DE102010060130A1 - Mixing device for mixing of inorganic and/or organic e.g. dry blends to extrudable material, has mixing chamber including compression zone attached to mixing zones along direction and discharge zone attached to compression zone - Google Patents

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Abstract

The device (1) has a mixing chamber (4), a rotatable outer mixing- and conveying tool (5) with conveying screws (10, 12) and a dispersing blade (11). A rotatable inner mixing- and conveying tool (2) is provided with conveying screws (13, 15) and a fluidizer blade (14). The mixing chamber has a compression zone (18) attached to mixing zones along a conveyance direction and a discharge zone (23) attached to the compression zone. The mixing zones comprise a material feeding zone (20) and an intensive mixing zone (19) adjacent to the compression zone. An independent claim is also included for a method for mixing a bulk material or a pasty mass to an extrudable material with a mixing device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung anorganischer und/oder organischer Schüttgüter oder pastöser Massen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zum Mischen eines Schüttgutes oder einer pastösen Masse zu einem extrudierfähigen Material.The present invention relates to a mixing device of inorganic and / or organic bulk materials or pasty materials according to the preamble of claim 1, and to a method for mixing a bulk material or a pasty mass into an extrudable material.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei der Herstellung von Produkten aus thermoplastischen Polymeren, diese zur Einstellung bestimmter Produkteigenschaften in der Regel mit Zusatzstoffen zu beaufschlagen. So wird beispielsweise in der Polyvinylchlorid(PVC)-Bearbeitung nahezu ausschließlich mit diskontinuierlichen Mischsystemen gearbeitet, mit welchen über eine Heiz-/Kühlanordnung ein allgemein unter „Dry Blend” bekanntes Gemisch hergestellt wird. Als Dry Blend, eine Trockenmischung, wird beispielsweise ein Gemisch eines Kunststoffpulvers mit Zuschlagstoffen, Flüssigkeiten wie z. B. Weichmacher oder anderen Alternativen bezeichnet. Die Bezeichnung ist vor allem bei der Verarbeitung von PVC üblich. Die Herstellung einer solchen sogenannten Trockenmischung erfolgt üblicherweise in warmen Zustand bei Temperaturen zwischen 110 und 120°C. Dabei wird beispielsweise der Weichmacher vollständig vom PVC absorbiert, sodass nach der Wiederabkühlung der Trockenmischung eine rieselfähige Mischung entsteht.It is known from the prior art, in the production of products made of thermoplastic polymers, to apply these additives to adjust certain product properties as a rule. Thus, for example, working in polyvinyl chloride (PVC) processing almost exclusively with discontinuous mixing systems, with which via a heating / cooling arrangement a generally known "dry blend" mixture is prepared. As a dry blend, a dry blend, for example, a mixture of a plastic powder with additives, liquids such. As plasticizers or other alternatives. The term is common especially in the processing of PVC. The preparation of such a so-called dry mixture is usually carried out in a warm state at temperatures between 110 and 120 ° C. In this case, for example, the plasticizer is completely absorbed by the PVC, so that after the re-cooling of the dry mixture, a free-flowing mixture is formed.

Die Herstellung der für Extrusionsprozesse benötigten Trockenmischungen erfolgt nahezu ausschließlich chargenweise und erfordert einen hohen Aufwand an Energie, Zeit und Maschinentechnik.The preparation of the dry mixtures required for extrusion processes takes place almost exclusively in batches and requires a great deal of energy, time and machine technology.

Versuche, solche mit Zuschlagstoffen wie Weichmacher im Extrusionsprozess direkt zuzugeben, haben sich als nicht praktikabel herausgestellt, da für die Aufnahme durch das Polymer und deren Homogenisierung eine erhebliche Verweilzeit im Extruder benötigt wird.Attempts to directly add those with additives such as plasticizers in the extrusion process, have turned out to be impractical, since for the absorption by the polymer and their homogenization a significant residence time in the extruder is needed.

Durch die Ersetzung des oben beschriebenen konventionellen Mischprozesses durch einen Inline-Prozess könnten viel Platz, Energie und Verarbeitungszeit eingespart werden. So ist aus der CH 421 908 eine Mischapparatur für Misch-, Reaktions- und Lösungsprozesse bekannt, die im Wesentlichen inline, sprich ohne Zwischenlagerung des fertig gemischten Produktes, eingesetzt wird.Replacing the conventional mixing process described above with an in-line process could save a lot of space, energy and processing time. So is out of the CH 421 908 a mixing apparatus for mixing, reaction and solution processes known, which is used essentially inline, that is without intermediate storage of the finished mixed product.

Problematisch ist hier, dass bei dieser Apparatur auf Grund der hohen Viskosität der Voremulsion die zu geringe Förderkapazität dieser Apparatur zu Produkt-Rückstauungen oder zur örtlichen Überhitzung der Emulsion führen kann. Dieses Problem erhöht sich mit zunehmender Temperatur noch, wenn die zu mischenden Substanzen mit steigender Temperatur an Klebrigkeit zunehmen. Ein stabiler Betrieb einer solchen Mischapparatur ist somit nicht gewährleistet.The problem here is that in this apparatus due to the high viscosity of the pre-emulsion, the insufficient delivery capacity of this apparatus can lead to product backwater or local overheating of the emulsion. This problem increases with increasing temperature even if the substances to be mixed increase in tack as the temperature increases. A stable operation of such a mixing apparatus is thus not guaranteed.

Aus der DE 2730283C3 ist eine horizontale Mischvorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten von Pulver- und granulatförmigen thermoplastischen Kunststoffen bekannt, die einen liegenden, rohrförmigen drehbar gelagerten Behälter aufweist, auf dessen Innenfläche Mischwerkzeuge befestigt sind. Durch den Behälter erstreckt sich eine zu der Behälterachse koaxial angeordnete, stufenlos gleich- oder gegenläufig antreibbare Welle, auf der ebenfalls Mischwerkzeuge aus Abschnitten von ein- oder mehrgängigen Schneckenwendeln vorhanden sind. Mit dieser Mischvorrichtung wird erreicht, dass durch die gegenläufige Bewegung der rotierenden Mischwerkzeuge eine gute Misch- und Dispergierwirkung entsteht. Diese Mischeinrichtung ist für gut rieselnde Substanzen geeignet, die während diesem Mischvorganges ihren sogenannten Trockenpunkt erreichen und damit bei der erreichten Endtemperatur nicht kleben bzw. keine unkontrollierten Agglomerate des Produktaustrages bilden, da das fertig gemischte Material frei fallend bzw. rieselnd in eine Extrusionsmaschine geführt wird. Letzteres ist allerdings nicht unter allen Umständen gewährleistet. Beispielsweise verklebt ab einer bestimmten Produkttemperatur oder ab einem bestimmten Gehalt an Weichmacher oder Füllstoff im PVC das Material zunehmend, sodass ein konstanter Austrag des fertig gemischten Materials aus der Apparatur, bis hin zum Verstopfen der Mischeinrichtung, nicht ermöglicht ist.From the DE 2730283C3 a horizontal mixing apparatus is known for the continuous preparation of powder and granular thermoplastic materials, which has a horizontal, tubular rotatably mounted container, on the inner surface of mixing tools are attached. Through the container extends to the container axis coaxially arranged, continuously driven in the same direction or in opposite directions shaft on which also mixing tools from sections of single or multi-start screw flights are available. With this mixing device it is achieved that a good mixing and dispersing effect is created by the opposite movement of the rotating mixing tools. This mixing device is suitable for well-trickling substances which reach their so-called dry point during this mixing process and thus do not stick at the final temperature reached or form no uncontrolled agglomerates of the product discharge since the ready-mixed material is passed freely falling or trickling into an extrusion machine. The latter is not guaranteed under all circumstances. For example, from a certain product temperature or from a certain content of plasticizer or filler in the PVC, the material increasingly sticks, so that a constant discharge of the completely mixed material from the apparatus, up to the clogging of the mixing device, is not possible.

Da in der Praxis sowohl der Einsatz hoher Gehalte an schlecht fließenden, Brücken bildenden Substanzen und Flüssigkeiten als auch hohe Temperaturen gängige Praxis sind, ist dieses System in seinem Einsatzspektrum stark begrenzt.Since in practice both the use of high contents of poorly flowing bridging substances and liquids and high temperatures are common practice, this system is very limited in its range of applications.

Die bei der Friktion entstehenden hohen Temperaturen werden in der Regel nicht nur benötigt, um eine homogene PVC-Mischung mit Additiven und Flüssigkeiten zu gewährleisten, sondern auch, um den Energieverbrauch während des direkt nachfolgenden Aufschmelzvorganges zu reduzieren.The high temperatures created during the friction are usually not only needed to ensure a homogeneous PVC mixture with additives and liquids, but also to reduce the energy consumption during the direct subsequent melting process.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mischvorrichtung sowie ein Verfahren zum Mischen eines Schüttgutes oder einer pastösen Masse zu einem extrudierfähigen Material bereit zu stellen, dass eine dauerhafte kontinuierliche Fahrweise bei geringen Energiekosten sowie geringer Verarbeitungszeit ermöglicht.Object of the present invention is to provide a mixing device and a method for mixing a bulk material or a pasty mass to an extrudable material that allows a continuous continuous operation with low energy costs and low processing time.

Diese Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 16 gelöst.This object is achieved by a mixing device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 16.

Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung weist einen Mischbehälter mit einer Mischkammer auf, ein drehbares Außenmisch- und Förderwerkzeug mit Scher- und Förderelementen sowie ein drehbares Innenmisch- und Förderwerkzeug mit Scher- und Förderelementen, wobei die Mischkammer eine sich an eine Mischzone in Förderrichtung anschließende Kompressionszone sowie eine sich an die Kompressionszone anschließende Austragzone aufweist. The mixing device according to the invention comprises a mixing container with a mixing chamber, a rotatable external mixing and conveying tool with shear and conveying elements and a rotatable internal mixing and conveying tool with shear and conveying elements, wherein the mixing chamber adjoining a mixing zone in the conveying direction compression zone and a Having on the compression zone subsequent discharge zone.

Mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist ein stabiler, konstanter Produktionsbetrieb ermöglicht, durch den in einem Prozess drastische Einsparungen an Platz, Energieverbrauch sowie Verarbeitungszeit ermöglicht sind. Auch die Investitionskosten für Maschinen, Anlagen und Gebäude lassen sich deutlich reduzieren. Des Weiteren wird das Materialhandling vereinfacht und Entmischungen, wie sie im Batch-Mischprozess vorkommen können, werden hier vermieden. Auch der Personalaufwand zum Bedienen einer solchen Mischvorrichtung und zum Betreiben des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt weniger Personal als bei der Batch Fahrweise.With the mixing device according to the invention, a stable, constant production operation is made possible by which in a process drastic savings in space, energy consumption and processing time are possible. The investment costs for machines, plants and buildings can be significantly reduced. It also simplifies material handling and eliminates the segregation that can occur in the batch mixing process. Also, the personnel costs for operating such a mixing device and for operating the method according to the invention requires less staff than in the batch mode.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Misch- und Förderwerkzeuge als zwei gleich und gegenläufig betreibbare Misch- und Förderwerkzeuge ausgebildet.According to a preferred embodiment variant, the mixing and conveying tools are designed as two equal and in opposite directions operable mixing and conveying tools.

Durch die einstellbaren Drehrichtungen können stets konstante Produktionsbetriebe gewährleistet werden, selbst bei Substanzen, welche schlecht fließend, Brücken bildend oder klebrig sind.The adjustable direction of rotation ensures constant production, even with substances that are poorly flowing, bridging or sticky.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Austrittszone als Stopfwerk ausgebildet, durch das eine Radialbewegung des Mischgutes reduziert und durch eine Axialbewegung das Mischgut in den Extruder hinein gefördert wird.According to a further embodiment variant, the exit zone is designed as a stuffing unit, by which a radial movement of the mixed material is reduced and the mixed material is conveyed into the extruder by an axial movement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Mischvorrichtung sind die Scherelemente des Außenmisch- und Förderwerkzeuges winklig zu den Scherelementen des Innenmisch- und Förderwerkzeuges ausgerichtet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind diese Scherwinkel der zusammenwirkenden Scherelemente verstellbar ausgebildet. Zusätzlich ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Mischvorrichtung das Außenmisch- und Förderwerkzeug und/oder das Innenmisch- und Förderwerkzeug axial verschiebbar ausgebildet, um die Spaltbreite zwischen den Scherelementen verändern zu können, um die Dispergierung zu beeinflussen und somit ein Auftreten von lokalen Temperaturspitzen bei der Durchmischung wirksam zu vermeiden.According to a further preferred embodiment of the mixing device, the shearing elements of the external mixing and conveying tool are aligned at an angle to the shearing elements of the internal mixing and conveying tool. In a particularly preferred embodiment, these shear angles of the interacting shear elements are adjustable. In addition, according to a further embodiment of the mixing device, the external mixing and conveying tool and / or the internal mixing and conveying tool formed axially displaceable to change the gap width between the shear elements can to influence the dispersion and thus an occurrence of local temperature peaks during mixing to avoid effectively.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Mischen eines Schüttgutes oder einer pastösen Masse zu einem extrudierfähigen Material wird zunächst das zu mischende Schüttgut oder die pastöse Masse in die Mischzone der oben beschriebenen Mischvorrichtung eingezogen, dass Mischgut wird dann homogenisiert, anschließend dispergiert bzw. geliert und vor der Weitergabe in den Extruder zunächst komprimiert und anschließend gestopft, wobei sämtliche Verfahrensschritte kontinuierlich in einem Temperaturzyklus durchgeführt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nunmehr ermöglicht, ein extrudierfähiges Material durch Mischen eines Schüttgutes oder einer pastösen Masse herzustellen, ohne die energie-, zeit- und maschinentechnisch aufwändigen Verfahrensschritte eines Batchprozesses, wie eingangs beschrieben, auf sich nehmen zu müssen.In the method according to the invention for mixing a bulk material or a pasty mass into an extrudable material, the bulk material or the pasty mass to be mixed is first drawn into the mixing zone of the mixing device described above, that the mixture is then homogenized, then dispersed or gelled and before passing initially compressed in the extruder and then stuffed, all the steps are carried out continuously in a temperature cycle. By the method according to the invention it is now possible to produce an extrudable material by mixing a bulk material or a pasty mass, without having to take on the energy, time and machine technically complex process steps of a batch process, as described above.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung, 1 a side sectional view of an embodiment of a mixing device according to the invention,

2 eine Schnittansicht durch die Mischvorrichtung aus 1 entlang der Linie A-A, 2 a sectional view through the mixing device 1 along the line AA,

3 eine Schnittansicht durch die Mischvorrichtung aus 1 entlang einer Linie B-B, 3 a sectional view through the mixing device 1 along a line BB,

4 eine Schnittansicht durch die Mischvorrichtung aus 1 entlang einer Linie C-C, 4 a sectional view through the mixing device 1 along a line CC,

5 eine Ausschnittsvergrößerung eines mit D bezeichneten Ausschnitts der Mischvorrichtung aus 1, 5 an enlarged detail of a designated D section of the mixing device 1 .

6 eine Seitenschnittansicht einer vertikal stehenden Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung und 6 a side sectional view of a vertically standing embodiment of a mixing device according to the invention and

7 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsvariante einer waagerecht ausgelegten erfindungsgemäßen Mischvorrichtung. 7 a sectional view of another embodiment of a horizontally designed mixing device according to the invention.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Mischvorrichtung und anderer Teile. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.In the following description of the figures, terms such as top, bottom, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the mixing device and other parts selected in the respective figures. These terms are not intended to be limiting, that is to say, by different working positions or the mirror-symmetrical design or the like, these references may change.

In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung zum Mischen anorganischer und/oder organischer Schüttgüter und pastöser Massen bezeichnet. Die Mischvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer in einem Gehäuse 7 untergebrachten Mischkammer 4 zur Aufnahme des zu mischenden Mischgutes, an der an einem Ende ein Einführstutzen 6 zur kontinuierlichen Einfüllung des zu mischenden Mischgutes angeordnet ist. An der Stirnseite am anderen Ende der Mischkammer 4 befindet sich eine Auslassöffnung, aus der das fertig gemischte extrusionsfähige Material hinaus in einen an die Mischvorrichtung angeschlossenen Extruder 16 gefördert wird.In 1 is with the reference numeral 1 Overall, a first embodiment of a Mixing device according to the invention for mixing inorganic and / or organic bulk materials and pasty masses called. The mixing device 1 consists essentially of one in a housing 7 accommodated mixing chamber 4 for receiving the mixed material to be mixed, at the one end of an insertion 6 is arranged for continuous filling of the mixing material to be mixed. At the front end at the other end of the mixing chamber 4 there is an outlet opening from which the ready-mixed extrudable material out into an extruder connected to the mixing device 16 is encouraged.

Zentral in der Mischkammer 4 ist ein drehbares Innenmisch- und Förderwerkzeug 2 mit Förder- und Scherelementen 13, 14, 15 in Gestalt einer Innenwelle angeordnet, die sich durch die gesamte Mischkammer 4 hindurch bis in den an die Mischvorrichtung angeschlossenen Extruder 16 erstreckt. Diese Innenwelle ist bevorzugt als Hohlwelle mit Austrittsöffnungen ausgebildet, wobei durch die Austrittöffnungen eine Flüssigkeitseinspeisung in die Mischkammer hinein ermöglicht ist. Des Weiteren ist in der Mischkammer 4 ein drehbares Außenmisch- und Förderwerkzeug 5 mit Förder- und Scherelementen 10, 11, 12 eingelassen, dass das Innenmisch- und Förderwerkzeug 2 konzentrisch umgibt und das im Wesentlichen als Hohlzylinder oder Käfig ausgebildet ist, an dessen Innenwänden die Förder- und Scherelemente 10, 11, 12 befestigt sind.Central in the mixing chamber 4 is a rotatable internal mixing and conveying tool 2 with conveyor and shear elements 13 . 14 . 15 arranged in the form of an inner shaft, extending through the entire mixing chamber 4 through to the extruder connected to the mixing device 16 extends. This inner shaft is preferably formed as a hollow shaft with outlet openings, wherein a liquid feed into the mixing chamber is made possible through the outlet openings. Furthermore, in the mixing chamber 4 a rotatable external mixing and conveying tool 5 with conveyor and shear elements 10 . 11 . 12 let in that the internal mixing and conveying tool 2 concentrically surrounds and which is formed substantially as a hollow cylinder or cage, on the inner walls of the conveyor and shear elements 10 . 11 . 12 are attached.

Die Mischkammer 4 ist in mehrere Verfahrenszonen unterteilt. So befindet sich unterhalb des Einfüllstutzens 6 eine Mischzone 19, 20, welche vorzugsweise in eine Vormischzone 20 mit integriertem Materialeinzug sowie eine sich in Förderrichtung anschließenden Intensivmischzone 19 unterteilt ist. Wie in der Detaildarstellung in 2 gezeigt ist, wird der in der Vormischzone 20 stattfindende Materialeinzug durch eine Förderschnecke 13 auf der Innenwelle des Innenmisch- und Förderwerkzeugs 2 sowie durch eine Förderschnecke 10 auf der Innenwand des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 erreicht. Bevorzugt kann dabei durch eine Einstellbarkeit der Drehzahl des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 und/oder des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 eine gewünschte Bandbreite im Materialdurchsatz eingestellt werden. Dabei wird durch eine höhere Drehzahl der Schnecke 13 des Innenmisch und Förderwerkzeuges 2 gegenüber der Förderschnecke 13 des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 der Einzug des Materials nach innen gefördert und, bedingt durch die Ausgestaltung der Geometrie der Förderschnecken 10, 13, in Förderrichtung in die Intensivmischzone 19 transportiert.The mixing chamber 4 is divided into several process zones. This is below the filler neck 6 a mixing zone 19 . 20 , which preferably in a premixing zone 20 with integrated material intake as well as an intensive mixing zone following in the conveying direction 19 is divided. As in the detailed presentation in 2 is shown in the premix zone 20 taking place material feed by a screw conveyor 13 on the inner shaft of the internal mixing and conveying tool 2 and by a screw conveyor 10 on the inner wall of the external mixing and conveying tool 5 reached. Preference can be given by adjustability of the speed of the internal mixing and conveying tool 2 and / or the external mixing and conveying tool 5 a desired bandwidth can be set in the material throughput. This is due to a higher speed of the screw 13 of the internal mixing and conveying tool 2 opposite the auger 13 of the external mixing and conveying tool 5 the intake of the material conveyed inwards and, due to the configuration of the geometry of the screw conveyor 10 . 13 , in conveying direction in the intensive mixing zone 19 transported.

Zum Einbringen des zu mischenden Materials von dem Einfüllstutzen 6 in die Mischkammer 4 hinein und in den Innenraum des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 ist der Einfüllstutzen 6 bevorzugt in eine Öffnung in dem Gehäuse 7 der Mischvorrichtung 1 integriert; die Außenwand des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 ist im Bereich des Einfüllstutzens 6 vorzugsweise mit Einfüllschlitzen 8 versehen, sodass das zu mischende Material durch die Einfüllschlitze 8 in die Mischkammer 4 gelangen kann.For introducing the material to be mixed from the filler neck 6 into the mixing chamber 4 into and into the interior of the external mixing and conveying tool 5 is the filler neck 6 preferably in an opening in the housing 7 the mixing device 1 integrated; the outer wall of the external mixing and conveying tool 5 is in the area of the filler neck 6 preferably with filling slots 8th provided so that the material to be mixed through the filling slots 8th into the mixing chamber 4 can get.

In der Intensivmischzone 19 sind, wie auch in der in 3 gezeigten Detailansicht zu erkennen ist, an der Innenwand des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 bevorzugt als Dispergierschaufeln ausgebildete Scherelemente 11 angeordnet und auf der Mantelfläche des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 sind bevorzugt als Fluidisierflügel ausgebildete Scherelemente 14 angeordnet. Sowohl die Fluidisierflügel als auch die Dispergierschaufeln sind durch eine strömungsbegünstigte Form selbstreinigend und hoch dispergierend.In the intensive mixing zone 19 are, as well as in the 3 shown detail view can be seen on the inner wall of the external mixing and conveying tool 5 preferably shear elements designed as dispersing blades 11 arranged and on the lateral surface of the internal mixing and conveying tool 2 are preferably designed as fluidizing shear elements 14 arranged. Both the fluidising blades and the dispersing blades are self-cleaning and highly dispersing by a flow-favored form.

Zur Beeinflussung der Dispergierung sind die Scherelemente 11 des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 winklig zu den Scherelementen 14 des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 ausgerichtet, wie es in der 5 gezeigten Detaildarstellung beispielhaft gezeigt ist. Bevorzugt liegt dieser Scherwinkel β zwischen 1,5° und 30°C, insbesondere zwischen 1,5° und 15°C. Dabei sind gemäß einer Ausführungsvariante der Mischvorrichtung 1 die Scherelemente 11, 14 in einem vorbestimmten Winkel β montiert, bevorzugt ist es jedoch, die Mischvorrichtung 1 so auszugestalten, dass die Scherwinkel β der zusammenwirkenden Scherelemente 11, 14 verstellbar ausgebildet sind.To influence the dispersion are the shear elements 11 of the external mixing and conveying tool 5 angled to the shear elements 14 of the internal mixing and conveying tool 2 aligned as it is in the 5 shown detail is shown as an example. This shear angle β is preferably between 1.5 ° and 30 ° C., in particular between 1.5 ° and 15 ° C. In this case, according to an embodiment variant of the mixing device 1 the shear elements 11 . 14 mounted at a predetermined angle β, but it is preferred, the mixing device 1 to design so that the shear angle β of the cooperating shear elements 11 . 14 are designed adjustable.

Eine weitere wichtige Größe zur Beeinflussung der Dispergierung ist der Scherspalte zwischen den Fluidisierflügeln und den Dispergierschaufeln. Diese kann entweder auf ein vorbestimmtes Maß festgelegt werden oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Mischvorrichtung 1 durch eine axiale Verschiebbarkeit des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 und oder des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 verändert werden. Insbesondere die beiden oben genannten Verstellmöglichkeiten sorgen für einen konstanten Produktionsbetrieb und verhindern das Auftreten von unerwünschten lokalen Temperaturspitzen im Mischmaterial.Another important factor for influencing the dispersion is the shear gap between the fluidizing blades and the dispersing blades. This can either be set to a predetermined level or according to a preferred embodiment of the mixing device 1 by an axial displaceability of the external mixing and conveying tool 5 and or the internal mixing and conveying tool 2 to be changed. In particular, the two adjustment possibilities mentioned above ensure a constant production operation and prevent the occurrence of undesirable local temperature peaks in the mixed material.

In Förderrichtung der Mischvorrichtung 1 schließt sich an die Intensivmischzone 19 eine Kompressionszone 18 an, in der das in der Intensivmischzone 19 aufgelockerte Mischmaterial verdichtet wird. Ein Querschnitt in einer Detailansicht dieses Bereiches zeigt 4. Dazu ist das Außenmisch- und Förderwerkzeug 5 und die Innenwand 21 der Mischkammer 4 so geformt, dass die sich konusförmig an die Kompressionszone 18 anschließende Austragszone 23 hin verjüngend ausgebildet ist. Durch die konische Verengung verdichtet sich bei gleich bleibendem Volumenstrom des in der Mischzone 19, 20 gemischten Materials, zu einer homogenen förderfähigen Schüttgut- oder pastösen Masse, beispielsweise eines Dry Blends, wobei eine Entmischung durch die gleichmäßige Förderung des gesamten Volumens wirksam verhindert wird. An der Innenwand des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 sowie auf den Mantel des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 sind dabei jeweils Förderschnecken 12, 15 angeordnet, deren radiale Erstreckung der konischen Gestaltung der Kompressionszone 18 entsprechend angepasst ist. Die Drehrichtung des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 und des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 ist in der Kompressionszone 18 bevorzugt gleichsinnig, kann aber in einer Ausführungsvariante auch gegensinnig einstellbar sein, um eventuell auftretenden Materialverstopfungen in der Verjüngung beseitigen zu können.In the conveying direction of the mixing device 1 joins the intensive mixing zone 19 a compression zone 18 in that in the intensive mixing zone 19 loosened mixed material is compacted. A cross-section in a detail view of this area shows 4 , This is the external mixing and conveying tool 5 and the inner wall 21 the mixing chamber 4 shaped so that it tapers to the compression zone 18 subsequent discharge zone 23 is tapered towards. By the conical Constriction condenses at the same volume flow in the mixing zone 19 . 20 mixed material to a homogeneous eligible bulk or pasty mass, such as a dry blend, with a segregation is effectively prevented by the uniform promotion of the entire volume. On the inner wall of the external mixing and conveying tool 5 as well as on the jacket of the internal mixing and conveying tool 2 are each augers 12 . 15 arranged, the radial extent of the conical shape of the compression zone 18 is adjusted accordingly. The direction of rotation of the internal mixing and conveying tool 2 and the external mixing and conveying tool 5 is in the compression zone 18 preferably in the same direction, but in one embodiment can also be adjusted in opposite directions in order to eliminate any material clogging occurring in the taper can.

Die sich an die Kompressionszone in Förderrichtung anschließende Austragszone 23 ist bevorzugt als Stopfwerk ausgebildet. Diese Baugruppe fördert das fertig gemischte Material kontinuierlich in den über einen Anschlusskopf 22 an das Stopfwerk angeschlossenen Extruder 16. Das fertig gemischte extrudierfähige Material ist in der Austragszone 23 verdichtet und durch die Erstreckung des Innenmisch- und Förderwerkzeuges 2 mit der auf seinem Außenmantel angebrachten Förderschnecke 15 wird eine Radialbewegung des Mischmaterials reduziert und eine Axialbewegung hin zum Extruder 16 gefördert. Die Austragszone 23 ist dabei derart ausgebildet, dass das Mischgut in Förderrichtung entlang der Längsachse der Mischvorrichtung austragbar ist. Der Anschlusskopf 22 stellt die Schnittfläche zum Extruder 16 dar, wobei die Montagesituation am Extruder 16 dem jeweiligen Extrudertyp angepasst wird.The subsequent to the compression zone in the conveying direction discharge zone 23 is preferably designed as Stopfwerk. This assembly continuously conveys the fully mixed material into the via a connection head 22 to the Stopfwerk connected extruder 16 , The ready mixed extrudable material is in the discharge zone 23 compacted and by the extension of the internal mixing and conveying tool 2 with the auger mounted on its outer shell 15 a radial movement of the mixed material is reduced and an axial movement towards the extruder 16 promoted. The discharge zone 23 is designed such that the mix in the conveying direction along the longitudinal axis of the mixing device can be discharged. The connection head 22 sets the cut surface to the extruder 16 showing the mounting situation on the extruder 16 adapted to the respective extruder type.

In den 6 und 7 sind weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 1 gezeigt, wobei die in 6 geführte Ausführungsvariante eine senkrecht aufgestellte Mischvorrichtung 1 und 7 eine weitere Ausgestaltung einer waagerecht aufgestellten Mischvorrichtung zeigt.In the 6 and 7 are further embodiments of a mixing device according to the invention 1 shown, with the in 6 Guided embodiment, a vertically upright mixing device 1 and 7 shows a further embodiment of a horizontally mounted mixing device.

Die in 6 gezeigte senkrecht ausgestellte Mischvorrichtung entspricht dabei im Wesentlichen der oben beschriebenen waagerecht aufgestellten Mischvorrichtung 1. Unterschiede zwischen den beiden Varianten sind nur konstruktiv bedingt durch die vertikale und horizontale Lage notwendig. Beispielsweise ist der Einfüllstutzen 6 hier nicht in das Gehäuse 7 der Mischvorrichtung 1 integriert, sondern an einer Stirnseite der Mischkammer 4 vorgesehen, in die auch das Innenmisch- und Förderwerkzeug 2 eingelassen ist. Auch die Lager und Abdichtungen der drehenden Teile sind der Ausrichtung der Vorrichtung entsprechend angepasst.In the 6 shown vertically issued mixing device corresponds substantially to the above-described horizontally mounted mixing device 1 , Differences between the two variants are only necessary due to the vertical and horizontal position. For example, the filler neck 6 not here in the case 7 the mixing device 1 integrated, but at one end of the mixing chamber 4 provided, in which also the internal mixing and conveying tool 2 is admitted. The bearings and seals of the rotating parts are adapted to the orientation of the device accordingly.

Die in 7 gezeigte Ausführungsvariante der Mischvorrichtung 1 unterscheidet sich im Wesentlichen von der in 1 gezeigten Ausführungsvariante der Mischvorrichtung 1 durch die Formgestaltung des Außenmisch- und Förderwerkzeuges 5 und der Anordnung der Drehlager 9, mit der das Außenmisch- und Förderwerkzeug 5 angetrieben wird.In the 7 shown embodiment of the mixing device 1 is essentially different from the one in 1 shown embodiment of the mixing device 1 through the design of the external mixing and conveying tool 5 and the arrangement of the pivot bearing 9 with which the external mixing and conveying tool 5 is driven.

Es ist außerdem vorgesehen, dass sich der Mischbehälter 4 zumindest teilweise öffnen lässt, um eine Reinigung der Mischvorrichtung 1, insbesondere bei einem Wechsel des zu mischenden Mischgutes zu erleichtern.It is also envisaged that the mixing container 4 at least partially open to a cleaning of the mixing device 1 especially to facilitate a change of the mixed material to be mixed.

Mit der oben beschriebenen Mischvorrichtung 1 ist es ermöglicht, ein Verfahren zum Mischen des Schüttgutes oder einer pastösen Massen zu einem extrudierfähigen Material mit den folgenden Verfahrensschritten durchzuführen: Dabei wird zunächst das zu mischende Schüttgut bzw. die pastöse Masse in die Mischkammer 4 eingezogen. Anschließend wird das Mischgut vor allem in der Vormischzone 20 homogenisiert, anschließend in der Intensivmischzone 19 dispergiert bzw. geliert und daraufhin in der Kompressionszone 19 komprimiert. In der Austragszone 23 erfolgt dann das Stopfen des Mischgutes in den angeschlossenen Extruder 16. Sämtliche Verfahrensschritte werden dabei kontinuierlich in einem einzigen Temperaturzyklus durchgeführt. Ein zwischenzeitliches Abkühlen und anschließendes Wiederaufheizen des Mischgutes, wie es beim Batch-Verfahren notwendig ist, ist hier nicht nötig.With the mixing device described above 1 it is possible to carry out a method for mixing the bulk material or a pasty masses to an extrudable material with the following steps: Here, first, the bulk material to be mixed or the pasty mass in the mixing chamber 4 moved in. Subsequently, the mix is mainly in the premixing zone 20 homogenised, then in the intensive mixing zone 19 dispersed or gelled and then in the compression zone 19 compressed. In the discharge zone 23 Then the stuffing of the mixed material in the connected extruder 16 , All process steps are carried out continuously in a single temperature cycle. An interim cooling and subsequent reheating of the mix, as it is necessary in the batch process, is not necessary here.

Mit der vorgestellten Mischvorrichtung und dem Mischverfahren ist ein konstanter Produktionsbetrieb gewährleistet, auch bei Substanzen, die schlecht fließend, Brücken bildend oder klebrig sind und dies gilt sowohl für den Betrieb bei Raumtemperatur als auch für den Betrieb bei erhöhten Temperaturen von bis zu 200°C.Constant production operation is ensured with the mixing device and mixing process presented, even for substances that are poorly flowing, bridging or tacky, both for operation at room temperature and for operation at elevated temperatures of up to 200 ° C.

Die Mischvorrichtung dient insbesondere zur kontinuierlichen Förderung, Mischung und Dosierung von PVC Dry Blend direkt in einen Extruder zur Endverarbeitung. Sie kann sowohl senkrecht als auch waagerecht aufgestellt werden und arbeitet grundsätzlich mit zwei im Normalbetrieb gegenläufigen Mischwerkzeugen. Die beiden Drehlager 9 können dabei durch Frequenzregelung mit unterschiedlichen Drehzahlen und Drehrichtungen gefahren werden, sodass die Mischvorrichtung stufenlos bewegbar ist und sowohl gleich- als auch gegenläufig betrieben werden kann.The mixing device serves in particular for the continuous conveying, mixing and metering of PVC Dry Blend directly into an extruder for final processing. It can be installed both vertically and horizontally and works basically with two counter-rotating mixing tools in normal operation. The two pivot bearings 9 can be driven by frequency control with different speeds and directions of rotation, so that the mixing device is continuously movable and can be operated both in the same direction and in opposite directions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Mischvorrichtungmixing device
22
Innenwelle/Innenmisch- und FörderelementInner shaft / internal mixing and conveying element
33
Drehlagerpivot bearing
44
Mischbehältermixing tank
5 5
Außenmisch- und FörderelementExternal mixing and conveying element
66
Einfüllstutzenfiller pipe
77
Gehäusecasing
88th
Einfüllschlitzloading slit
99
Drehlagerpivot bearing
1010
FörderschneckeAuger
1111
Dispergierschaufeldisperser
1212
FörderschneckeAuger
1313
FörderschneckeAuger
1414
FluidisierflügelFluidisierflügel
1515
FörderschneckeAuger
1616
Extruderextruder
1717
konisches Endstückconical tail
1818
Kompressionszonecompression zone
1919
Mischzonemixing zone
2020
Materialeinzugmaterial feed
2121
konische Außenwandconical outer wall
2222
Anschlusskopfconnection head
2323
Austragszone, StopfwerkDischarge zone, Stopfwerk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • CH 421908 [0005] CH 421908 [0005]
  • DE 2730283 C3 [0007] DE 2730283 C3 [0007]

Claims (16)

Mischvorrichtung (1) zum Mischen anorganischer und/oder organischer Schüttgüter und pastöser Massen, aufweisend – eine Mischkammer (4), – ein drehbares Außenmisch- und Förderwerkzeug (5) mit Scher- und Förderelementen (10, 11, 12), – ein drehbares Innenmisch- und Förderwerkzeug (2) mit Scher- und Förderelementen (13, 14, 15), dadurch gekennzeichnet, dass – die Mischkammer (4) eine sich an eine Mischzone (19, 20) in Förderrichtung anschließende Kompressionszone (18) sowie eine sich an die Kompressionszone (18) anschließende Austragszone (23) aufweist.Mixing device ( 1 ) for mixing inorganic and / or organic bulk materials and pasty masses, comprising - a mixing chamber ( 4 ), - a rotatable external mixing and conveying tool ( 5 ) with shear and conveying elements ( 10 . 11 . 12 ), - a rotatable internal mixing and conveying tool ( 2 ) with shear and conveying elements ( 13 . 14 . 15 ), characterized in that - the mixing chamber ( 4 ) one to a mixing zone ( 19 . 20 ) in the conveying direction subsequent compression zone ( 18 ) and one to the compression zone ( 18 ) subsequent discharge zone ( 23 ) having. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Förderwerkzeuge (2, 5) als zwei gleich- und gegenläufig betreibbare Misch- und Förderwerkzeuge (2, 5) ausgebildet sind.Mixing device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the mixing and conveying tools ( 2 . 5 ) as two equal and in opposite directions operable mixing and conveying tools ( 2 . 5 ) are formed. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzone (19, 20) eine Materialeinzugszone (20) und eine der Kompressionszone (18) benachbarte Intensivmischzone (19) aufweist.Mixing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the mixing zone ( 19 . 20 ) a material feed zone ( 20 ) and one of the compression zones ( 18 ) adjacent intensive mixing zone ( 19 ) having. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scher- und Förderelemente (10, 11, 12, 13, 14, 15) in der Materialeinzugszone (20) als Förderschnecken (10, 13), in der Intensivmischzone (19) als Dispergierschaufeln (11) und Fluidisierflügel (14) und in der Kompressionszone (18) und der Austragszone (23) als Förderschnecken (12, 15) ausgebildet sind.Mixing device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the shearing and conveying elements ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 . 15 ) in the material feed zone ( 20 ) as screw conveyors ( 10 . 13 ), in the intensive mixed zone ( 19 ) as dispersing blades ( 11 ) and fluidising blades ( 14 ) and in the compression zone ( 18 ) and the discharge zone ( 23 ) as screw conveyors ( 12 . 15 ) are formed. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragszone (23) derart ausgebildet ist, dass das Mischgut in Förderrichtung entlang der Längsachse der Mischvorrichtung austragbar ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge zone ( 23 ) is designed such that the mix in the conveying direction along the longitudinal axis of the mixing device can be discharged. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragszone (23) als Stopfwerk ausgebildet ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge zone ( 23 ) is designed as Stopfwerk. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzone (19, 20) eine Materialeinzugszone (20) und eine der Kompressionszone (18) benachbarte Intensivmischzone (19) aufweist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing zone ( 19 . 20 ) a material feed zone ( 20 ) and one of the compression zones ( 18 ) adjacent intensive mixing zone ( 19 ) having. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Kompressionszone (18) ausgebildete Bereich der Mischkammer (4) sich konusförmig zur Austragszone (23) hin verjüngend ausgebildet ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compression zone ( 18 ) formed area of the mixing chamber ( 4 ) is cone-shaped to the discharge zone ( 23 ) is tapered towards. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart aufstellbar ist, dass die Mischkammer (4) bezüglich ihrer Längsachse horizontal oder vertikal aufstellbar ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it can be set up in such a way that the mixing chamber ( 4 ) is horizontally or vertically set up with respect to its longitudinal axis. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherelemente (11) des Außenmisch- und Förderwerkzeugs (5) winklig zu den Scherelementen (14) des Innenmisch- und Förderwerkzeugs (2) ausgerichtet sind.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shearing elements ( 11 ) of the external mixing and conveying tool ( 5 ) at an angle to the shear elements ( 14 ) of the internal mixing and conveying tool ( 2 ) are aligned. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherelemente (11) des Außenmisch- und Förderwerkzeugs (5) in einem Scherwinkelbereich β von 1,5 bis 30 Grad zu den Scherelementen (14) des Innenmisch- und Förderwerkzeugs (2) ausgerichtet sind.Mixing device ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the shearing elements ( 11 ) of the external mixing and conveying tool ( 5 ) in a shear angle range β of 1.5 to 30 degrees to the shear elements ( 14 ) of the internal mixing and conveying tool ( 2 ) are aligned. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherwinkel β der zusammenwirkenden Scherelemente (11, 14) verstellbar ausgebildet sind.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shear angles β of the cooperating shear elements ( 11 . 14 ) are adjustable. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Außenmisch- und Förderwerkzeugs (5) und/oder des Innenmisch- und Förderwerkzeugs (2) einstellbar ausgebildet sind.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotational speed of the external mixing and conveying tool ( 5 ) and / or the internal mixing and conveying tool ( 2 ) are formed adjustable. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenmisch- und Förderwerkzeug (5) und/oder das Innenmisch- und Förderwerkzeug (2) axial verschiebbar ausgebildet sind.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the external mixing and conveying tool ( 5 ) and / or the internal mixing and conveying tool ( 2 ) are formed axially displaceable. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbehälter (4) zumindest teilweise öffenbar ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing container ( 4 ) is at least partially openable. Verfahren zum Mischen eines Schüttgutes oder einer pastösen Masse zu einem extrudierfähigen Material mit einer Mischvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend die Verfahrensschritte: – Einziehen des zu mischenden Schüttgutes oder der pastösen Masse, – Homogenisieren des Mischgutes, – Dispergieren/Gelieren des Mischgutes, – Komprimieren des Mischgutes, – Stopfen des Mischgutes, wobei sämtliche Verfahrensschritte kontinuierlich in einem Temperaturzyklus durchgeführt werden.Method for mixing a bulk material or a pasty mass into an extrudable material with a mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising the process steps: - drawing in of the bulk material or pasty mass to be mixed, - homogenizing the mixed material, - dispersing / gelling the mixed material, - compressing the mixed material, - stopping the mixed material, wherein all process steps continuously in one Temperature cycle are performed.
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