DE4128549A1 - Misch- und ruehrvorrichtung - Google Patents
Misch- und ruehrvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Mischen und Rühren zweier oder mehrerer Arten flüssiger
Substanzen, die dann in eine Form oder dergleichen ge
gossen werden, wenn flüssige Harze, z. B. eine Polyur
ethanharzlösung zu einem Kunststofferzeugung geformt
werden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf
eine Vorrichtung, die zum Mischen und Rühren thermisch
aushärtender Harze geeignet ist, die bei hohen Tempera
turen, etwa 100°C und darüber, aushärten.
Wenn beispielsweise eine Reinigungsklinge (Rakel) aus
Polyurethan für elektrofotografische Kopierer in einem
Formwerkzeug geformt werden soll, ist das flüssige Mate
rial normalerweise ein Urethanprepolymer, das mit einem
Vernetzungsmittel, z. B. einem Polyol mit niedrigem Mole
kulargewicht, vermischt und verrührt wird.
Die Anmelderin hat bereits eine Vorrichtung, die zum
Mischen und Rühren zweier derartiger oder mehrerer Arten
flüssiger Substanzen und anschließendes Gießen in ein
Formwerkzeug geeignet ist, mit folgendem Aufbau ent
wickelt: Wie Fig. 4 zeigt, ist in einer Kammer 51 ein
Rotor 57 zum Rühren mit seinem oberen Ende an einer
drehbaren Welle 58 gelagert. Durch mehrere Einlaßöffnun
gen 52, 53 im oberen Ende der Kammer 51 werden flüssige
Substanzen eingeleitet. Die flüssigen Substanzen werden
durch den Rotor 57 gerührt und vermischt, und dann werden
sie durch ein Ausgußrohr 54 am unteren Ende der Kammer
51 ausgegossen. Auf den Seitenflächen des Rotors 57
ist eine große Anzahl von Vorsprüngen 57a in Abständen
verteilt angeordnet, und das untere Ende des Rotors
57 ist entsprechend der Form der Kammer 51 konisch ge
formt. Die Kammer 51 ist, ausgenommen ihr Boden, mit
einem Kühlmantel 55 versehen.
Die Misch- und Rührvorrichtung nach Fig. 4 vermischt
und rührt die flüssigen Substanzen in der Kammer 51,
während sie durch den Kühlmantel 55, der am Umfang der
Kammer 51 vorgesehen ist, gekühlt werden. Wenn daher
ein langsam härtendes Mittel mit dem Urethanprepolymer
vermisch und verrührt wird, steigt die Temperatur der
flüssigen Substanzen nicht erheblich an, oder die Reak
tion dieser Substanzen wird nicht plötzlich beschleunigt.
Die flüssigen Substanzen härten daher praktisch nicht
aus und bleiben nicht im Behälter 51 kleben.
Wenn dagegen eine rasch aushärtende Harzflüssigkeit
gemischt und gerührt wird, um die Formungszeit eines
Harzerzeugnisses erheblich zu verkürzen und dadurch
die Produktivität zu verbessern und die Herstellungs
kosten zu verringern, treten bei der erwähnten Vorrich
tung jedoch die folgenden Schwierigkeiten auf.
Es wurde ein Vernetzungsmittel durch Zusetzen eines
Aushärtungskatalysators, z. B. Imidazol, zu dem erwähnten
Vernetzungsmittel, z. B. einem Polyol mit niedrigem Mole
kulargewicht, hergestellt. Das resultierende Vernetzungs
mittel wurde mit einem Urethanprepolymer vermischt und
verrührt, und die gemischte Flüssigkeit wurde intermit
tierend der Reihe nach in eine bestimmte Anzahl von
Formwerkzeugen gefüllt. Nach einiger Zeit begann die
gemischte Flüssigkeit allmählich zu gelieren und an
der Innenwand der Kammer und um die Ausgußöffnung herum
festzukleben, so daß der Ausfluß innerhalb von sieben
bis zehn Minuten abnahm und das Mischungsverhältnis
der flüssigen Substanzen unzureichend wurde. Dies wurde
hauptsächlich auf folgendes zurückgeführt:
1) In der Misch- und Rührvorrichtung nach Fig. 4 gibt es eine Art toten Raum in dem Rührraum zwischen der Innenwand der Kammer 51 und dem Rotor 57, und der Durchfluß der gemischten Flüssigkeit stagnierte in dem toten Raum.
2) Da der Kühlmantel 55 nicht um das Ausgußrohr 54 herum vorgesehen war, neigte die gemischte Flüssigkeit dazu, darin auszuhärten, wenn das Ausgießen unterbrochen wurde.
1) In der Misch- und Rührvorrichtung nach Fig. 4 gibt es eine Art toten Raum in dem Rührraum zwischen der Innenwand der Kammer 51 und dem Rotor 57, und der Durchfluß der gemischten Flüssigkeit stagnierte in dem toten Raum.
2) Da der Kühlmantel 55 nicht um das Ausgußrohr 54 herum vorgesehen war, neigte die gemischte Flüssigkeit dazu, darin auszuhärten, wenn das Ausgießen unterbrochen wurde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten
Schwierigkeiten bei der Misch- und Rührvorrichtung nach
Fig. 4 zu vermeiden, indem eine Misch- und Rührvorrich
tung angegeben wird, bei der, wenn eine rasch aushärten
de Harzflüssigkeit gemischt und gerührt wird, die ge
mischte Flüssigkeit in der Kammer nicht aushärtet und
festklebt, so daß die Vorrichtung ein stabiles Mischen
und Rühren über eine lange Zeit ermöglicht und zur Ver
besserung der Effektivität der Herstellung von Harz
erzeugnissen beiträgt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgese
hen:
- a) Eine Misch- und Rührvorrichtung zum Rühren und Mischen zweier oder mehrerer flüssiger Substanzen und anschließenden Ausgießen des Gemisches, bei der ein zum Rühren dienender Rotor in der Mitte seines oberen Endes drehbar in einer Kammer der Vorrichtung gelagert ist, wobei die Kammer Einlaßöffnungen für die flüssigen Substanzen in ihrem oberen Ende und ein Ausgußrohr für eine flüssige Substanz in ihrer unteren Mitte aufweist,
- b) der Boden der Kammer ist zur Einlaßseite des Ausguß rohres geneigt,
- c) das untere Ende des Rotors ist so geformt, daß es der unteren Form der Kammer entspricht,
- d) am unteren Ende des Rotors sind zur Beförderung der flüssigen Substanz mehrere Flügel vorgesehen, die in einer solchen Richtung geneigt sind, daß die flüssige Substanz zum Ausgußrohr hin befördert wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird,
- e) am Umfang des Rotors ist eine große Anzahl von Vorsprüngen vorgesehen,
- f) in der unteren Mitte des Rotors ist eine vorstehende Gewindestange vorgesehen, die in die Ausgußöffnung ein geführt und deren Gewinde in einer solchen Richtung geschnitten ist, daß die flüssige Substanz ausgegossen wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird, und
- g) um die Kammer und das Ausgußrohr herum sind Kühl mäntel angeordnet.
Bei dieser Misch- und Rührvorrichtung werden zwei oder
mehrere Arten flüssiger Substanzen in die Kammer einge
lassen und dann durch die große Anzahl von Vorsprüngen
des Rotors verrührt und vermischt, während sie an der
Innenwand der Kammer nach unten fließen. Da die gemisch
te Flüssigkeit (flüssiges Harz) durch ein Kühlmittel,
das durch den umlaufenden Kühlmantel strömt, gekühlt
wird, werden die chemischen Reaktionen und die Erzeugung
von Wärme beim Mischen gesteuert. Die gemischte Flüssig
keit wird wirksam gerührt und erreicht schließlich den
Boden der Kammer. Dann wird die Flüssigkeit durch die
Vielzahl von Flügeln, die am unteren Ende des Rotors
angebracht sind, zum Ausgußrohr befördert, wobei sie
gleichzeitig gerührt wird. Auf diese Weise wird verhin
dert, daß die gemischte Flüssigkeit am Boden der Kammer
stagniert. Innerhalb des Ausgußrohres wird die gemischte
Flüssigkeit durch die Gewindestange weiter gerührt und
zur Ausgußöffnung im unteren Ende der Kammer befördert.
Da die gemischte Flüssigkeit ferner durch das Kühlmittel
gekühlt wird, das durch die die Kammer und das Ausguß
rohr umgebenden Kühlmäntel strömt, werden die chemischen
Reaktionen und die Wärmeerzeugung beim Mischen gesteu
ert. Wenn daher die gemischte Flüssigkeit intermittie
rend in eine große Anzahl von Formwerkzeugen gegossen
wird, wird verhindert, daß sie in dem Ausgußrohr oder
um die Einlaßseite des Ausgußrohres herum aushärtet
oder anklebt, selbst wenn das Ausgießen der gemischten
Flüssigkeit kurzzeitig unterbrochen wird.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste
hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs
beispiels näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt einer erfindungs
gemäßen Misch- und Rührvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor,
Fig. 3 eine Unteransicht des Rotors und
Fig. 4 einen teilweisen Axialschnitt der früher von
der Anmelderin entwickelten Misch- und Rührvor
richtung.
Nach Fig. 1 enthält die Vorrichtung 1 ein zylindrisches
Gehäuse 2 mit einer inneren Umfangswand, deren Innen
durchmesser zum Boden hin allmählich abnimmt, ein etwa
halbkugelförmiges unteres Gehäuse 3, das an der unteren
Öffnung des Gehäuses 2 mit einer dazwischenliegenden
Dichtung 11 angeschlossen ist, und einen Deckel 4, der
an der oberen Öffnung des Gehäuses 2 angeschlossen ist,
wobei eine Dichtung 12 dazwischen angeordnet ist.
In der Mitte des Deckels 4 befindet sich eine Öffnung
4a. Um die Öffnung 4a herum sind eine Einlaßöffnung 4b
für eine flüssige Substanz A und eine Einlaßöffnung 4c
für eine flüssige Substanz B angeordnet. Das Gehäuse 2
ist von einem Kühlmantel 5 umgeben, der auf der einen
Seite mit einer Einlaßöffnung 5a für ein Kühlmittel
(z. B. Luft oder Wasser) und auf der anderen Seite mit
einer Auslaßöffnung 5b für das Kühlmittel versehen ist.
In der Mitte des unteren Gehäuses 3 ragt ein Ausgußrohr
3a nach unten, das ebenso wie das Gehäuse 3 von einem
Kühlmantel 6 umgeben ist. Auf der einen Seite ist der
Kühlmantel 6 mit einer Einlaßöffnung 6a für das Kühlmit
tel und auf der anderen Seite mit einer Auslaßöffnung 6b
für das Kühlmittel versehen.
Innerhalb der Kammer 1a ist ein Rotor 7 zum Rühren dreh
bar gelagert. Der Rotor 7 wird von einer drehbaren Welle
8 getragen, die durch die Öffnung 4a ragt. In dem Spalt
zwischen der Welle 8 und der Öffnung 4a ist eine Lager
dichtung 8a angeordnet. Das obere Ende der Lagerdich
tung 8a wird durch eine Feder 8c über einen Halter 8b
nach unten gedrückt.
Der Rotor 7 ist oben in der Mitte, siehe auch Fig. 2,
mit einer Gewindebohrung 7a versehen, in die die Welle 8
geschraubt ist. Der obere Abschnitt des Rotors 7 ver
jüngt sich leicht konisch nach unten. Auf dem Umfang
des Rotors 7 ist eine große Anzahl von Vorsprüngen 7b
in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung und in
vorbestimmten Abständen in vertikaler Richtung vorge
sehen.
Der untere Abschnitt des Rotors 7 ist etwa halbkugel
förmig, entsprechend der Form des unteren Gehäuses 3,
ausgebildet und einteilig mit mehreren Flügeln oder
Schaufeln 9 wie die einer Windturbine versehen, wie
es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Richtung der Flügel 9
ist so gewählt, daß die flüssige Substanz aus der Kammer
1a in das Ausgußrohr 3a befördert wird, wenn der Rotor
7 im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Von der unteren Mitte des Rotors 7 ragt eine bohrerförmi
ge Gewindestange 10 (Schnecke) nach unten in das Ausguß
rohr 3a. Die Richtung des Gewindes 10a der Gewindestange
10 ist so gewählt, daß die flüssige Substanz in dem
Ausgußrohr 3a nach unten befördert wird, wenn der Rotor
7 im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Nachstehend wird ein spezielles Anwendungsbeispiel der
beschriebenen Misch- und Rührvorrichtung beschrieben.
Zur Herstellung einer Reinigungsklinge (Rakel) aus Poly
urethan wurde eine Misch- und Rührvorrichtung mit einem
Kammer-Fassungvermögen von 30 ccm verwendet. Die Dreh
zahl des Rotors 7 betrugt 1500 U/min und der Ausguß-
Durchfluß 90 g/min.
Vermischt und verrührt wurden zwei flüssige Substanzen
A und B. Die flüssige Substanz A (ein Urethanprepolymer),
das Basisharz, war ein Polyol mit einem hohen Molekular
gewicht (in einer Menge von 100 Gewichtsteilen), das
mit Polyisocyanat (in einer Menge von 41 Gewichtsteilen)
bei 70°C zur Reaktion gebracht wurde. Die flüssige Sub
stanz B, das Vernetzungsmittel, war 1,4-Butandiol (in
einer Menge von 5,9 Gewichtsteilen) und Trimethylolpropan
(in einer Menge von 3,9 Gewichtsteilen), gemischt mit
1,2-Dimethylimidazol (in einer Menge von 0,15 Gewichts
teilen) als Katalysator zur Aushärtungsbeschleunigung
bei 100°C.
Die auf 70°C erwärmte flüssige Substanz A mit einer
Viskosität von 2000 Centipoise wurde durch die Einlaß
öffnung 4b und die flüssige Substanz B mit 50°C und
100 Centipoise durch die Einlaßöffnung 4c in die Kammer
1a gefüllt. Das Gewichtsverhältnis der beiden Substanzen
A zu B betrug 100 : 6,9.
Eine große Anzahl von Formwerkzeugen für die Reinigungs
klinge wurde vorbereitet und auf 145°C vorgewärmt. Die
durch die Misch- und Rührvorrichtung gemischte und ver
rührte flüssige Substanz wurde nacheinander (intermit
tierend) in die Formwerkzeuge gegossen. Die Füllzeit
und die Unterbrechungszeit betrugen jeweils 6 Sekunden.
Das Urethanprepolymer härtete in etwa zwei bis drei
Minuten aus und wurde danach erfolgreich aus dem Form
werkzeug entfernt.
Die Reinigungsklingen wurden daher durch Verwendung
der erwähnten schnellaushärtenden Harzflüssigkeit in
kurzer Zeit erfolgreich geformt.
Darüber hinaus war die Adhäsion der Harzflüssigkeit
an der Innenwand der Kammer 1a und an der Innenwand
des Ausgußrohres 3a der vorliegenden Vorrichtung äußerst
langsam im Vergleich zu der Vorrichtung nach Fig. 4,
so daß es möglich war, die vorliegende Vorrichtung kon
tinuierlich 150 Minuten lang zu betreiben. Mit anderen
Worten, die aus dem Ausgußrohr 3a austretende Harzflüs
sigkeit verblieb 150 Minuten lang hinsichtlich des Mi
schungsverhältnisses und des Austrittsdurchflusses in
geeignetem Zustand. Durch die Steigerung der kontinuier
lichen Betriebszeit auf 150 Minuten war die Vorrichtung
für alle praktischen Anwendungsfälle hinreichend geeig
net. Die erwähnten Betriebsdaten gelten für das Mischen
der nach dem vollständigen Prepolymer-Verfahren herge
stellten flüssigen Substanzen A und B. Es ist jedoch
auch möglich, die kontinuierliche Betriebszeit noch
weiter zu steigern, wenn eine Harzflüssigkeit durch
Mischen flüssiger Materialien hergestellt wird, die
beide zuvor nach dem Pseudoprepolymer-Verfahren herge
stellt wurden, so daß das Verhältnis der beiden Substan
zen etwa 1 : 1 ist und die Viskositäten beider Substanzen
ungefähr gleich sind.
Die kontinuierliche Betriebszeit wurde auf folgende
Weise ermittelt. Die flüssige Substanz A (Basisharz)
und die flüssige Substanz B (Aushärtungsmittel) wurden
aus ihren (nicht dargestellten) Vorratsbehältern jeweils
über die Einlaßöffnungen 4b und 4c in die Kammer 1a
gepumpt. Bei Betriebsbeginn wurden die Drücke der in
ihre jeweiligen Vorratsbehälter gepumpten flüssigen
Substanzen und die Drücke der durch die Einlaßöffnungen
4b und 4c in die Kammer 1a gepumpten flüssigen Substan
zen jeweils auf den gleichen Wert eingestellt. Die auf
diese Weise eingestellten Druckwerte wurden als Norm
werte verwendet, und auf der Basis der Nenndaten der
jeweiligen Pumpe wurde die Zeit bis zum Anstieg des
Drucks der flüssigen Substanz A auf 2,0 kg/cm2 oder
die Zeit bis zum Anstieg des Drucks der flüssigen Sub
stanz B auf 0,3 kg/cm3 als die kontinuierliche Betriebs
zeit angenommen. Nach Betriebsbeginn stiegen die Ein
gangsdrücke auf seiten der flüssigen Substanz A und
auf seiten der flüssigen Substanz B mit der Zeit allmäh
lich an, wobei der Eingangsdruck auf seiten der flüssi
gen Substanz B den Wert von 0,3 kg/cm2 überschritt,
bevor der Eingangsdruck auf seiten der flüssigen Sub
stanz A 2,0 kg/cm2 erreichte, und die Zeit bis zu diesem
Punkt betrug 150 Minuten. Es sei jedoch darauf hinge
wiesen, daß die kritischen Drücke nicht konstant sind,
vielmehr von den Viskositäten der flüssigen Substanzen
A und B, den Rohrbohrungsdurchmessern, der Austrittsmenge
pro Zeit usw. abhängen. Das Mischungsverhältnis der
in ein Formwerkzeug unmittelbar vor dem erwähnten Zeit
punkt gefüllten Harzflüssigkeit wurde überprüft. Es
lag in dem angemessenen (zulässigen) Bereich, und der
Formling (das Harzerzeugnis) erfüllte die Anforderungen.
Vorstehend wurde der Fall des Mischens und Rührens einer
schnellaushärtenden Polyurethan-Harzflüssigkeit geschil
dert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht
auf die Verwendung derartiger Harzflüssigkeiten be
schränkt. Vielmehr kann sie zum Vermischen und Verrühren
einer Vielzahl anderer Harzflüssigkeiten verwenden wer
den.
Nach allem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende
Vorteile:
Da alle Teile, wo die flüssigen Substanzen in der Kammer stagnieren könnten, minimiert sind und der Raum in dem Ausgußrohr sowie in der Kammer gekühlt wird, wird ver hindert, daß die gemischte Flüssigkeit, insbesondere wenn schnellaushärtende Harzflüssigkeiten vermischt und verrührt werden, in der Kammer oder im Ausgußrohr in kurzer Zeit aushärtet und an den Innenwänden fest klebt. Das Mischen und Rühren der flüssigen Substanzen kann daher über lange Zeit stabil durchgeführt werden. Die Vorrichtung gestattet mithin die Verwendung schnell aushärtender Harzflüssigkeiten, was wiederum die Produk tivität bei der Herstellung von Harzerzeugnissen erheb lich steigert sowie eine Massenproduktion und damit eine Verringerung der Kosten ermöglicht.
Da alle Teile, wo die flüssigen Substanzen in der Kammer stagnieren könnten, minimiert sind und der Raum in dem Ausgußrohr sowie in der Kammer gekühlt wird, wird ver hindert, daß die gemischte Flüssigkeit, insbesondere wenn schnellaushärtende Harzflüssigkeiten vermischt und verrührt werden, in der Kammer oder im Ausgußrohr in kurzer Zeit aushärtet und an den Innenwänden fest klebt. Das Mischen und Rühren der flüssigen Substanzen kann daher über lange Zeit stabil durchgeführt werden. Die Vorrichtung gestattet mithin die Verwendung schnell aushärtender Harzflüssigkeiten, was wiederum die Produk tivität bei der Herstellung von Harzerzeugnissen erheb lich steigert sowie eine Massenproduktion und damit eine Verringerung der Kosten ermöglicht.
Claims (1)
- Vorrichtung zum Rühren und Mischen zweier oder mehrerer Arten flüssiger Substanzen und anschließenden Ausgießen des Gemisches, bei der zum Rühren ein Rotor an seinem oberen mittleren Ende drehbar gelagert und in der Kammer der Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Kammer Einlaß öffnungen für flüssige Substanzen in ihrem oberen Ende und ein Ausgußrohr für eine flüssige Substanz in ihrer unteren Mitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Kammer zur Einlaßöffnung des Ausgußrohres geneigt, das untere Ende des Rotors entsprechend der unteren Form der Kammer geformt und eine Vielzahl von Flügeln zur Beförderung der flüssigen Substanz am unte ren Ende des Rotors vorgesehen ist, wobei die Flügel in einer solchen Richtung geneigt sind, daß die flüssi ge Substanz zum Ausgußrohr hin befördert wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird, daß eine große Anzahl von Vorsprüngen über den Umfang des Rotors ver teilt angeordnet ist, daß am unteren Ende des Rotors eine Gewindestange vorsteht und in das Ausgußrohr ragt, wobei das Gewinde der Gewindestange in einer solchen Richtung geschnitten ist, daß die flüssige Substanz ausgestoßen wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn ge dreht wird, und daß Kühlmäntel um die Kammer und das Ausgußrohr herum angeordnet sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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