunststoffmasse bis zur Austrittsseite variiert, insbesondere sich verkleinert.

Diese Massnahme ist z. B. dann sinnvoll, wenn in einem ersten Mischelement mit einem grösseren hydraulischen Durchmesser zunächst eine Grobverteilung der zu bearbeitenden Kunststoffmasse herbeigeführt werden und in einem anschliessenden Mischelement mit einem kleineren hydraulischen Durchmesser eine Mikrodurchmischung gewährleistet werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Längsschnitt durch eine Maschine, die zum Spritzgiessen von Kunststoff dienen soll, während

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Rohres für eine statische Mischeinrichtung in perspektivischer Darstellung und die Fig. 3 und 4 zwei variante Ausführungsformen für in einem Rohr gemäss Fig. 2 einsetzbare Mischeinrichtungen zeigen.

Die Maschine 1 gemäss Fig. 1 weist im wesentlichen einen Einfülltrichter 1 für den zu bearbeitenden Kunststoff, dem beispielsweise flüssiger Farbstoff beigegeben wird, eine Schnecke 3, die zum Fördern und Plastifizieren der Kunststoffmasse dient, ein Rohr 4, in dem eine Mischeinrichtung 5 angeordnet ist und eine Spritzdüse 6 sowie ein Formwerkzeug 7 auf.

Im Ausführungsbeispiel besteht die Mischeinrichtung aus vier Mischelementen 5a—5d, wobei die aufeinanderfolgenden Mischelemente gegeneinander um einen Winkel von 90° verschwenkt sind. An die Maschine 1 ist ein Manometer 8 ange-5 schlössen.

An das in Fig. 2 dargestellte Rohr 4 ist eine Schraubenmutter 9 für die Verbindung mit der Spritzdüse 6 angeschlossen. Im Rohr 4 ist ein Trägerelement 10 für die Halterung der Mischeinrichtung angeordnet.

io In das Rohr kann eine Mischeinrichtung, die aus mehreren Mischelementen besteht, welche z. B. gemäss Fig. 3 oder 4 ausgebildet sein können, eingeschoben werden.

Das in Fig. 3 dargestellte Mischelement 5a', das nur in einem Teilausschnitt dargestellt ist, besteht aus Leitelementen i5 11, die als gewellte Platten ausgebildet sind, welche sich gegenseitig mit ihren Wellenkämmen berühren. Die Strömungskanäle 11' werden hierbei von den Wellen gebildet. Vorteilhaft kann die Mischeinrichtung aus mehreren Mischelementen (vgl. Fig. 1) zusammengesetzt und derart im Mischer angeord-20 net sein, dass die Platten aufeinanderfolgender Mischelemente gegeneinander um einen Winkel von 90° verschwenkt sind.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung in einem Teilausschnitt eine Ausführungsform eines Mischelementes 5 a", dessen Leitelemente 12 eine andere Struktur als die in Fig. 3 25 aufweisen.

Das auf der linken Seite der Fig. 4 dargestellte Leitelement 12 weist einen zentralen Stab 13 auf, von dem vier Reihen von flächigen Zinken 14 abstehen, wobei einander benachbarte Zinkenreihen jeweils einen Winkel einschliessen und die Zin-30 ken 14 des einen Paares von in einander entgegengesetzten Richtungen weisenden Zinkenreihen derartig in bezug auf die Zinken des anderen Paares am Stab versetzt angeordnet sind, dass sich über demselben Stababschnitt, von dem jeweils zwei Zinken des einen Reihenpaares ausgehen, die Querränder 15 35 von zwei zugeordneten Lücken 16 des anderen Reihenpaares erstrecken, und dass die Breiten der Zinken und die Weiten der Lücken derart aufeinander abgestimmt sind, dass Zinken jeden Leitelementes in Lücken benachbarter Leitelemente passend eingreifen, wie dieses aus dem auf der rechten Seite 40 der Fig. 4 dargestellten Mischelement 5a" ersichtlich ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Mischelement 5a" aus drei ineinandergeschobenen Leitelementen 12, die miteinander sich kreuzende Strömungskanäle 17 bilden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Maschine zum Spritzgiessen oder Strangpressen von Kunststoff, in welcher nach einer Schnecke (3) eine statische Mischeinrichtung (5) angeordnet ist, die aus mindestens einem von einem Rohr (4) umschlossenen Mischelement (5a—5d) besteht, das aus Strömungskanäle (11'; 17) bildenden Leitelementen (11; 12) besteht, wobei die Strömungskanäle (11'; 17) zur Rohrachse geneigt angeordnet sind, und sich die von benachbarten, übereinander bzw. in Rohrachsrichtung hintereinander angeordneten Leitelementen (11; 12) gebildeten Strömungskanäle (11'; 17) kreuzen, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Mischeinrichtung (5) einen hydraulischen Durchmesser von höchstens 8 mm aufweist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durchmesser über die ganze Länge der Mischeinrichtung (5) einen konstanten Wert aufweist, der im Bereich von 2—4 mm liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Mischeinrichtung (5) in der Maschine (1) feststehend angeordnet ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durchmesser der Mischeinrichtung (5) mit mehreren Mischelementen (5a-5d) von der Eintrittsseite bis zur Austrittsseite variiert, insbesondere sich verkleinert.

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Mischeinrichtung (5) mindestens zwei aufeinanderfolgende Mischelemente (5a') aufweist, wobei diese gegeneinander um einen Winkel von höchstens 90° verschwenkt sind.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente gewellte Platten (11) sind, welche sich gegenseitig mit ihren Wellenkämmen berühren.

7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Leitelement (12) einen zentralen Stab (13) aufweist, von dem vier Reihen von flächigen Zinken (14) abstehen, wobei einander benachbarte Zinkenreihen jeweils einen Winkel einschliessen und die Zinken (14) des einen Paares von in einander entgegengesetzten Richtungen weisenden Zinkenreihen derartig in bezug auf die Zinken des anderen Paares am Stab versetzt angeordnet sind, dass sich über denselben Stababschnitt, von dem jeweils zwei Zinken des einen Reihenpaares ausgehen, die Querränder (15) von zwei zugeordneten Lücken (16) des anderen Reihenpaares erstrecken, und dass die Breiten der Zinken (14) und die Weiten der Lücken (16) derart aufeinander abgestimmt sind,

dass Zinken jedes Leitelementes in Lücken benachbarter Leitelemente passend eingreifen.