DE8816780U1

DE8816780U1 - Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff

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Publication number: DE8816780U1
Application number: DE8816780U
Authority: DE
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1990-07-05
Anticipated expiration: 1998-02-27
Also published as: DE3806147A1; DE3806147C2

Description

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An'drejewski,'Horilce & Pörtrier, Patentanwälte in Essen

Beschreibung:

Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziercera Kunststoff, - mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Umf angsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkanunern aufweisen, die gleich ja ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß aufweisen, ff der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem f^: Leitradius (R) begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkammer&eegr; in den Umfangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors einerseits und des Stators andererseits übereinstimmt und die Umfangsreihen des Rotors gegenüber den Umfangsreihen des Stators um die halbe Länge der Mischkammern gegeneinander versetzt sind. Vorrichtungen des beschriebenen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbestimmung werden an eine Schneckenstrangpresse, in der der thermoplastische Kunststoff plastifiziert wird,- angeschlossen oder als Abschnitt in eins solche Schneckenstrangpresse eingebaut. - Es versteh'.-, sich, daß der Stator aus Ringen oder Ringbuchsen, die in einen Zylinder eingesetzt sind, zusammengesetzt sein kann. Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß sich die in den Axialreihen stirnseitig und endseitig angeordneten Mischkammern stirnseitig und rückseitig voneinander und von den übrigen Mischkammern unterscheiden können, wenn es die Geometrie des Rotors oder des Stators verlangt, beispielsweise deshalb, weil der Rotor kegelförmige Übergangsstücke zum Ende bzw. zur zugeordneten Schneckenwelle hin auf v/eist und der Stator angepaßt ist.

Bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung (WO ^

sind die Mischkammern des Rotors tiefer als die des Gtators.

Andrejewski, Honke & Partner^ Patentanwälte in Essen

Sie sind zwar im Radi&lschnitt bogenfcrmig, jedoch besteht insoweit keine feste Beziehung zu dam eingangs definierten Leitradius, Der Mischwirkungsgrad, definiert als Quotient aus erreichter Homogenisierung uad aufgewandter Energie, befriedigt nicht. Im Extrudat bleiben häufiger gleichsam, unveraischte oder schlecht vermischte Zellen. Dies gilt insbas. dann, wenn ait dar Vorrichtung ein Einmischen von Additiven durchgeführt wird. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei anderen bekannten Vorrichtungen der beschriebenen Zweckbestimmung (GB 930 339), bei denen die Mischkammer &eegr; einen etwa rechteckigen Grundriß aufweisen ßowi& iss Radialschnitt rechteckig bis trapezförmig gestaltet sind. Um den Miochwirkuogsgrad zu verbessern, ist. es bei einer anderen Vorrichtung der angegebenen Zweckbestimmung bekannt (EP 06 48 590), mit wehr oder weniger halbkugelf önsigen Mischkatan^rn zu arbeiten, die in bezug auf dia Anordnung der Mischkaraisern nicht nur zwischen Rotor und Stator, sondern auch im Rotor und isi Stator gegeneinander versetzt sind. Durch diese mehrfache Versetzung und die halbkugelfSrcuge Ausbildung der Mischkaramern erreicht man zwar eine Verbesserung dar Vermischung, jedoch ist der Energieaufwand, erheblich. Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen list zwar nicht ausgeschlossen, mit langgestreckten Misch-Xawtnern zu arbeiten, insoweit fehlt jedoch jader Hinweis, wie «an au einer guten Vermischung bei geringem Energieaufwand

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgeraäSe Vorrichtung bo weiter auszubilden, daß ein wesentlich verbesserter Mischwirkungsgrad erreicht wird, und zwar bei yeringem fertigungstechnischen Aufwand.

Andrejewski/Hohke & Pärtrior, Patentanwälte in Essen

Zur Losung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Mischkammern als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben eiern Lei'radius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Kinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, daß die Mischkammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des

in der Oberfläche des Rotors bzw. des Stators eine Stegbreite aufweisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius, und daß die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche so nowählt ist, daß eine genügend große Schergeschwindigkeit realisiert wird. Leitradius bedeutet, daß dieser Radius die beschriebene Geometrie der Zusammenhänge als Leitparameter bestimmt. Überraschenderweise erreicht man durch die beschriebene Abstimmung auf den Leitradius auch eine beachtliche Verbesserung des Mischwirkungsgrades: Im plastifizierten Zustand stellt ein thermoplastischer Kunststoff zwar eine Flüssigkeit dar, jedoch eine Flüssigkeit eigener Art. Die Strömungsverhältnisse sind bei thermoplastifiziertem

Extrucertechnik", 1963, S. 93 bis 104). Die Durchmischung in einer leichtströmenden Flüssigkeit oder in einem Gas ist dann besonders intensiv, wenn das Strömungsbild das einer turbulenten Strömung ist. Bei thermoplastifiziertem Kunststoff ist die Turbulenzbildung durch die hohe Viskosität beeinträchtigt. Erf ind.ungsgemäß entsteht überraschenderweise eine Durchiv.ischung, wie bei homogener isotroper Turbulenz in einem Gas oder in einer leicht strömenden Flüssigkeit. Sie wird durch die besondere Geometrie erzwungen. Bei der erfindungsgemäßen

Ancirejewski, Honke & PUrtneV, Patentanwälte in Essen

Vorrichtung sind die Mischkammern mit einem sehr hohen ■Ordnungsgrad angeordnet. Ihre Geometrie ist abgestimmt auf den Leitradius. Das gilt insbes. auch für die Lange. Nach Madgabe der Viskosität des tnermoplastifizierten Kunststoffes muß bei der Auslegung der Vorrichtung eine unterschiedliche Scherspaltweite eingerichtet werden, die sich durch Versuche, leicht ermitteln läßt. Überraschenderweise bleibt erfindungsgemäß der thermoplastifizierte Kunststoff in den Vertiefungen nicht liegen. Die Turbulenz ist oin Stabilitätsproblem. Sie tri.tt bei bestimmten Eigenwerten des Systems auf. Insoweit kann die Turbulenz mit einem Resonanzphänomen verglichen werden. Neben Resonanzschwingungen kennt man in der Physik auch die erzwungenen Schwingungen. Es kann davon ausgegangen werden, daß erfindungsgemäß eine erzwungene Turbulenz über die Randbedingungen hergestellt wird. Dabei kommt der Länge der Mischkammern ebenso wie den beanspruchten Verrundungen, die an den Leitradius angeschlossen sind, eine besondere Bedeutung zu.

Mach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weisen die Mischkammer]! in axialer Richtung einen Abstand auf, der etwa einem Drittel des Leitradius entspricht. Handelt es sich um eine Vorrichtung, die für eine in der Kunststoff technik übliche Leistung ausgelegt ist, so empfiehlt sich in zahlenmäßiger Hinsicht, daß der Leitradius bei einem Durchmesser D des Rotors von etwa 100 mm im Bereich von 10 bis 20 mm gewählt ist, vorzugsweise etwa 15 mm beträgt. Die Länge der Mischkammern kann in der angegebenen Weise variiert werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wählt man die Länge der Mischkammern mit abnehmender Rinnentiefe größer.

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß der Stator eine Beheizung aufweist, die ggf. zonenweise, auf eine vorgegebene Mischtemppiatur für den thermoplastifizierten Kunststoff regelbar ist. Auf diese Weise läßt sich beim Mischvorgang die

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Seitenansicht eines Rotors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand nach Fiy. 2,

Fig. 4 in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch den Stator einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausschnittsweise,

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 4,

Fig. 6 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung hinter einer Schneckenstrangpresse, ausschnittsweise,

Fig. 7 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schneckenstrangpresse, ausschnittsweise.

Ar.drejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die i.n den Figuren 1 bis 5 dargestellte Vorrichtung mag an eine Schneckenstrangpresse, d. h. an einen sogenannten Intruder, anschließbar "^pin. Sie könnte aber auch als Abschnitt in eine solche Schneckenstrangpresse eingebaut sein. Die Durchmesser des Stators 1 und Rotors 2 können dabei beachtlich größer sein als es dem Schneckendurchmesser bzw. dem ZylinderdurchmeEser der Schneckenstrangpresse entspricht:. Die Vorrichtung dient zum Mischen von thermopldstif&igr;ziertem Kunststoff mit Additiven, anderen Kunststoffen o. dgl. Zum grundsätzlichen Auf tu gehören der Rotor 2 und d-'ür Stator 1, die zwischen sich im montierten Zustand einen Scherspalt 3 bilden. Der Rotor 2 sowie der Stator 1 besitzen in Umfanosreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern 4, die, in radialer Richtung betrachtet, pit einem langgestreckten Grundriß mit in Achsrichtung verlau" inden Flanken 5 versehen sind. All diese Mischkammern 4 sind identisch ausgebildet, bis auf die stirnseitigen Mischkammern 4 bzw. die enr'seitigen Mischkammern 4 am Rotor 2 und am Stator 1, die wegen dort angebrachter kegelförmiger Teilstücke 6 des Rotors 2 bzw. des Stators 1 anders ausgebildet sein müssen. Die Anordnung ist fernerhin so getroffen, daß die Anzahl der Mischkammern 4 in den Umfangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors 2 einerseits und des Stators 1 andererseits übereinstimmen. Die Umfangsreihen des Rotors 2 sind gegenüber den Umfangsreihen

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einander versetzt.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Figuren 1 und 4 entnimmt man, daß die Mischkammern 4 einen Grundriß aufweisen,

Andrejewski, Vlonke & Partner, Patentarrwälte in Essen

der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis iP.it dem Leitradius R begrenzt ist. Aus den Figuren 2 und 5 entnisEit man, daß die Mischkamsiern 4 als iai Radialschnitt Xreisbogenförtaige Rinnen tnit eben dera Leitradius B als Rinnenradius ausgeführt sind. Auch die Rinnentiefe T ist auf den Leitradius abgestiomt. Dazu wird insbes. auf die Fig. 3 verwiesen. Man erkennt, daß die Rinnentiefe T kleiner ist als es dem Leitradius R entspricht (T < R). Die Mischkammer&eegr; 4 weisen eine Länge L auf, die öem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius S (L = 3R bis 4R) entspricht. Im Ausführungsbeispiel ist L = 50 ratn. Die Stege 7 zwischen den Mischkammer&eegr; 4 in der Oberfläche dee Rotors 2 und des Stators 1 weisen eine Stegbreite B auf, die kleiner ist als dem halben Leitradius B entspricht (B < R/2). Nicht gezeichnet wurde die Scherspaltweite W zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche (sie kann aus Maßstabsgründen zeichnerisch nicht dargestellt werden). Sie wird so eingerichtet, daß sie kleiner ist als R/2, vorzugsweise kleiner als R/4.

Aus den Figuren 1 und 4 entnimmt man, daß die Mischkammern 4 in axialer Richtung einen Abstand A aufweisen, der etwa einem Drittel des Leitradius entspricht. Im Ausführungebeispiel mag der Durchmesser D des Rotors 2 etwa 100 nun betragen. Dann ist die Anordnung so getroffen, daß der Leitradiue R im Bereich von 10 bis 20 mm liegt, vorzugsweise etwa 15 inm beträgt. Die Länge L der Mischkamraern 4 soll mit abnehmender Rinnentiefe T größer gewählt werden.

Ire montierten Zustand besitzt der Stator 1 im allgemeinen eine Beheizung, die, ggf. zonenweise, auf eine vorgegebene Mischtemperatur für den thermoplastifizierten Kunststoff regelbar

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

In der Fig. 6 erkennt man rechts eine Schneckenstrangpresse 8, der die erfindungsgemäße Vorrichtung nachgeschaltet ist. Ein Werkzeug 9 schließt sich an. Bei der Fig. 7 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichsam ein Abschnitt der Schneckenstrangpresse 8. Es versteht sich, daß der Kunststoff, der in diesen Abschnitt eintritt, ausreichend, aber nicht vollständig, plastifiziert sein muß.

Claims

Andrejewsld, Honke & Partner

AfiwaHsald·:

72 OlVrie-

Patentanwähe

European Patent Attorneys *

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski *

Diplom-Ingenieur

Dr>lng. Manfred Honke *

Diplom-Physiker

Dr. Kari Gerhard Masdi *

Diplom-lngenieur

Drrlng. Rainer Albrecht

4300 Esten 1, Thtrtrptatz 3, PuIf. 100254

27. April 1990

Gebrauchsmusteranraeldung

Reifenhäuser GmbH & Co. Maschinenfabrik

Spiche■·· Straße

5210 Troisdorf

Vorrichtung zum Mischen von thermoplastif iziertem Kunststoff

Schutzansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff, - mit

Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden,

wobei der Rotor sowie der Stator in Umf angsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß aufweisen,

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius (R) begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkaaasiern in den. Umf angsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors einerseits und des Stators andererseits übereinstimmt unrt die Unfangsrsihen des Rotors gegenüber aen Ufafangsreihen des Stators ujt. die halbe L?--ige der Mischkaiaraern gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer&eegr; (4) als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradius (R) als Rinnenradiue ausgeführt sind, deren Rinnentiefe (T) kleiner ist als der Leitradius (R), daß die vsischkanunem (4) eine Lange (L) aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius (R) entspricht, daß die Stege (7) zwischen den Mischkaramern (4) in der Oberfläche des Rotors (2) bzw. des Stators (1) eine Stegbreite (B) aufweisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius (R), und daß die Scherspaltweite (W) zwischen Rotoroberfläche und Statorobcrflache so gewählt ist, daß eirc genüjenc groCs Schergeschwindigkeit realisiert wird»
2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Mischkarmnern (4) in axialer Richtung einen Ab at and A aufweisen, der etwa einem Drittel des Leitradius (R) entspricht.
3. Vorrichtung nach einotn der Ansprüche 1 oder 2, dadurch go- !rennzeichnat, da8 der Leitradius (R) bsi einem Durchmesser (D) des Rotor« (2) von etwa XOCi vnsn ira Bereich von 10 bis 20 nun gewählt ist, vorzugsweise etwa 15 nun betragt.

ÄndVejewski, rforike & Pertn&i, Potentem walte in Essen
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch qekennzr-i chnet., daß die I.änqe (L) der Mischkammern (4) mit aV>
nehmender Rinnentiefe (T) qrößer (jewiililh ish.
5. Vorrichtung nach einem dor Ansprüche 1 bis 4, dndurch gekenn".c! i chnet, daß der Stator ( 1) eine Beheizung aufweist, die, ggf. zonenweise, auf eine vorgegebene Mischtemperatur für den thermoplastifizierten Kunststoff regelbar ist.