DE910218C - Mischer fuer Kautschuk- oder aehnliche plastische Massen - Google Patents

Mischer fuer Kautschuk- oder aehnliche plastische Massen

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DE910218C
DE910218C DEP5816A DEP0005816A DE910218C DE 910218 C DE910218 C DE 910218C DE P5816 A DEP5816 A DE P5816A DE P0005816 A DEP0005816 A DE P0005816A DE 910218 C DE910218 C DE 910218C
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Description

Das Patent 838 504 betrifft eine Maschine, die dazu dient, eine elastische Kautschukmasse oder ein anderes plastisches Material in fortlaufendem Arbeitsgang mit den notwendigen Zusatzstoffen so zu vermischen, daß der Mischung die für die verschiedenen technischen Anwendungszwecke des Materials erforderlichen Eigenschaften erteilt werden. Dieser Mischer weist eine zwischen seinem Einlaß und seinem Auslaß liegende zylindrische Bearbeitungskammer auf, in der ein das Mischgut kontinuierlich durch die Bearbeitungskammer fördernder Rotor von besonderer Oberflächengestaltung gelagert ist.
Zweck der Erfindung ist, den Mischer gemäß dem Hauptpatent derart zu verbessern, daß er außer zum Mischen in vorteilhafter Weise auch für die Vorgänge des Weichmachens (Plastifizierens) und des Vorwärmens des zu bearbeitenden Materials verwendet werden kann. Durch die Erfindung soll ermöglicht werden, daß das Gemisch die Maschine mit der größtmöglichen Gleichförmigkeit verläßt, d. h. jedes Teilchen des von dem Mischer abgegebenen Materials soll in bezug auf seine Zusammensetzung bzw. seinen Plastifizierungsgrad oder seine Temperatur mit allen anderen Teilchen der gleichen Materialbeschickung oder einer vorhergehenden oder nachfolgenden Materialbeschickung völlig identisch sein.
Zum Erreichen der vorgenannten Zwecke wird gemäß der Erfindung der mittlere Abschnitt des in
der zylindrischen Bearbeitungskammer arbeitenden Rotors von einer Aufeinanderfolge aneinandergrenzender Scheiben von unendlich kleiner Dicke gebildet, die in bezug auf die Rotorachse exzentrisch angeordnet und mit ihren Mittelpunkten fortschreitend gegeneinander im Winkel versetzt sind, so daß sie eine im Längsschnitt sinusförmige Schraube bilden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei-ίο spielsweise erläutert.
Fig. ι ist ein schematischer Längsschnitt durch den Mischer;
Fig. 2 zeigt den mit der Mischkammer zusammenarbeitenden mittleren Teil des Rotors in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch den mittleren Teil des Rotors;
Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie A-A von Fig. 3;
Fig. 5 bis 7 sind ähnliche Querschnitte nach den Linien B-B, C-C bzw. D-D von Fig. 3.
Gemäß dem Hauptpatent ist der Rotor auf dem im Bereich der Mischkammer liegenden Teil mit einer Reihe aufeinanderfolgender Scheiben ausgerüstet, die in bezug auf die Rotorachse exzentrisch angeordnet und gegeneinander fortschreitend im Winkel versetzt sind.
Die gemäß der Erfindung erzielte Verbesserung des Mischers nach dem Hauptpatent besteht darin, daß die Dicke der Scheiben auf einen derart kleinen Wert herabgesetzt ist, daß die äußere Oberfläche des Rotors nicht eine Aufeinanderfolge einzelner Scheiben, sondern eine ununterbrochene Fläche darstellt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist der Rotor im Bereich der Bearbeitungs- oder Mischkammer 10 die Gestalt einer wulstigen Schnecke 14 mit im Schnitt sinusförmigem Gewinde auf, und um diese Schnecke 14 windet sich als Fortsetzung der Zuführungsschnecke 12 ein Gewinde 14°, das am Ende der Kammer 10 in die Abgabeschnecke 13 übergeht. Durch das um die Schnecke 14 herumlaufende Gewinde 14° wird ein sich um den Rotor windender Kanal geschaffen, der ohne Unterbrechung von der Zufuhrkammer 9 durch die Bearbeitungskammer 10 hindurch zur Auslaßkammer 11 verläuft. Betrachtet man diesen Kanal in dem Teil, welcher im Bereich der Bearbeitungskammer 10 liegt, dann ist festzustellen, daß sich seine Querschnitte fortlaufend ändern und daß diese Änderungen zyklisch erfolgen. Um die nachstehende Beschreibung verständlicher zu machen, soll dieser Kanal ideell in einzelne Elemente unterteilt werden, die unter sich gleich sind. Jedes Kanalelement umfaßt einen vollständigen Zyklus von Ouerschnittsänderungen und entspricht daher einem vollständigen und genau definierten Arbeitszyklus.
Verfolgt man in Fig. 2 das Vorwärtswandern der Kautschukmasse, welche durch die Zuführschnecke 16 in die Bearbeitungskammer des kontinuierlich arbeitenden Mischers gedruckt wird, dann erkennt man, daß die von der Schnecke 16 vorwärts gedrückte Kautschukmasse zuerst in ein Kanalelement 17 der Bearbeitungsmasse eintritt. Dieses Kanalelement wird einerseits durch die Wand des die Fortsetzung des Gewindes 16 bildenden Gewindes 18 und andererseits durch einen fortlaufenden Rücken 19 begrenzt, der sich aus der schraubenlinienförmigen Aufeinanderfolge von auf dem Umfang der Wulstschnecke liegenden Bögen ergibt, deren jeder der am weitesten von der Rotorachse entfernt liegende Teil der einzelnen Scheiben unendlich kleiner Dicke ist, wie dies aus den Fig. 4, 5, 6, 7 hervorgeht. Wenn angenommen wird, daß die Steigung der Schraubenlinie, nach der sich der Rücken 1.9 um die Rotorachse windet, großer als die Steigung der Schnecken ist, dann nähert sich die dem Rücken 19 entsprechende Schraubenlinie allmählich dem Gewinde 18, bis sie dieses an der Stelle 20 schneidet. An dieser Stelle 20 endet das Kanalelement 17, dessen Querschnitt allmählich kleiner wurde.
Wird angenommen, daß der äußere Durchmesser des Gewindes 18 derart ist, daß es dicht an der inneren Oberfläche des zylindrischen Raumes 2 entlang geht, während der Rücken 19 mit einem geringen Zwischenraum 21 davon abliegt, dann ergibt sich, daß die in das Kanalelement 17 eintretende Kautschukmasse gezwungen wird, im ganzen durch den Zwischenraum 21 hindurchzugehen, bevor sie die Stelle 20 erreicht.
Dieser Durchgang durch die sehr genau bestimmte Öffnung, die nachstehend mit L bezeichnet werden soll, erfolgt während der Drehung des Rotors in dem stillstehenden zylindrischen Raum 2, und daher wird die Kautschukmasse, während sie durch die Öffnung L von der begrenzten Höhe 21 hindurchgeht, einer Walz- und Mischwirkung unterworfen, die nahezu die gleiche ist, wie wenn die Masse durch die Walzen eines Zweiwalzenmischers hindurchgeführt würde, die mit ihren Achsen parallel liegen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten gedreht werden.
Es ist wichtig zu bemerken, daß, da das Kanalelement 17 in diagonaler Richtung von dem Rücken 19 begrenzt wird, die gesamte Kautschukmasse zwischen diesem Rücken -und der Innenfläche des Zylinderraumes 2 hindurchgezwängt wird, wodurch sie allmählich einer ersten Bearbeitungsphase unterworfen wird.
Nachdem die Kautschukmasse in den ersten Gewindegang des Gewindes 18 jenseits des Rückens 19 gelangt ist, tritt sie in ein neues Kanalelement 22 ein, das wieder einerseits durch das Gewinde 18 und andererseits durch den Rücken 19 begrenzt wird.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, beginnt das Element 22 an der Stelle 23 mit einem Querschnitt praktisch von der Fläche Null. Nach i8o° hat es sich auf den in Fig. 3 durch die Fläche 30 wiedergegebenen Querschnitt vergrößert. Nach 3600, vom Anfang an gerechnet, d. h. nach einer vollen Umrehung, hat sich das Kanalelement 22 noch mehr erweitert und wreist jetzt den durch die Fläche 31 wiedergegebenen Querschnitt auf. An dieser Stelle ist die gesamte Kautschukmasse aus dem Kanal-
element 17 in das Kanalelement 22 abgegeben worden, wobei die Masse über den Rücken 19 hinweggegangen ist.
Nach einer Umdrehung plus i8o°, vom Anfang an gerechnet, hat das Kanalelement 22 einen Querschnitt entsprechend der Fläche 32. Nach zwei vollen Umdrehungen weist das Kanalelement 22 einen Querschnitt entsprechend der Fläche 33 auf, die gleich der Fläche 31 ist, aber symmetrisch zu dieser liegt. An dieser Stelle beginnt die Kautschukmasse das Kanalelement 22 zu verlassen, und während sie über den Rücken 19 hinweggeht, erreicht sie ein neues Element 17, dessen erste Querschnittsfläche in Fig. 3 mit 34 bezeichnet ist.
Nach zwei Umdrehungen plus i8o° entspricht der Querschnitt des Kanalelementes 22 der Fläche 35, welche gleich der Fläche 30 bzw. 34 ist, aber symmetrisch zu dieser liegt. Nach drei vollen Umdrehungen, entsprechend dem Schnittpunkt 25,
ao endet das Kanalelement 22, und die Kautschukmasse tritt in die Auslaßkammer durch ein neues Kanalelement 17 ein.
Diese dauernde Änderung der Querschnitte des Kanals in Fläche und Gestalt zwingt die vorwärts
a5 gedrückte Kautschukmasse, fortlaufend ihre Gestalt zu ändern und in sich fortwährend ändernder Richtung zu bewegen. Daraus ergibt sich eine Mischwirkung, welche die größtmögliche Gleichförmigkeit des Erzeugnisses gewährleistet.
Es ist auch wichtig zu bemerken, daß die Fläche der Querschnitte des Kanalelementes 22 im ersten Teil der Mischkammer, der an der Stelle 23 beginnt und an der Stelle 20 endet, d. h. bei der Aufnahme der Kautschukmasse zunimmt, wobei der Übergang der Masse über den Rücken 19 aus dem Element 17 heraus erfolgt, während die Fläche der Querschnitte im Endteil der Mischkammer abnimmt, der an der Stelle 20 beginnt und an der Stelle 25 endet, wo die Kautschukmasse über den Rücken 19 in den anschließenden Kanal abgegeben wird. Im mittleren Teil durchläuft das Element 22 einen Bereich von 3600, um von der rechts von der Stelle 20 liegenden Seite zu der links davon liegenden Seite überzugehen; seine Querschnitte gehen dabei von der
♦5 Fläche 31 in die Fläche 32 und danach in die Fläche 33 über.
Die Änderung der Fläche der Querschnitte jedes Kanalelementes ist daher proportional zu der Kautschukmenge, die das Element an den beiden äußeren Enden aufnehmen muß, und dadurch wird die gesamte Kautschukmasse gezwungen, mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit in diejenigen Teile zu wandern, in welchen sie einem Bearbeitungsvorgang unterworfen wird. In dem mittleren Teil, d. h. da, wo die Kautschukmasse keine Bearbeitung erfährt, wird sie einem Mischvorgang unterworfen, und zwar auf Grund der Änderung der Fläche der Querschnitte und auf Grund des Umstandes, daß sie ihre Bewegung verlangsamt, um aus dem Querschnitt 31 in den größten Querschnitt 32 zu gelangen, und nachher ihre Bewegung beschleunigt, um aus dem Querschnitt 32 in den Querschnitt 33 zu gelangen.
Der in Fig. 2 wiedergegebene Rotor setzt sich im Bereich der Bearbeitungskammer aus einem ersten zweigängigen Rotorgewinde von sinusförmigem Querschnitt und einem zweiten Gewinde zusammen, das sich und das erste Gewinde mit vier Gängen herumwindet. Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß die Kautschukmasse, die die ganze Bearbeitungskammer, welche einen Rotor von der beschriebenen Art enthält, durchwandert, nacheinander zweimal zwischen dem Rücken 19 und der Innenfläche des zylindrischen Raumes 2 hindurchgeht, d. h. die gesamte Kautschukmasse wird zweimal bearbeitet. Wenn dagegen das Gewinde sechsmal um das Rotorgewinde herumlaufen würde, dann würde die gesamte Kautschukmasse einem dreifachen Bearbeitungsvorgang unterworfen werden. Dies bedeutet, daß durch Vergrößerung der Anzahl der Gänge des Gewindes 18 nach Belieben bestimmt werden kann, wievielmal die gesamte Kautschukmasse durch die engen öffnungen L hindurchgehen soll, in denen sie bearbeitet wird.
Wird die Anzahl der Gänge des um den Rotor herumlaufenden Gewindes konstant gehalten und die Steigung des sinusförmigen Rotorgewindes, nach der sich der Rücken 19 abwickelt, geändert, dann bleibt die Anzahl der öffnungen L, durch welche die Kautschukmasse nacheinander zwecks Bearbeitung hindurchgeht, konstant. Dafür ändert sich jedoch die Größe dieser öffnungen L. Diese öffnungen haben einen rechteckigen Querschnitt, dessen Höhe dem Abstand zwischen dem Rücken 19 und der Innenfläche des zylindrischen Raumes 2 entspricht, während die Länge der rechteckigen öffnung der Breite des Rückens zwischen zwei Schnittpunkten des Rückens mit den Gängen des Gewindes entspricht. Wird die Steigung der spiralförmig verlaufenden Rückenlinie verkleinert, dann vergrößert sich die Länge der öffnung L, während sich bei einer Vergrößerung der Steigung der Rückenlinie eine Verkleinerung der Länge der öffnung L ergibt.
Die Fläche der öffnung L ist in der Regel proportional zu der Fläche des Kanals zu halten, welcher die Kautschukmasse zur Bearbeitungskammer führt, so daß der Kautschukstrom durch das darauffolgende Zurückströmen nicht abgedrosselt wird, was die Gleichförmigkeit der Mischung beeinträchtigen würde.
Wenn daher die Länge der öffnung geändert wird, muß auch ihre Höhe geändert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Durchmesser und die Exzentrizität der unendlich dünnen Scheiben in passender Weise geändert werden, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß dadurch gleichzeitig die Höhe der öffnungen L, die Gestalt der Mündung dieser öffnungen und auch die Gestalt und die Fläche der Querschnitte der Elemente beeinflußt werden, in welche der Kanal, durch den die Kautschukmasse hindurchgeht, ideell unterteilt ist.
Zusammenfassend ergibt sich, daß die Eigenschaften der Mischung, welche von dem Kautschuk beim Durchgang durch die Bearbeitungskammer
des kontinuierlich arbeitenden Mischers bestimmt werden, dadurch verändert werden können, daß
A. die Steigung und damit die Anzahl der Gänge des Gewindes geändert wird, das sich um den Rotor in der Bearbeitungskammer windet, durch welche die Kautschukmasse hindurchgehen muß,
B. die Steigung des im Schnitt sinusförmigen Gewindes, welches den eigentlichen Rotor darstellt, geändert wird, worauf folgt, daß sich mit der Gestalt und der Fläche der Querschnitte der Kanäle die Länge der Öffnungen L ändert, durch welche die Kautschukmasse hindurchgehen muß,
C. der Durchmesser und die Exzentrizität der unendlich dünnen Scheiben geändert wird, wodurch sich die Höhe und die Gestalt der Mündung der Öffnungen, durch welche die Kautschukmasse hindurchgehen muß, und außerdem die Gestalt und die Fläche der Querschnitte der Elemente ändern, in welche der Kanal unterteilt ist, durch welchen die Kautschukmasse hindurchgehen muß.
Jeder dieser Änderungen, gleichgültig ob sie einmal oder mehrmals angewendet werden, entspricht ein kontinuierlich arbeitender Mischer mit den richtigen Eigenschaften. Es ist möglich, aus den so bestimmten, verschiedenen Maschinenarten die bessere für den Zweck auszuwählen, für den sie angewendet werden soll, z. B. zum Mischen, zum Plastizieren, zum Vorerhitzen oder für andere Vorgänge auf dem Gebiet der Bearbeitung von
Kautschuk- oder ähnlichen plastischen Massen. Alle diese verschiedenen praktischen Anwendungen beruhen auf dem oben auseinandergesetzten Prinzip und fallen daher in den Rahmen der Erfindung.

Claims (14)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    I. Mischer für elastischen Kautschuk oder ähnliche plastische Stoffe gemäß Patent 838 504 mit einer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Mischers liegenden zylindrischen Bearbeitungskammer, in der ein das Mischgut kontinuierlich durch die zylindrische Kammer fördernder Rotor gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (10) des Rotors (1) von einer Aufeinanderfolge aneinandergrenzender Seheiben von unendlich kleiner Dicke gebildet wird, die in bezug auf die Rotorachse exzentrisch angeordnet und mit ihren Mittelpunkten fortschreitend gegeneinander im Winkel versetzt sind, so daß sie eine im Längsschnitt sinusförmige Schraube (14) bilden.
  2. 2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Winkelversetzung und bzw. oder der Exzentrizität für alle Scheiben gleich ist.
  3. 3. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Winkelversetzung und bzw. oder der Exzentrizität sich von Scheibe zu Scheibe ändert.
  4. 4. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Scheiben in Be
    bezug auf den Innendurchmesser der arbeitungskammer verschieden groß ist.
  5. 5. Mischer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich um den Rotor (1) längs seiner ganzen Länge eine Schnecke (12, 14", 13) windet, welche ohne Unterbrechung von der Einlaßkammer (9) durch die Bearbeitungskammer (10) zur Auslaßkammer (11) verläuft.
  6. 6. Mischer rtach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schnecke auf der ganze Länge gleich ist.
  7. 7. Mischer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schnecke im Bereich jeder Kammer gleich, aber von Kammer zu Kammer verschieden ist.
  8. 8. Mischer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steigung der Schnecke auf der ganzen Länge ändert.
  9. 9. Mischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Steigung der Schnecke in den einzelnen Kammern verschieden ist.
  10. 10. Mischer nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke in jeder Kammer einen oder mehrere Gewindegänge hat.
  11. 11. Mischer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) mit einem oder mehreren genau bestimmten Kanälen (einem Kanal für jeden Gewindegang der Schnecke, die sich um diesen Rotorteil windet) längs seiner ganzen Länge versehen ist, durch den oder durch die die ganze Kautschukmasse durch die Einlaßkammer (9), die Bearbeitungskammer (10) und die Auslaßkammer (11) hindurchgezwängt wird.
  12. 12. Mischer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in der Bearbeitungskammer (10) durch zweckentsprechende Wahl des Durchmessers, der Winkelverschiebung und der Exzentrizität der unendlich dünnen Scheiben, aus denen er besteht, so ausgebildet ist, daß er den Bearbeitungsvorgängen, denen die Kautschukmasse unterzogen werden soll, besondere Eigenschaften "gibt.
  13. 13. Mischer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal oder die Kanäle, mit denen der Rotor (1) im mittleren Teil (10) versehen ist, eine Ouerschnittsfläche besitzen, die proportional der Kautschukmenge ist, die während ihrer Fortbewegung nach Überwindung des Rückens (19) der Rotorschraube (14) in die Kanäle eintritt oder aus den Kanälen nach erneuter Überwindung des Rückens der Schraube austritt.
  14. 14. Mischer nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal oder die Kanäle des Rotors (i) im mittleren Teil (10) von dem Rücken (19) ideell in Elemente (17, 22) unterteilt sind, deren jedes einen vollständigen Zyklus von Änderungen in seiner Form und seiner Ouerschnittsfläche darstellt.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    1 95U 4.54
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