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Mischvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für rheologische Medien
aller Art, d.h. für viskose, strukturviskose, elastoviskose, viskoelastische, viskoplastische
und ähnliche Medien.
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Vorzugsweise wird die Mischvorrichtung nach der Erfindung für das
thermische und stoffliche Homogenisieren von thermoplastischen Massen und unvernetzten
elastomeren Massen im Verarbeitungszustand eingesetzt, die kontinuierlich oder diskontinuierlich
durch ein Formwerkzeug bzw. eine Düse gepreßt werden.
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Entsprechende Ausformmaschinen sind beispielsweise als Kolbenstrangpressen,
Schneckenstrangpressen, Schneckenkolben-Spritzgießmaschinen und Schneckenkolben-Hohlkörperblasanlagen
bekannt.
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In der Mehrzahl der Betriebsfälle soll das mit Maschinen dieser Art
hergestellte Erzeugnis einen bestimmten Gleichmäßigkeitsgrad aufweisen, d.h. stofflich
homogen und geometrisch maßhaltig, aber auch möglichst frei von inneren Spannungen
und anderen den Gebrauchswert beeinträchtigenden Mängeln sein. Dazu müssen bestimmte
verfahrenstechnische Voraussetzungen erfüllt sein.
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Zum mindesten ist eine möglichst gleichartige Temperaturverteilung
im Querschnitt des Massestromes vor dem Formwerkzeug bzw. der Düse zu fordern. Unterschiedliche
Massetemperaturen haben unterschiedliche Viskositäten und damit eine Störung der
Strömungsverhältnisse zur Folge, durch die ein regelmäßiges Ausformen des rheologischen
Mediums nicht nur erschwert, sondern sogar verhindert werden kann. Ähnliche Störungen
sind zu erwarten, wenn der Massestrom ungenügend miteinander vermischte
Komponenten
aufweist. Die thermische und stoffliche Homogenität der in das Formwerkzeug bzw.
in die Düse eintretenden Masse ist also eine wesentliche verfahrenstechnische Grundbedingung
für alle Prozesse dieser Art /1/.
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In der einschlägigen industriellen Praxis ist jedoch festzustellen,
daß diese Grundbedingung bisher sehr häufig nicht oder nur sehr unvollkommen erfüllt
wird. Dies gilt vor allem für die thermische Homogenität der im schmelzflüssigen
bzw.
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warmplastischen Zustand zur Ausformung kommenden Kunststoffe /2-5/.
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Selbst bei den heute fast ausschließlich zum Einsatz kommenden Maschinen
mit Schneckenplastifizierung, welche die älteren Kolbenmaschinen inzwischen weitgehend
verdrängt haben, ist die Plastifizierung und Homogenisierung des verarbeiteten Materials
ohne besondere Mischzonen meist unvollkommen. Die Ursache liegt u.a. in der enormen
Steigerung des Massedurchsatzes bei modernen Schneckenstrangpressen gegenüber älteren
vergleichbaren Maschinen.
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Eine typische radialsymmetrische Temperaturverteilung in einem zylindrischen
Kanal mit Radius R zwischen Schneckenspitze und Ausformwerkzeug ist in Fig.1 mit
Kurve I dargestellt. Dabei ist TW die von außen durch Beheizen oder Kühlen des Gehäuses
beeinflußbare Wandtemperatur. Die Differenz OT zwischen maximaler Temperatur, die
i.a. in der Mitte des Strömungskanals anzutreffen ist und minimaler Temperatur kann
beispielsweise bei einer Strangpresse mit einem Schneckendurchmesser von D = 2xR
= 45 mm bis zu ß T = 18 OC betragen /2/, in besonders ungünstigen Fällen können
sogar Differenzen bis zu ß T = 35 0C auftreten /5/.
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Abgesehen von den ungünstigen Auswirkungen radialer Temperaturunterschiede
auf die Qualität des fertigen Erzeugnisses sind bei der Ausformung eines derartigen
Masse stranges in einem
radialsyrnrnetrisch aufgebauten Werkzeug
(z.B. Geradeaus-Rohrspritzkopf) im allgemeinen keine besonderen Fließprobleme zu
erwarten, da die Verteilung aller Temperaturfehler am Umfang gleichsinnig erfolgt.
Dagegen treten bei allen Ausformwerkzeugen mit radial unsymmetrischen Fließwegen
sowohl die Unterschiede im Fließverhalten der Masse, als auch die zum Teil erheblichen
Maßabweichungen im fertigen Produkt deutlich hervor. Hiervon betroffen sind alle
Formwerkzeuge mit nicht kreissymmetrischem Kanalquerschnitt (Profilwerkzeuge) sowie
solche mit seitlicher Einspeisung (sog. Umlenk- oder Querspritzköpfe).
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Es sind nun zahlreiche Mischvorrichtungen bekannt, welche die Aufgabe
haben, die von einem Förderelement (meist Förderschnecke) angelieferte Masse thermisch
und mechanisch zu homogenisieren.
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Neben den Mischelementen mit Zerteilfunktionen, die hier nicht näher
behandelt werden sollen, handelt es sich dabei um Mischer mit Verteilfunktionen.
Diese wiederum kann man in zwei Gruppen einteilen: Statische Mischteile und dynamische
Mischteile.
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Zur ersten Gruppe gehören die Mischteile, welche zwischen Förderelement
und Ausformwerkzeug fest im Gehäuse montiert sind. Es sei hier wegen der strukturellen
Verwandtschaft zur vorliegenden Erfindung vor allem verwiesen auf die in /6/ bzw.
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/7/ näher beschriebenen Mischteile. Dort wird vorgeschlagen, in einem
Lochkegel bzw. einer Lochscheibe, welche sich über den ganzen Querschnitt des Zuführungskanals
zum Ausformwerkzeug erstreckt, mittels Bohrungen oder Kanälen die Masse in Teilströme
aufzuteilen, die in unregelmäßiger Folge teils strahlenförmig divergierend, teils
konvergierend, teils achsparallel verlaufen, wodurch die einzelnen Teilströme nach
einem bestimmten Schema platzvertauscht werden, so daß eine vorher vorhandene radiale
Temperatur-verteilung in ein flächig-heterogenes Temperaturfeld verwandelt wird.
Wegen der
bekannt schlechten Wärmeleitfähigkeit thermoplastischer
Schmelzen behalten die einzelnen Teilströme nach Verlassen des Mischteils jedoch
noch lange ihre ursprüngliche Temperatur, weshalb eine Vergleichmäßigung der Massetemperatur
über den gesamten Querschnitt des Kanals nicht oder nur sehr unvollkommen erzielt
wird.
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Wegen der teils komplizierten räumlichen Stromaufteilung bzw.
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Stromführung bei anderen in Betracht gezogenen statischen Mischvorrichtungen,
deren Wirkungsweise nur anhand von Skizzen erklärt werden kann, sei auf die Patentliteratur
/8-13/ und Aufsätze /14-16/ verwiesen.
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Generell ist festzustellen, daß viele der gebräuchlichen statischen
Mischer gegenüber den dynamischen Mischteilen einige wesentliche Nachteile besitzen.
Diese sind unter anderem: - Große Baulänge, d.h. großer Platzbedarf, - Zusätzliches
Gehäuse, - Großer Druckabfall beim Mischen hochviskoser Medien, - Die Konstruktionen
können meist nicht so ausgeführt werden, daß tote Ecken vermieden werden, in denen
das Material stagniert. Bei längerer Verweilzeit zu thermischer Zersetzung neigende
Stoffe, wie z.B. Hart-PVC, können nicht verarbeitet werden.
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Der Einsatz von statischen Mischteilen kann nur dann sinnvoll sein,
wenn in dem Verarbeitungsgerät kein rotierendes oder sonst bewegtes Element zur
Verfügung steht, an das man einen dynamischen Mischer anschließen könnte, also z.B.
in Rohrleitungen, oder unmittelbar vor dem Ausformwerkzeug in Umlenkköpfen bei Hohikörper-
oder Folienblasanlagen.
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Bewegte Mischteile sind bei minimalem Platzbedarf wesentlich wirksamer,
weil sie als zusätzlichen Mischeffekt die Relativbewegung
zwischen
Mischteil und Gehäuse ausnützen, wodurch ein Ausstreichen der Masseteilchen in kleinste
Schichtdicken erreicht wird und viele "neue Nachbarschaften" geschaffen werden.
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Ohne dynamische Mischteile ist keine moderne Hochleistungsschneckenpresse
mehr denkbar. Eine kleine Auswahl gebräuchlicher Mischelemente ist in /4/ dargestellt.
Es sind dies sog.
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Nockenmischteile, die bei richtiger Dimensionierung schon eine für
manche Fälle ausreichende mechanische Homogenisierung bewirken. Setzt man sie an
der Schneckenspitze zur Temperaturvergleichmäßigung ein, so benötigen sie aber eine
relativ große Baulänge von mindestens T = 3 x D CD = Außendurchmesser des Mischteils
bzw. der Schnecke)/3,Abb.12/. Es ist jedoch auch dann immer noch das Temperaturniaximum
in der Mitte des Strömungskanals zu erkennen, wennçgleich nur schwach ausgeprägt,
wie es in Fig.1 in Kurve III gezeigt ist. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist
die beachtliche Erhöhung der mittleren Temperatur, beispielsweise von II auf IV
in Fig.1, die deshalb unerwünscht ist, weil sie erstens dem verarbeiteten Material
schaden kann und zweitens eine intensivere Kühlung des ausgeformten Produkts erfordert.
Bei einer Schneckenpresse mit beispielsweise D = 45 mm kann die im Nockenmischteil
stattfindende Massetemperaturerhöhung je nach Betriebszustand zwischen 15 °C und
25 °C betragen /3,Abb.9/. Die mittlere Massetemperatur T ist das Integral aus dem
Produkt der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit v(r) und der örtlichen Massetemperatur
T(r) dividiert durch den gesamten Volumenstrom V Also
In Betracht gezogen werden ferner noch die Druckschriften /17-22/.
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In /17/ wird ein in einem zylindrischen Gehäuse befindlicher und an
einer Kolbenstange befestigter, axial verschiebbarer und drehbarer Mischkolben beschrieben,
der Bohrungen aufweist,
welche unter einem bestimmten Winkel zur
Achse des Kolbens verlaufen. Das zu mischende flüssige bis plastische Material kann
durch die Bohrungen hindurchtreten und wird durch die Rotation des Kolbens in Umfangsrichtung
ausgestrichen. Da keine systematische Verteilung der Masse in radialer Richtung
erkennbar ist, findet im wesentlichen nur eine Stoffverteilung in Umfangsrichtung
statt. Radiale Inhomogenitäten werden demnach nicht oder nur sehr unvollkommen ausgeglichen.
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In den beiden US-Patentschriften /18/ und /19/ ist ein an einer Schneckenspitze
befestigter zylindrischer Körper beschrieben, welcher eine konzentrische Bohrung
aufweist, in die radial verlaufende achsparallele Schlitze münden. Die zu mischende
Masse wird durch die Schlitze z.B. von außen nach innen gepreßt, sammelt sich in
der zentralen Bohrung und verläßt das System in axialer Richtung. Die Oberfläche
des Körpers ist in Form von Längsnuten profiliert und zwischen Körper und Gehäuse
sind Scherspalte vorgesehen, die geeignet sind, in der Schmelze mitschwimmende unaufgeschlossene
Partikel zu plastifizieren. Der Ausgleich radialer Temperaturdifferenzen ist Jedoch
unvollkommen, da die radiale Verteilung der Schmelze nicht gezielt vorgenommen wird,
sondern mehr oder weniger dem Zufall überlassen bleibt. Außerdem hat das System
tote Ecken, in denen das Material stagnieren kann.
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Ähnliches gilt für die in /20/ bis /22/ beschriebenen Mischvorrichtungen.
Auch dort wird keine systematische radiale Masseverteilung über den ganzen Querschnitt
vorgenommen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die bei möglichst geringem Raumbedarf und strömungsgünstiger Konstruktion
ohne tote Ecken eine möglichst gleichmäßige Massetemperatur im ganzen Kanalquerschnitt
erzielt, wobei die Erhöhung der mittleren Massetemperatur T auf ein Minimum begrenzt
bleiben soll.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a)
ein Mischteil in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse untergebracht ist und
mit diesem zusammenwirkt, wobei eine rotatorische Relativbewegung zwischen Gehäuse
und Mischteil stattfindet und ein Dichtspalt zwischen Mischteil und Gehäuse vorgesehen
ist, daß b) die das Mischteil durchströmende Masse mittels Bohrungen, Kanälen oder
dergl. systematisch in radialer Richtung verteilt wird, so daß Masseteilchen, die
sich an einer bestimmten radialen Position diesseits des Mischteils befinden beim
Passieren des Mischteils zwangsläufig auf mehrere verschiedene radiale Positionen
jenseits des Mischteils verteilt werden, und daß c) durch die rotatorische Relativbewegung
eine zusätzliche azimutale Verteilung in dünne Schichten erfolgt.
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Bei einer erfindungsgemäßen, in Experimenten erprobten Ausführungsform
nach Fig.S, wie sie weiter unten noch näher beschrieben ist, erhält man bei einer
radialen Temperaturverteilung vor dem Mischteil gemäß Kurve I in Fig.1 eine Temperaturverteilung
nach dem Mischteil gemäß Kurve V. Die mittlere Massetemperatur hat sich dabei nur
unwesentlich von II auf VI erhöht.
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Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß es sich dabei nur
um einige der vielen prinzipiell möglichen Anordnungs- bzw. Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung handelt.
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In der Zeichnung zeigt Fig.1 die schon eingangs erwähnten radialen
Temperaturprofile vor und nach Mischteilen, Fig.2 ein Anordnungsbeispiel einer Mischvorrichtung
nach der Erfindung mit einem zylindrischen Gehäuse ohne unmittelbar vorgeschaltetes
Förderelement,
Fig.3 eine prinzipiell mögliche Anordnung eines
Mischteils nach der Erfindung in einem zylindrischen Gehäuse mit vorgeschaltetem
rotierenden Förderelement (hier: Förderschnecke), Fig.4 ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Mischteils, Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Mischteils, Fig.6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mischteils mit sich
kreuzenden Bohrungen, Fig.7 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mischteils
mit einem schlitzartigen Verteilkanal, Fig.8 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Mischteils mit einer radialen Zentralbohrung, Fig.9 ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Mischteils in Kombination mit einer Rückstromsperre.
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Das Anordnungsbeispiel in Fig.2 zeigt das an einer Kolbenstange S
befestigte Mischteil MT in einem zylindrischen Gehäuse G2. Die zu mischende Masse
wird über ein Gehäuse G1 bei E zugeführt und verläßt die Vorrichtung in einem Gehäuse
G3 bei A. Es kann nun z.B.
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entweder mittels der Stange S das Mischteil in Rotation versetzt und
das Gehäuse G2 fixiert werden, oder aber das Gehäuse G2 rotiert um seine Achse und
das Mischteil fiT wird über die Stange S festgehalten. In der Regel wird die erste
Möglichkeit vorzuziehen sein, da dann die Gehäuse G1, G2 und G3 fest miteinander
verbunden werden können. Bei rotierendem Gehäuse G2 treten nämlich evtl.
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Dichtungsprobleme zwischen den Gehäuseteilen auf.
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In Fig,3 ist ein Längsschnitt durch eine Schneckenpresse im Prinzip
dargestellt, wie sie bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen allgemein
üblich ist. Das Mischteil MT ist an der Spitze der rotierenden Förderschnecke F
befestigt. Schnecke und Mischteil befinden sich in einem zylindrischen Gehäuse G,
dessen
Temperatur mittels Einrichtungen lI zum Beheizen oder Kühlen auf einem vorgegebenen
Niveau gehalten werden kann.
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Das bei Raumtemperatur im festen Zustand als Granulat oder Pulver
vorliegende Material wird bei E in die Schneckenpresse eingebracht, längs seines
Weges im Gehäuse G verdichtet, aufgeschmolzen, mechanisch homogenisiert, im Mischteil
MT thermisch homogenisiert und bei A einem im Bild nicht gezeigten Ausformwerkzeug
zugeführt. Das Gehäuse ist im Bereich der Einfüllöffnung mit einer Kühlung K versehen,
um einen sicheren Feststofftransport zu gewährleisten. Ein Sperrgewinde SG verhindert
einen Masseaustritt am antriebseitigen Ende der Schnecke.
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Bei einer im Bild nicht gezeigten, aber ohne weiteres vorstellbaren
Variante ist das Mischteil an einer Stange befestigt, welche durch eine konzentrische
Längsbohrung in der Förderschnecke F zum antriebseitigen Ende herausgeführt wird.
Über diese Stange könnte nun das Mischteil MT unabhängig von der Rotation der Schnecke
F z.B. mit erhöhter Drehzahl angetrieben werden, um die Mischwirkung zu verbessern.
Ein derartiger separater Antrieb ist jedoch sehr aufwendig und in der Regel nicht
notwendig.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mischteils mit Durchmesser
D = 60 mm ist samt Zahlenwerten für ein Bohrungsschema in Fig.4 dargestellt. Das
Mischteil MT ist mittels einer vorzugsweise lösbaren Verbindung an dem Förderelement
F befestigt und dreht sich bei stillstehendem Gehäuse G mit F um dessen Achse.
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Die bei 1 in das Mischteil eintretende Masse wird in zahlreichen,
in radialer Richtung divergierenden Bohrungen B (Durchmesser d) an möglichst viele
radiale Positionen 11 - 16 gleichmäßig über den gesamten Radius des Mischteils verteilt,
wobei die Bohrungen B nach dem im Bild links gezeigten Schema am Umfang des Mischteils
angeordnet sind. Anordnung und Dimensionierung der Bohrungen sind in diesem Ausführungsbeispiel
so gewählt, daß sie sich nicht kreuzen oder tangieren. Eine Ausführung mit sich
kreuzenden Bohrungen ist auch denkbar; allerdings ist dann die Führung der einzelnen
Teilströme nicht mehr so klar erkennbar.
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Tote Ecken, in denen die Masse stagnieren kann, sind vollkonimen vermieden.
Sie wird vielmehr entweder durch Druckströmung in den Bohrungen oder durch die azimutale
Schleppströmung an den Außenflächen des Mischteils dauernd in Bewegung gehalten.
Dies gilt im übrigen für alle abgebildeten Ausführungsbeispiele.
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Die Stirnfläche des Mischteils kann, wie im Bild gezeigt, als Kegelfläche
ausgebildet sein, oder beispielsweise eben sein, wie in Fig.5 zu sehen ist. Der
wesentliche Unterschied dieses Ausführungsbeispiels gegenüber dem aus Fig.4 ist
der, daß dort die Masseaufteilung in Teilströme von 3 verschiedenen radialen Positionen
1-3 vor dem Mischteil aus vorgenommen wird. Durch diese Maßnahme ist eine weitere
Verbesserung des Temperaturausgleichs zu erreichen. Die unterschiedlich ausgebildeten
Stirnflächen haben keinen merklichen Einfluß auf die Mischwirkung.
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Beim Austritt aus dem Mischteil MT werden die verschiedenen Teilströme
11-16 durch die Rotationsbewegung in azimutaler Richtung derart in dünne Schichten
ausgestrichen, daß selbst bei den schlecht wärmeleitenden Kunststoffen ein rascher
Temperaturausgleich zwischen den einzelnen Schichten stattfindet.
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Fertigt man das Mischteil aus einem sehr gut wärmeleitenden Material,
so gewinnt man eine zusätzliche Temperaturvergleichmäßigung dadurch, daß die durch
die Bohrungen B fließenden Teilströme mindestens in den Randschichten die über den
Querschnitt nahezu einheitliche Temperatur des Mischteils annehmen.
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Durch entsprechende Anpassung der Durchmesser d der Bohrungen B an
deren Länge 1 können die einzelnen Strömungswiderstände w der Bohrungen und damit
der Volumenstrom V durch Jede Bohrung gleich groß gemacht werden. Die für die Berechnung
notwendigen Formeln sind nachstehend notiert. Sie gelten streng genommen nur für
isotherme Newtonsche Medien /23/ und /24/, können aber in diesem Fall
mit
sehr guter Näherung z.B. auch auf nicht isotherme Nicht-Newtonsche Kunststoffschmelzen
angewandt werden: A A p ß p ... Druckabfall in der Bohrung V =... Viskosität der
Nasse (1) w. µ 128 1 w = -----.--- (2) 'iT d4 V11 = V12 = ... = konst. (3) Nach
Einsetzen von Gl.(2) in Gl.(1) und unter Berücksichtigung der Beziehung (3) erhält
man:
Mit Gl.(4) kann bei Vorgabe eines Bezugsdurchmessers dO und einer Bezugslänge 1O
der gesuchte Durchmesser d der Bohrung mit der Länge 1 berechnet werden.
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Die mittlere Massetemperaturerhöhung in der Bohrung infolge Umsetzung
von Druckenergie in Wärme liegt etwa zwischen ca. 3 °C pro 100 bar Druckabbau bei
Polyäthylen und ca. 50C bei Polystyrol.
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Beim Verarbeiten von Polyäthylen mittlerer Dichte wurde am Mischteil
gemäß Fig.4 bei einem Massedurchsatz von m = 74 kg/h ein Druckabfall von Ap = 30
bar gemessen. Mithin liegt die durchschnittliche mittlere Temperaturerhöhung im
Mischteil in der Größenordnung von 1 - 2 00.
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Die Spaltweite cF (Fig.4) des Spaltes SP zwischen Mischteil MT und
Gehäuse G ist mindestens so groß zu bemessen, wie das radiale Schneckenspiel. Um
eine unzulässig hohe Schererwärmung im Spalt SP zu vermeiden, sollte dieser möglichst
kurz gehalten werden. Zudem ist es vorteilhaft, wenn Schraubnuten N an der zylindrischen
Oberfläche des Mischteils für ein zusätzliches Freispülen dieses Bereiches sorgen.
Die Massetemperaturerhöhung durch Wärmedissipation im Spalt SP ist unproblematisch,
da sie nur die äußerste dünne Schicht betrifft, die an der Gehäusewand
anliegt
und die ohnehin beim Austreten aus dem Mischteil sehr rasch deren Temperatur annimmt.
Die Temperatur des Gehäuses G ist, wie schon erwähnt, von außen regelbar und sollte
auf das Niveau der mittleren Massetemperatur eingestellt werden /3/.
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Ein Ausführungsbeispiel mit sich kreuzenden Bohrungen ist in Fig.6
dargestellt. Fi#.6a zeigt die Frontalansicht einer kegeligen Stirnfläche sowie eine
Seitenansicht des Mischteils MT, das an der Förderschnecke F befestigt und im Gehäuse
G drehbar angeordnet ist. Alle Bohrungen B schneiden die Achse des Mischteils MT
vorzugsweise unter dem gleichen Neigungswinkel. Ihr axialer Abstand ist jedoch unterschiedlich
groß, wie in Fig.6b deutlich zu sehen ist, sodaß die Mündungen der Bohrungen an
der Stirnfläche des Mischteils bei gleichmäßiger azimutaler Verteilung auf einer
Spirale liegen. Wegen des gleichen Neigungswinkels aller Bohrungen ist diese Ausführungsform
relativ einfach herstellbar. Einen Längsschnitt durch das Mischteil zeigt Fig.6c.
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Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind dort jedoch nur die Bohrungen
eingezeichnet, deren Achsen in der Schnittebene liegen.
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Durch die zahlreichen Überschneidungen der einzelnen Bohrungen entsteht
in der Mitte des Mischteils ein Raum, in dem sich die eintretenden Teilströme treffen,
ehe sie in radialer Richtung verteilt werden und das Mischteil wieder verlassen.
Diese zusätzliche Vermengung im Mischteil selbst ist als weiterer Vorteil zu werten.
Allerdings ist der Weg eines Masseteilchens beim Durchströmen des Mischteils jetzt
nicht mehr so genau zu verfolgen bzw. vorherbestimmbar.
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Fig.7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die radiale Verteilung der
Masse mit Hilfe eines schlitzartigen Kanals SK vorgenommen wird, der sich über den
gesamten Durchmesser des Mischteils erstreckt. Man verzichtet dabei auf eine Aufteilung
der Masse in Teilstränge. Die Schlitzweite kann vorteilhafterweise so'ausgeführt
werden, daß der Strömungswiderstand "gedachter Teilkanäle" 11 - 17 gleich groß ist.
Der längere "Teilkanal" 17 beispielsweise
ist demnach breiter
zu bemessen als der kürzere ~Teilkanal" 11, usw. Ein Vorteil dieses Mischteils ist
die gute Reinigungsmöglichkeit.
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Fig.8 zeigt eine Ausführungsform mit einer quer zur Achse des Mischteils
verlaufenden Zentral-Bohrung ZB, von der aus die einzelnen Masseströme an die unterschiedlichen
radialen Positionen 11-17 über dem gesamten Durchmesser des Mischteils MT im wesentlichen
in axialer Richtung abgezweigt werden. Die Durchmesser der Bohrungen B können vorteilhafterweise
nach der weiter oben beschriebenen Methode bemessen werden, sodaß die einzelnen
Volumenströme durch die Bohrungen B gleich groß werden. Ein Vorteil dieses Mischteils
ist die einfache Herstellbarkeit.
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Fig.9 schließlich zeigt eine Ausführungsform des Mischteils in Kombination
mit einer Rückstromsperre an sich bekannter Bauart, wie es bei einer Schneckenkolben-Spritzgießmaschine
oder -Hohlkörperblasmaschine zum Einsatz kommen kann. Die Wirkungsweise solcher
Maschinen wird als bekannt vorausgesetzt und hier nicht näher erläutert. Das Mischteil
MT ist mit einer lösbaren Verbindung LV an der Schnecke F befestigt. Ein Zwischenring
ZR dient als Ventilsitzring für den Sperr-Ring SR. In der rechten Bildhälfte (durchgehend
gezeichnete Linien) ist der Plastifiziervorgang mit rotierender Schnecke schematisch
dargestellt. Der Sperr-Ring SR liegt am Mischteil MT an, wobei ein genügend großer
Spalt zwischen ihm und dem Zwischenring ZR freibleibt, durch den die zu homogenisierende
Masse strömen kann. Sie gelangt durch den ringförmigen Kanal zwischen Mischteilschaft
und Sperr-Ring teils direkt, teils über Aussparungen P im Sperr-Ring an die radialen
Positionen 1 und 2, von wo aus sie in schon beschriebener Weise an möglichst viele
radiale Positionen 11 - 15 nach dem Mischteil verteilt wird. Entsprechènd dem Volumenstrom
durch das Mischteil wird die Schnecke axial in die durch einen Pfeil angezeigte
Richtung nach rechts verschoben. Ist die gewünschte Menge Material plastifiziert,
so wird die Schnecke rasch nach
links bewegt, und die Masse durch
die Düse ausgepreßt (in Fig.9 gestrichelt gezeichnet). Unmittelbar bei Beginn des
Auspreßvorgangs legt sich der Sperr-Ring SR an den Zwischenring ZR an und verhindert
ei#i Riickfluß der plastifizierten Masse in den Schneckenkanal, wodurch eine exakte
Dosierung der Masse bei jedem Schneckenhub gewährleistet wird.
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Abschließend sei bemerkt, daß die Erfindung zwar unter Bezugnahme
auf einige Ausführungsformen vorstehend beschrieben ist, daß aber die erfindungsgemäße
Vorrichtung sich auch auf abgeänderte Ausführungsformen erstreckt.
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In Betracht gezogene Druckschriften Schenkel, G. Entwurf und Betrieb
von Kunststoff-Schneckenpressen auf Grund einer Qualitätstheorie Kunststoffe 60(1970)
1, S. 52 - 60; 2, S. 129 - 135; 3, S. 196 - 200 /2/ Henkel, G. Untersuchung des
Einflusses von Mischteilen am Schneckenende auf das radiale Temperaturprofil der
Kunststoffschmelze vor der Schneckenspitze Unveröffentlichte experimentelle Diplomarbeit
am Inst. f. Kunststofftechnologie der Universität Stuttgart /3/ Fingerle, D. Radiale
Temperaturgradienten vor der Schneckenspitze von Extrudern und ihre Beeinflussung
durch Mischteile Kunststoffe 63(1973)7, S. 418 - 422 /4/ N.N. kt-Lehrblätter Verarbeitung
Beilage zur Fachzeitschrift Kunststofftechnik Kunststofftechnik 13(1974) Heft 9
- 10 /5/ Anders, S.; et al Untersuchung zur thermischen Inhomogenität der plastizierten
Schmelze beim Extrudieren Plaste u. Kautschuk 23(1976)8, S. 593 - 598 /6/ Deutsches
Gebrauchsmuster 6 752 197 v. 3.5.1968 /7/ Deutsche Offenlegungsschrift 2 006 941
v. 16.2.1970 /8/ Deutsche Offenlegungsschrift 2 428 321 v. 12.6.1974 /9/ Deutsche
Offenlegungsschrift 2 205 371 v. 4.2.1972 /10/ Deutsche Auslegeschrift 2 412 454
v. 15.3.1974
/11/ Deutsche Offenlegungsschrift 2 212 011 v. 13.3.1972
/12/ USA-Patentschrift 3,404,869 /13/ USA-Patentschrift 3,583,678 /14/ Hansmann,
J. Statische Mischer - ISG-Element Adhäsion 17(1973)1, S. 14 - 18 /15/ Skoblar,
S. EI. Why all the fuss about motionless mixing? Plastics Technologie 20(1974) 11,
S. 37 - 43 /16/ Kurzbuch, W. Control melt temperature with die design Plastics Engineering
30 (1974) Aug., S. 43 - 46 /17/ Deutsche Offenlegungsschrift 1 778 121 v. 29.3.1968
/18/ USA-Patentschrift 3 756 574 v. 4.9.1973 /19/USA-Patentschrift 3 730 492 v.
1.5.1973 /20/ USA-Patentschrift 2 750 627 /21/ USA-Patentschrift 3 957 256 v. 18.5.1976
/22/ Can. Patentschrift 515 707 /23/ Schenkel, G. Kunststoff-Extrudertechnik Carl
Hanser Verlag München, 1963 /24/ Schenkel, G. Vorlesungsmanuskript "Kunststofftechnologie
1" Imst. f. Kunststofftechnologie d. Universität Stuttgart 1976