DE2327540A1 - Mixing unit for screw extruder - comprising coaxial rotary mixing sleeve, driven at differential angular velocity - Google Patents
Mixing unit for screw extruder - comprising coaxial rotary mixing sleeve, driven at differential angular velocityInfo
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Abstract
Description
Mischelement an der Schneckenspitze einer thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Schneckenpresse Die Erfindung betrifft ein Mischelement an der Schneckenspitze einer thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Schneckenpresse mit einer in einem zylindrischen Schneckengehäuse umlaufenden Plastifizier- und Förderschnecke sowie einem umlaufenden, zylindrischen Knetelement Vorrichtungen zum Mischen, Kneten und Homogenisieren thermoplastischer Kunststoffschmelzen in Schneckenpressen sind bereits in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Allen gemeinsam ist die zeitweilige Verengung und ans chließ ende Erweiterung des Strömungsquerschnittes für den plastifizierten Kunststoff auf dem Wege durch die Schneckenpresse. Durch die Verengung des Strömungsquerschnittes wird der Druck in der Schmelze vor der Verengung erhöht und dadurch unvollkommen aufgeschmolzene Kunststoffteilchen plastifiziert0 Außerdem tritt im Bereich der Verengung eine zusätzliche Erwärmung der Schmelze durch Scherbeanspruchung auf, die den Homogenisierungsvorgang unterstützt.Mixing element at the screw tip of a thermoplastic processing screw press The invention relates to a mixing element at the screw tip a screw press processing thermoplastics with one in one cylindrical screw housing revolving plasticizing and conveying screw as well a rotating, cylindrical kneading element devices for mixing, kneading and Homogenizing thermoplastic plastic melts in screw presses are already happening known in numerous embodiments. What they all have in common is the temporary narrowing and then widening the flow cross-section for the plasticized one Plastic on its way through the screw press. By narrowing the flow cross-section the pressure in the melt before the constriction is increased and therefore imperfect Melted plastic particles plasticized0 In addition, occurs in the area of the Constriction an additional heating of the melt due to shear stress, which supports the homogenization process.
Außer dem sogenannten inneren Mischeffekt durch das Schergefälle in einem engen zylindrischen Spalt wird oftmals zusätzlich eine äußere Knetwirkung durch Stauelemente ausgenutzt.In addition to the so-called internal mixing effect due to the shear rate in a narrow cylindrical gap is often an additional external kneading effect exploited by damming elements.
So ist es beispielsweise bekannt, im Bereich des Schneckenkopfes Stauscheiben anzuordnen, die entweder mit der Schnecke verbunden sind und mitrotieren oder feststehend im Schneckengehäuse angeordnet sind. Nachteilig ist bei diesen Ausführungsformen, daß die Kunststoffschmelze im Spalt zwischen feststehendem und rotierendem Maschinenteil einer starken Scherbeanspruchung unterworfen wird. Eine zu starke Scherbeanspruchung ist aber im allgemeinen zu vermeiden, da sie zur Schädigung des Kunststoffs insbesondere zum Abbau zu einem niedermolekularen Produkt führen kann.It is known, for example, to have baffle plates in the area of the screw head to be arranged, which are either connected to the screw and rotate with it or stationary are arranged in the worm housing. The disadvantage of these embodiments that the plastic melt in the gap between the stationary and rotating machine part is subjected to high shear stress. Too much shear stress but should generally be avoided, as they can damage the plastic in particular can lead to degradation to a low molecular weight product.
Verschiedentlich werden auch an der Schneckenspitze angeordnete Zahnräder oder im erweiterten Arbeitsspalt am Schneckenende angeordnete Rollen oder sonstige Wälzkörper verwendet. Auch bei diesen mit der rotierenden Schnecke im direkten Eingriff befindlichen Werkzeugen wird die Kunststoffschmelze oftmals mechanis#ch zu stark beansprucht, ohne daß eine ausreichende Mischwirkung erzielt werden kann.There are also various gears arranged at the tip of the worm or rollers or other rollers arranged in the enlarged working gap at the end of the screw Rolling elements used. These also work directly with the rotating screw The plastic melt often becomes mechanically too strong when the tools are located claimed without a sufficient mixing effect can be achieved.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Mischelement zu finden, das ohne geometrisee Vergößerung der Mischzone die Mischintensität gegenüber den bekannten Ausführungsformen wesentlich verbessert. Diese Aufgabe wird bei einer Schneckenpresse der eigangs bezeichneten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine koaxial zur Schneckenwelle angeordnete und frei drehbare Mischhülse, die aus mehreren mit Durchbrüchen versehene und über Buchsen miteinander verbundene Stauscheiben besteht, wobei jede Buchse mit dem Schneckengehäuse eine äußere Kammer und mit der Schneckenwelle eine innere Kammer bildet. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Mischhülse mit einer gegenüber der Schneckenwelle unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeit angetrieben.The invention was therefore based on the object of providing a mixing element find that without geometrical enlargement of the mixing zone compared to the mixing intensity the known embodiments significantly improved. This task is carried out with a Screw press of the type described in the introduction solved according to the invention by a coaxial to the worm shaft arranged and freely rotatable mixing sleeve, which consists of several with There are openings provided with baffle plates that are connected to one another via bushings, each sleeve having an outer chamber with the worm housing and with the worm shaft forms an inner chamber. According to a further feature of the invention, the mixing sleeve driven with a different angular speed compared to the worm shaft.
Durch diese Maßnahmen wird insbesondere eine Verbesserung der Mischwirkung durch mehrmaliges Aufteilen und Ausstreichen der Kunststoffschmelze bei geringer Scherbeanspruchung erreicht.These measures in particular improve the mixing effect by dividing and spreading out the plastic melt several times at a lower level Shear stress reached.
Ferner wird die Temperaturhomogenität der Schmelze infolge gezielter Platzwechselvorgänge verbessert. Von Vorteil ist außerdem der für eine gute Massequalität erforderliche geringe Energiebedarf der Mischnülse, wobei ein Ansteigen der Massetemperaturen im Mischteil nicht festgestellt wurde.Furthermore, the temperature homogeneity of the melt is more targeted as a result Changing places improved. Another advantage is that for a good mass quality required low energy requirement of the mixing sleeve, with an increase in the melt temperatures was not found in the mixing section.
Die Mischzone kann auf einfache Weise durch Einbau einer anderen Mischhülse verändert werden und dadurch die Scher-, Knet-, Misch-und Homogenisierwirkung dem jeweils zu verarbeitenden Kunststoff angepaßt werden. Das einfach, symmetrisch und in seiner Form strömungstechnisch günstig ausgebildete Mischelement wirkt sich auch günstig beispielsweise bei einem Farbwechsel des eingesetzten Kunststoffes oder bei der Verarbeitung temperaturempfindlicher Produkte aus.The mixing zone can be easily adjusted by installing another mixing sleeve are changed and thereby the shearing, kneading, mixing and homogenizing effect each plastic to be processed can be adapted. That simple, symmetrical and Mixing element, which is designed to be fluidically favorable in terms of its shape, also has an effect favorable, for example, when changing the color of the one used Plastic or when processing temperature-sensitive products.
Eine beispielhafte Aus führungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist-in den Zeichnungen - Figur 1 bis Figur 3 - schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.An exemplary embodiment of the device according to the invention is - in the drawings - Figure 1 to Figure 3 - shown schematically and in the following explained in more detail.
Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt der Schneckenpresse mit Förderschnecke, Knetelement und Mischelement, Figur 2 einen Querschnitt (Fig. 1) in der Ebene A - B und Figur 3 einen Querschnitt (Fig. 2) in der Ebene C - D.It shows Figure 1 a longitudinal section of the screw press with screw conveyor, Kneading element and mixing element, FIG. 2 shows a cross section (FIG. 1) in plane A. - B and Figure 3 a cross section (Fig. 2) in the plane C - D.
Gemäß Figur 1 schließt sich an die ersten beiden Schneckenabschnitte, die Plastifizier- bzw. Förderzone (3) und das Scherteil (4), das Mischelement im Bereich der Schneckenspitze (5) an. Das Mischelement besteht im wesentlichen aus einer Mischhülse (6), die aus mehreren, vorteilhaft 2 - 10 Stauscheiben (7) sowie einer entsprechenden Anzahl Buchsen (8) gebildet und auf der Schneckenwelle (2) frei drehbar aufgesetzt ist. Stauscheiben (7) und Buchsen (8) können sowohl form- und kraftschlüssig miteinander verbunden aber auch einstückig ausgeführt sein. Die beiden äußeren Buchsen (8') und (8 ") sind stirnseitig mit je einer Ringnut (9) bzw. (10) zur Aufnahme der Lagerelemente, beispielsweise Kugellager ohne Käfig versehen. Dabei nimmt das Axialrillenkugellager (11) an der Schneckenspitze (5) die gesamte Axiallast auf, während das Kugellager (12) am zylindrischen Wellenende ausschließlich zur Zentrierung dient.According to Figure 1 follows the first two screw sections, the plasticizing or conveying zone (3) and the shear part (4), the mixing element in the Area of the screw tip (5). The mixing element consists essentially of a mixing sleeve (6), which consists of several, advantageously 2-10, baffle discs (7) and a corresponding number of bushes (8) and placed on the worm shaft (2) is freely rotatable. Baffle plates (7) and bushings (8) can be shaped and be non-positively connected to one another but also made in one piece. the both outer sockets (8 ') and (8 ") are each end with an annular groove (9) or (10) for receiving the bearing elements, for example ball bearings without a cage. The axial deep groove ball bearing (11) at the screw tip (5) takes the entire Axial load, while the ball bearing (12) on the cylindrical shaft end exclusively serves for centering.
Die kreisringförmigen Stauscheiben (7) weisen auf ihren Stirnseiten je eine gleiche Anzahl Durchbrüche (13) und -(14), beispielsweise Bohrungen oder Schlitze im Bereich des äußeren und inneren Scheibenrandes auf, die gegeneinander versetzt ang#eordnet sind, d.h. zwischen zwei Bohrungen (13) aln äußeren Scheibenrand ist in radialem Abstand eine Bohrung (14) am inneren Scheibenrand vorgesehen. Diese Durchbrüche (13) und (14)- stellen die Verbindung der inneren (17) und der äußeren (18) Kammern untereinander her. Außerdem sind eine gleiche Anzahl schräg verlaufenler Durchbrüche (15) und (16), die der Anzahl der Durchbrüche (13) bzw. (14) entsprechen und die eine innere Kammer (17) mit einer äußeren Kammer (18) und umgekehrt verbinden, angebracht.The annular baffle plates (7) point on their end faces an equal number of openings (13) and - (14), for example holes or Slits in the area of the outer and inner edge of the disc that oppose each other are offset, i.e. between two holes (13) on the outer edge of the pane a bore (14) is provided on the inner edge of the disc at a radial distance. These Breakthroughs (13) and (14) - connect the inner (17) and the outer (18) Chambers among each other. In addition, an equal number are sloping Breakthroughs (15) and (16), which correspond to the number of openings (13) and (14) and which connecting an inner chamber (17) to an outer chamber (18) and vice versa.
Die Gesamtzahl der Durchbrüche kann in weiten Grenzen variiert werden. Je nach Nenngröße der Schneckenpresse und Viskosität der zu verarbeitenden Thermoplaste haben sich 9 - 36 Bohrungen, Schlitze usw. insgesamt als zweckmäßig erwiesen.The total number of breakthroughs can be varied within wide limits. Depending on the nominal size of the screw press and the viscosity of the thermoplastics to be processed 9 - 36 bores, slots, etc. have proven to be useful overall.
Die lichte Weite der Buchsen (8) wird im allgemeinen so bemessen, daß innere und äußere Kammern etwa gleicher Größe entstehen. Es ist jedoch auch denkbar, Kammern unterschiedlicher Rauminhalte einzusetzen.The inside width of the sockets (8) is generally dimensioned so that inner and outer chambers are formed of approximately the same size. However, it is too conceivable to use chambers with different volumes.
Der plastifizierte und in Richtung auf die Düse (19) geförderte Kunststoff wird von der ersten Stauscheibe (7') in eine Vielzahl von Teilströme zerlegt, die sich hinter der Stauscheibe zu zwei Haupt strömen - innere und äußere Kammer - vereinigen. Dieser Vorgang wiederholt sich entsprechend der Stauscheibenanzahl. In der inneren Kammer (17) wird die Drehbewegung der rotierenden Schnekkenwelle (2) über die Kunststoffschmelze teilweise auf die frei drehbar gelagerte Mischhülse (6) übertragen, während die in der äußeren Kammer (18) befindliche Kunststoffschmelze wegen des benachbarten stillstehenden Schneckengehäuses (1) die Drehbewegung der Mischhülse (6) abbremst. Dadurch läuft die Mischhülse (6) mit einer Geschwindigkeit in Drehrichtung der Schneckenwelle (2) um, die kleiner ist als die Drehzahl der Schneckenwelle (2).The plasticized plastic conveyed in the direction of the nozzle (19) is broken down by the first baffle plate (7 ') into a large number of partial flows, which merge behind the baffle to form two main streams - inner and outer chambers. This process is repeated according to the number of baffle plates. In the inner Chamber (17) is the rotational movement of the rotating screw shaft (2) over the plastic melt partially transferred to the freely rotatably mounted mixing sleeve (6), while the in the outer chamber (18) located plastic melt because of the neighboring stationary screw housing (1) brakes the rotary movement of the mixing sleeve (6). As a result, the mixing sleeve (6) runs at a speed in the direction of rotation of the worm shaft (2) um, which is less than the speed of the worm shaft (2).
Bei Versuchen mit gleichen radialen Ausdehnungen der inneren und äußeren Kammern sowie mit gleichen Spaltweiten in den Spalten (20) und (21) wurde ein Drehzahlverhältnis Schneckenwelle (2) zu Mischhülse (6) von etwa 2 zu 1 beobachtet.In tests with the same radial expansion of the inner and outer Chambers as well as with the same gap widths in columns (20) and (21) became a speed ratio Worm shaft (2) to mixing sleeve (6) observed from about 2 to 1.
Gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, die Mischhülse nicht frei drehbar zu lagern, sondern durch geeignete und an sich bekannte ~Einrichtungen mit einer gegenüber der Schneckenwelle unterschiedlichen, fest eingestellten Winkelgeschwindigkeit anzutreiben.According to the invention it is also possible not to free the mixing sleeve to be rotated, but by suitable and known ~ facilities a different, fixed angular velocity compared to the worm shaft to drive.
Die Kunststoffschmelze wird auf dem Wege durch das Mischelement einer geringen -und genau definierbar-en Scherung unterworfen und durch das Mischelement gut durchmischt und homogenisiert. Die beiden Hauptteilströme der Kunststoffschmelze vereinigen sich hinter der letzten Stauscheibe wieder zu einem einzigen Kunststoffstrom, der über die Düse aus der Schneckenpresse ausgetragen wird.The plastic melt is on the way through the mixing element a subject to low and precisely definable shear and by the mixing element well mixed and homogenized. The two main streams of the plastic melt reunite behind the last baffle plate to form a single flow of plastic, which is discharged from the screw press via the nozzle.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2327540A DE2327540A1 (en) | 1973-05-30 | 1973-05-30 | Mixing unit for screw extruder - comprising coaxial rotary mixing sleeve, driven at differential angular velocity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2327540A DE2327540A1 (en) | 1973-05-30 | 1973-05-30 | Mixing unit for screw extruder - comprising coaxial rotary mixing sleeve, driven at differential angular velocity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2327540A1 true DE2327540A1 (en) | 1974-12-19 |
Family
ID=5882575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2327540A Pending DE2327540A1 (en) | 1973-05-30 | 1973-05-30 | Mixing unit for screw extruder - comprising coaxial rotary mixing sleeve, driven at differential angular velocity |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2327540A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1973
- 1973-05-30 DE DE2327540A patent/DE2327540A1/en active Pending
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