Misch- und Kneteinrichtung

Abstract

 Die Misch- und Kneteinrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse (1) mit in diesem angeordneter Mischerwelle (3) auf. Auf der Mischerwelle (3) sind mit Flügelelementen (8) bestückte Rotorelemente (6) angeordnet, welche in Umfangsrichtung auf der Mischerwelle (3) und auch axial gegeneinander verstellbar sind. Jedes Rotorelement (6) weist einen ringförmigen Grundkörper mit Innenverzahnung (7) auf, welcher mit der Aussenverzahnung (4) der Mischerwelle (3) kämmt. Die Flügelelemente (8) arbeiten mit ggf. verdrehbar gelagerten Vorsprüngen (10) zusammen, welche sich radial in das Gehäuse (1) erstrecken und den Flügelelementen (8) ähnlich geformt sind. Durch die Verstellung der Rotorelemente (6) gegeneinander kann die Misch- und Knetwirkung optimal den zu bearbeitenden Materialien angepasst werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse drehbar angeordneten Mischerwelle mit Knetflügeln nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Solche Misch- und Kneteinrichtungen sind an sich bekannt und werden gewöhnlich mit im Schneckengehäuse angeordneten Knetzähnen ausgerüstet, welche während des Betriebs der Einrichtung mit den Schneckenflügeln zusammenarbeiten. Diese Einrichtungen eignen sich hervorragend zum Verarbeiten von zähflüssigen Massen, zum Homogenisieren und Plastifizieren von Kunststoff, zum Einarbeiten von Füll- und Verstärkungsstoffen, Additiven, Farbpigmenten usw. und zum Dispergieren derselben in eine Kunststoffmatrix, zum Zerkleinern von homogenen Stoffen, zur Herstellung von Kunststoffpasten, Kunststoffmaterialien sowie zur Verarbeitung von Kunststoffen, z.B. zu strangförmigen Halbfabrikaten und auch zur Verarbeitung von Viskosemassen und zum Entfernen von flüchtigen Bestandteilen.

[0003] Ein prinzipieller Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, dass je nach Verwendungszweck verschieden angeordnete und unterschiedlich ausgebildete Knetflügel zu verwenden sind.

[0004] Die Formgebung und Anordnung muss den zu bearbeitenden Materialien, dem Verwendungszweck sowie anderen wichtigen Kriterien angepasst werden. So ist z.B. das Optimum an Knetwirkung oft nur dann erreichbar, wenn die Förderwirkung der Schnecke der Veränderung des spezifischen Volumens des zu verarbeitenden Materials während des Knetprozesses angepasst wird. Beim Verarbeiten von solchen Materialen, deren spezifische Volumina sich während des Knetvorgangs verändern, wird die Leistung der Schnecke durch das maximale Volumen, welches in der Regel beim Eintritt in die Maschine vorhanden ist, bestimmt. Bei der Verarbeitung werden die Materialien verdichtet.

[0005] Ferner ist es bei Versuchsanlagen, d.h. bei Anlagen, bei welchen die für ein bestimmtes Material günstigste Formgebung einer Schnecke ermittelt werden soll, eminent wichtig, dass Probeläufe unter identischen Voraussetzungen, aber mit verschiedenen Schneckenformen schnell und leicht durchgeführt werden können.

[0006] Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht also darin, eine Misch- und Kneteinrichtung zu schaffen, mittels welcher die verschiedensten Materialien für die verschiedensten Zwecke unter optimalen Bedingungen verarbeitet werden können, wobei die Einrichtung von Fall zu Fall an die einzuhaltenden Bedingungen in leichter Weise anpassbar ist.

[0007] Erfindungsgemäss wird von einer Misch- und Kneteinrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse drehbar angeordneten, mit Knetflügeln ausgerüsteten Mischerwelle sowie mit am Umfang des Gehäuses verteilten, gruppenweise in einer gemeinsamen Ebene angeordneten und gegen die Mischerwelle gerichteten Vorsprüngen ausgegangen, die sich in nicht mit Knetflügeln bestückte Ringräume erstrecken. Eine solche bekannte Misch- und Kneteinrichtung weist erfindungsgemäss die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale auf.

[0008] Besonders vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen 2-7 enthalten.

[0009] Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Misch- und Kneteinrichtung, wobei das Gehäuse derselben im Vertikalschnitt und die Welle mit den Knetflügeln teilweise in schaubildlicher Darstellung gezeigt sind;

Fig. 2 veranschaulicht einen nur teilweise gezeichneten Querschnitt gemäss der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein stark vergrössert gezeichneter Ausschnitt aus Fig. 2; und

Fig. 4 zeigt schematische Darstellungen von Flügelanordnungen.

[0010] Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Misch- und Kneteinrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, das aus einem oder mehreren Gehäusesegmenten mit oder ohne Einfüll- resp. Entgasungsöffnungen besteht (in der Zeichnung nicht dargestellt). Ferner ist an einem Ende des Gehäuses ein Einfülltrichter und am anderen Ende eine Entnahmeöffnung vorhanden. Es ist auch möglich, das Gehäuse doppelwandig oder mit einem Heiz-oder Kühlmantel zu versehen, um den Misch- und Knetraum 2 temperieren zu können. Diese Ausbildung spielt für den Erfindungsgegenstand keine Rolle und ist in der Zeichnung nicht angedeutet.

[0011] In der Mitte des Gehäuses 1 und koaxial dazu erstreckt sich eine Mischerwelle 3, welche drehbar gelagert ist und mit Hilfe z.B. eines Elektromotors über ein Getriebe angetrieben werden kann. Auch die diesbezügliche Ausbildung ist bekannt und wird nicht näher dargestellt.

[0012] Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mischerwelle 3 mit einer Aussenverzahnung 4 versehen ist, welche aus einzelnen Zahnrippen 5 besteht, die sich entlang der ganzen Welle erstrecken.

[0013] Auf der Mischerwelle 3 sind Rotorelemente 6 aufgereiht, die hülsenförmig ausgebildet und mit einer Innenverzahnung 7 versehen sind, die in die Aussenverzahnung 4 der Mischerwelle 3 greifen.

[0014] Ferner ist jedes Rotorelement 6 mit einer Anzahl von Flügelelementen 8 versehen, wie dies insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht. Die Flügelelemente ragen in den Misch- und Knetraum 2 und können an sich beliebig geformt sein bzw. spezifisch an das mit der Einrichtung durchzuführende Verfahren angepasst sein. Wesentlich ist nur, dass zwischen zwei benachbarten Flügelelementen, die an zwei aneinanderstossenden Rotorelementen 6 angeordnet sind, ein freier Ringraum verbleibt, welcher in Fig. 1 strichpunktiert gezeichnet und mit 9 bezeichnet ist. In diesen Ringraum 9 ragen Vorsprünge 10, die als Knetzähne, Knetstifte, Knetbolzen oder dgl. ausgebildet werden können. Prinzipiell können die Vorsprünge 10 auch die gleiche Formgebung wie die Flügelelemente 8 aufweisen und drehbar und in der Neigung zur vertikalen Querebene verstellbar im Gehäuse 9 angeordnet sein.

[0015] In Fig. 4 sind einige wenige Möglichkeiten der Formgebung der Flügelelemente 8a, 8b und 8c dargestellt. So kann z.B. eine abwechselnde Förderwirkung erzielt werden, indem neben einem Rotorelement 6a mit Flügelelementen 8a ein Rotorelement 6c mit entgegengesetzt geneigten Flügelelementen 8c angeordnet wird. Es wird in dieser Weise ermöglicht, auf der Mischerwelle 3 zuerst solche Rotorelemente 6 aufzureihen, deren Flügelelemente 8 eine kontinuierliche, aber im Bereiche der freien Ringräume 9 unterbrochene Schnecke bilden. Anschliessend kann je nach Bedarf ein Rotorelement 6 mit entgegengesetzt geneigten Flügelelementen vorhanden sein, so dass die Schnecke in eine Gegenschnecke übergeht und das geförderte Material unter Druck gesetzt wird. Dadurch ist es möglich, den Austritt des Materials, z.B. durch radiale Bohrungen im Gehäuse 1, so zu regulieren, dass dieser unter kontinuierlichem Druck erfolgt.

[0016] Ferner ist es möglich, die Ausstossleistung je nach zu bearbeitendem Material erheblich zu erhöhen, indem man solche Rotorelemente hintereinander aufreiht, auf welchen die gesamthaft auf einer ununterbrochenen Schraubenlinie angeordneten Schnekkenflügel gegenüber dieser Linie verdreht sind. Eine solche Möglichkeit zeigt das Flügelelement 8b, dessen Mittelpunkt auf einer Schraubenlinie 11 liegt, wobei das Flügelelement gegenüber dieser Linie um einen Winkel a verdreht ist.

[0017] Es ist auch möglich, Flügelelemente auf dem gleichen Rotorelement mit unterschiedlicher Neigung anzuordnen.

[0018] Mit der Schrägstellung der Flügelelemente wird die gleiche Wirkung erzielt, als wenn die Steigung der Schnecke entsprechend grösser gewählt wäre. Durch die Kombination von verschiedenen Rotorelementen kann eine unterschiedliche, d.h. nicht kontinuierliche Steigung mit einfachsten Mitteln erzielt werden. Wesentlich ist dabei, dass jedes Rotorelement 6 auf der Mischerwelle 3 in kleinsten Stufen in Umfangsrichtung der Welle 3 verstellt werden kann. Dies wird z.B. ermöglicht durch die beschriebene Ausbildung der Mischerwelle 3 mit Aussenverzahnung 4, welche durch die Zahnrippen 5 gebildet wird, sowie der Rotorelemente 6 mit Innenverzahnung 7, welche Verzahnungen ineinander greifen.

[0019] In dieser Weise kann einerseits jedes Rotorelement praktisch in jeder beliebigen Stellung drehfest mit der Mischerwelle 3 verbunden werden, während andererseits die Zahnverbindung die Übertragung von sehr grossen Drehmomenten erlaubt, die bei der Verarbeitung von zähflüssigen Massen oft auftreten können.

[0020] Eine weitere Möglichkeit ergibt sich aus der drehbaren Lagerung und aus der flügelähnlichen Ausbildung der Vorsprünge 10. Das Gehäuse 1 mit den Vorsprüngen 10 bildet eine die Mischerwelle 3 umgebende zweite Welle, welche zwar stillsteht, aber die Verarbeitung der verschiedensten Materialien zu beeinflussen vermag. Diese Beeinflussung kann durch die zweckmässige Ausbildung und durch die Verstellbarkeit der Vorsprünge 10 erfolgen, die den Spalt zwischen den Flügelelementen 8 zu ändern oder sogar zu verschliessen imstande sind, so dass Stauzonen für die verschiedensten Zwecke gebildet werden können.

[0021] Durch die Verengung bzw. Erweiterung des freien Raumes zwischen dem Ende des einen Flügelelements bei 12 und dem Anfang des benachbarten Flügelelements bei 13 kann die Scherwirkung reguliert werden. Bei einer Drehung der Mischerwelle 3 in Pfeilrichtung 14 (Fig. 1) kann das Material, welches sich vor dem stiftförmigen Vorsprung 10 im Ringraum 9 befindet, mehr oder weniger seitlich ausweichen, und zwar je nachdem, wie die Vorsprünge geformt sind und welche relative Lage sie zu den Flügelelementen einnehmen.

[0022] Falls keine Scherwirkung erwünscht ist, so werden die beiden benachbarten Rotorelemente 6 so auf die gemeinsame Mischerwelle 3 aufgesetzt, dass zwischen den Teilen 12 und 13 der Flügelelemente 8 ein breiter Axialstreifen verbleibt, in welchen die zu bearbeitenden Materialien aus dem Ringraum entweichen können und keiner Scherwirkung ausgesetzt werden. Ist dagegen eine Scherwirkung erwünscht, so werden die Flügelelemente 8 mit ihren End- bzw. Anfangspartien einander gegenüberstellt, so dass das Material nicht entweichen kann, sondern einer Scherwirkung ausgesetzt ist. Die Stellungen der Flügelelemente 8 können mit den Vorsprüngen 10 kombiniert werden, die ähnlich den Flügelelementen 8 ausgebildet und vielfach eingestellt werden können.

[0023] Darüber hinaus sind noch weitere Möglichkeiten gegeben. Es ist z.B. auch möglich, die Förderleistung der Schnecke durch die Änderung des Verhältnisses der Anzahl der Schneckenflügel zur Anzahl der Lücken zwischen den Flügeln an das spezifische Volumen der zu verarbeitenden Materialien anzupassen. Zu diesem Zweck werden an vorbestimmten Stellen die Vorsprünge entfernt, wobei gleichzeitig die an der betreffenden Stelle vorhandenen Lücken im Schneckengang verschlossen werden. Das Verschliessen kann durch Einsetzen von Gangschliesselementen durchgeführt werden, die wiederum an Rotorelementen 6 angeordnet sind. Die Breite dieser speziellen Rotorelemente entspricht dann der Breite des freien Ringraums 9.

[0024] Schliesslich ist es möglich, bei einer solchen Mischerwelle 3, die in bekannter Weise neben der rotierenden noch eine hinund hergehende Bewegung ausführt, die Lücken zwischen den Flügelelementen 8 durch Verdrehung und Verschiebung der Rotorelemente 6 auf der Mischerwelle 3 in einfacher Weise den Vorsprüngen 10 anzupassen, dass diese bei der Dreh- und Oszillierbewegung der Welle immer durch die Lücken treten.

[0025] Die beschriebene Misch- und Kneteinrichung kann universell für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, und zwar sowohl als konventionelle Schnecke mit konstanter Gangsteigung und gegebener Gangtiefe als auch als eine Schnecke mit nicht kontinuierlicher Gangsteiung, (abhängig von der Anordnung der Rotorelemente) mit gezielter Scherwirkung und mit verbessertem Misch- und Dispergiereffekt, wobei eine optimale Flexibilität und universelle Einsetzbarkeit bei der Verarbeitung der verschiedensten Materialen gegeben ist.

Ansprüche

1. Misch- und Kneteinrichtung mit einer in ei- nem zylindrischen Gehäuse drehbar angeordneten, mit Knetflügeln ausgerüsteten Mischerwelle sowie mit am Umfang des Gehäuses verteilten, gruppenweise in einer gemeinsamen Ebene angeordneten und gegen die Mischerwelle gerichteten Vorsprüngen, die sich in nicht mit Knetflügeln bestückte Ringräume erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Mischerwelle (3) hülsenförmige, mit Flügelelementen (8) versehene Rotorelemente (6) lückenlos und bezüglich der Umfangsrichtung in verschiedenen Winkelstellungen aufreihbar angeordnet sind, derart dass zur Änderung der Förder- und Knetleistung die Reihenfolge und/oderdie gegenseitige Winkelstellung der Flügelelemente (8) veränderbar ist.

2. Misch- und Kneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den als Knetflügeln ausgebildeten Flügelelementen (8) von zwei benachbarten Rotorelementen (6) ein freier Ringraum (9) verbleibt, in welchen sich in gleichen Ebenen liegenden Vorsprünge (10) erstrecken.

3. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü- chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (10) flügelelementartig ausgebildet und in der Neigung zur vertikalen Querebene verstellbar gelagert sind.

4. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü- chen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der ganzen Länge der Mischerwelle (3) eine Aussenverzahnung (4) vorhanden ist.

5. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü- chen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorelement (6) einen ringförmigen Grundkörper mit Innenverzahnung (7) auf- weist, die mit einer entsprechenden Aussenverzahnung (4) der Mischerwelle (3) kämmt.

6. Misch- und Kneteinrichtung nach den Ansprü- chen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelelemente (8) an ein und demselben Rotorelement (6) untereinander oder gegen- über einer gedachten Schneckengangsteigung verschieden oder gruppenweise verschieden geneigt sind.

7. Misch- und Kneteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die An- zahl der Flügelelemente (8) an zwei benachbarten Rotorelementen (6) verschieden ist.

Zeichnung