DE3819605A1

DE3819605A1 - Verwendung einer vorrichtung zum mischen von thermoplastifiziertem kunststoff als einrichtung zum einbringen von additiven in einen mengenstrom aus thermoplastifiziertem kunststoff

Info

Publication number: DE3819605A1
Application number: DE3819605A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schwarz; Peter Stommel
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1989-10-19

Description

Das Hauptpatent geht aus von einer Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Umfangsreihen und in Axialreihen angeordnete Misch kammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen lang gestreckten Grundriß besitzen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkammern in den Umfangsreihen so wie 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. Der Erfindung nach dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vor richtung so weiter auszubilden, daß ein wesentlich verbesserter Mischwirkungsgrad erreicht wird, und zwar bei geringem ferti gungstechnischen Aufwand. Zur Lösung dieser Aufgabe ist im Hauptpatent beansprucht, daß die Mischkammern als im Radial schnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Rinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, daß die Mischkammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius entspricht, daß die Stege zwischen den Mischkammern in der Oberfläche des Ro tors bzw. des Stators eine Stegbreite aufweisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius, und daß die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche so gewählt ist, daß eine genügend große Schergeschwindigkeit, genauer ein ge nügend großer Schergeschwindigkeitsgradient, realisiert wird. Aufgrund besonderer hydrodynamischer Effekte, die aus der vor stehend beschriebenen Gestaltung und Abstimmung resultieren, erreicht die Erfindung nach dem Hauptpatent eine besonders in tensive Mischung.

In der Kunststoffverarbeitung mit Extrudern stellt sich häufig die Aufgabe, in den Kunststoff Additive einzubauen, beispiels weise Farbstoff einzubauen oder besondere Kunststoffe und an dere Stoffe gleichsam als Legierungselemente einzubringen. Es versteht sich, daß dabei mehrere Additive in Mischung oder auch einzelne Additive einzubauen sind.

Der Erfindung liegt in weiterer Ausbildung und Verbesserung des Gegenstandes nach dem Hauptpatent die Aufgabe zugrunde, an zugeben, wie mit Hilfe der Mischvorrichtung, die im Hauptpatent offenbart ist, die Additive auf besonders einfache Weise in den thermoplastifizierten Kunststoff sehr wirksam und homogen durchgemischt eingebaut werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Ver wendung einer Vorrichtung zum Mischen von thermoplastifiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Umfangsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern aufweisen, die gleich ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Misch kammern 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, wobei nach dem Hauptpatent die Mischkammern als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leit radius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Rinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, wobei die Mischkammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leit radius entspricht und die Stege zwischen den Mischkammern in der Oberfläche des Rotors bzw. des Stators eine Stegbreite auf weisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius, wobei die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche so gewählt ist, daß ein genügend großer Schergeschwindigkeits gradient realisiert wird als Einrichtung zum Einbringen von Additiven in einen Mengenstrom aus thermoplastifiziertem Kunst stoff, der aus einer Schneckenstrangpresse austritt, mit der Maßgabe, daß der Rotor einen eigenen, unabhängig von der Schneckenstrangpresse steuerbaren und/oder regelbaren Antrieb aufweist, und mit der weiteren Maßgabe, daß der thermoplasti fizierte Kunststoff axial oder radial in die Vorrichtung ein geführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Rotors mit Hilfe einer Pumpe eingedrückt werden. In beiden Fällen können die Additive einzeln oder in Mischung eingedrückt werden. Die Vorrichtung selbst ist beispielsweise über eine wärmeisolierte Schlauchleitung oder Rohrleitung mit einer vor geschalteten Schneckenstrangpresse verbunden. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung darauf zu achten ist, daß beim Mischvorgang die Temperatur und der Druck so eingestellt sind, wie es die Thermodynamik der Zusammenhänge und auch die Physik der Zusammenhänge (insbes. die Viskositäten einerseits des thermoplastifizierten Kunststoffes und andererseits der Addi tive) verlangen. Dazu lehrt die Erfindung, daß der Stator be heizbar und die Beheizung steuerbar und/oder regelbar ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Additive mit einem höheren statischen Druck eingeführt, als der thermo plastifizierte Kunststoff in die Vorrichtung eintritt. - Dazu wird die Pumpe, gegebenenfalls in Abstimmung mit dem Antrieb des Rotors, entsprechend gesteuert oder geregelt. Bei den Addi tiven kann es sich um solche handeln, die üblicherweise bei der Verarbeitung von thermoplastifizierten Kunststoffen ver wendet werden. Voraussetzung ist lediglich, daß sie pumpfähig sind. Insbes. kann es sich um sog. Flüssigfarben handeln, die zum Färben thermoplastischer Kunststoffe handelsüblich sind. Es kann sich aber auch um "Legierungselemente" aus besonderen Kunststoffen, wie PIB oder Polymerverbindungen, handeln.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Aus führungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher er läutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Seitenansicht eines Rotors einer Mischvorrichtung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet,

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

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

Fig. 4 in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch den Stator einer Mischvorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

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

Fig. 6 mit einer Kunststoffschneckenpresse verbundene Misch vorrichtungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Vorrichtung mag an eine Schneckenstrangpresse, d. h. an einen sogenannten Extruder, an schließbar sein. 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 Zylinderdurchmesser der Schneckenstrangpresse entspricht. Zum grundsätzlichen Auf bau gehören der Rotor 2 und der Stator 1, die zwischen sich im montierten Zustand einen Scherspalt 3 bilden. Der Rotor 2 sowie der Stator 1 besitzen in Umfangsreihen und in Axialreihen ange ordnete Mischkammern 4, die, in radialer Richtung betrachtet, mit einem langgestreckten Grundriß mit in Achsrichtung ver laufenden Flanken 5 versehen sind. All diese Mischkammern 4 sind identisch ausgebildet, bis auf die stirnseitigen Misch kammern 4 bzw. die endseitigen Mischkammern 4 am Rotor 2 und am Stator 1, die wegen dort angebrachter kegelförmiger Teil stücke 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 Umgangsreihen sowie in den Axialreihen des Rotors 2 einerseits und des Stators 1 anderer seits übereinstimmen. Die Umfangsreihen des Rotors 2 sind ge genüber den Umfangsreihen des Stators 1 um die halbe Länge L der Mischkammern 4 gegeneinander versetzt.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 4 ent nimmt man, daß die Mischkammern 4 einen Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit dem Leitradius R begrenzt ist. Aus den Fig. 2 und 5 entnimmt man, daß die Mischkammern 4 als im Radialschnitt kreisbogen förmige Rinnen mit eben dem Leitradius R als Rinnenradius aus geführt sind. Auch die Rinnentiefe T ist auf den Leitradius abgestimmt. Dazu wird insbes. auf die Fig. 3 verwiesen. Man erkennt, daß die Rinnentiefe T kleiner ist als es dem Leit radius R entspricht (T<R). Die Mischkammern 4 weisen eine Länge L auf, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius R (L=3R bis 4R) entspricht. Im Ausführungsbeispiel ist L=50 mm. Die Stege 7 zwischen den Mischkammern 4 in der Oberfläche des Rotors 2 und des Stators 1 weisen eine Steg breite B auf, die kleiner ist als dem halben Leitradius B ent spricht (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, vorzugs weise kleiner als R/4.

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

In der Fig. 6 wurde verdeutlicht, wie im Rahmen der erfindungs gemäßen Verwendung vorzugsweise gearbeitet wird. Man erkennt in der Fig. 6 eine Schneckenstrangpresse 8, in der thermo plastifizierter Kunststoff thermoplastifiziert wird. Von dieser Schneckenstrangpresse 8 gehen drei thermisch isolierte Schlauchleitungen oder Rohrleitungen 9 ab, an die eine Vor richtung nach dem Hauptpatent angeschlossen ist. Förderpumpen in Form von z. B. Zahnradpumpen können eingeschaltet sein. Man erkennt, daß der Rotor 2 einen eigenen steuer- oder regelbaren Antrieb 10 aufweist, und daß der thermoplastifizierte Kunst stoff axial in die Vorrichtung eingeführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Rotors 2 mit Hilfe einer Pumpe 11 eingedrückt werden, die ihrerseits steuerbar oder regelbar ist. Man erkennt fernerhin, daß der Stator 1 mit einer Be heizungsvorrichtung 12 versehen ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Stator 1 anzutreiben und den Rotor 2 festzuhalten oder beide gegenläufig anzutreiben. Bei radialer Einführung des thermoplastifizierten Kunststoffes ist der Stator an der antriebsseitigen Stirnseite insoweit geschlossen. Die Rohrlei tung 9 ist dann an einen radialen Anschlußstutzen o. dgl. an zuschließen.

Claims

1. Verwendung einer Vorrichtung zum Mischen von thermoplasti fiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Um fangsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern auf weisen, die gleich ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkammern 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, wobei nach dem Hauptpatent die Mischkammern als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Rinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, wobei die Misch kammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius entspricht und die Stege zwischen den Misch kammern in der Oberfläche des Rotors bzw. des Stators eine Stegbreite aufweisen, die kleiner ist als der halbe Leitradius, wobei die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Stator oberfläche so gewählt ist, daß ein genügend großer Scherge schwindigkeitsgradient realisiert wird
als Einrichtung zum Einbringen von Additiven in einen Mengenstrom aus thermoplastifiziertem Kunststoff, der aus einer Schneckenstrangpresse austritt, mit der Maßgabe, daß der Rotor einen eigenen, unabhängig von der Schneckenstrangpresse steuerbaren und/oder regelbaren Antrieb aufweist, und mit der weiteren Maßgabe, daß der thermoplastifizierte Kunststoff axial in die Vorrichtung ein geführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Rotors mit Hilfe einer Pumpe eingedrückt werden.

2. Verwendung einer Vorrichtung zum Mischen von thermoplasti fiziertem Kunststoff mit Rotor und Stator, die zwischen sich einen Spalt bilden, wobei der Rotor sowie der Stator in Um fangsreihen und in Axialreihen angeordnete Mischkammern auf weisen, die gleich ausgebildet sind und einen langgestreckten Grundriß aufweisen, der stirnseitig und rückseitig von einem Halbkreis mit einem Leitradius begrenzt ist, wobei fernerhin die Anzahl der Mischkammern 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, wobei nach dem Hauptpatent die Mischkammern als im Radialschnitt kreisbogenförmige Rinnen mit eben dem Leitradius als Rinnenradius ausgeführt sind, deren Rinnentiefe kleiner ist als der Leitradius, wobei die Mischkammern eine Länge aufweisen, die dem Dreifachen bis Vierfachen des Leitradius entspricht und die Stege zwischen den Mischkammern in der Oberfläche des Rotors bzw. des Stators eine Stegbreite aufweisen, die kleiner ist als der halbe Leit radius, wobei die Scherspaltweite zwischen Rotoroberfläche und Statoroberfläche so gewählt ist, daß ein genügend großer Schergeschwindigkeitsgradient realisiert wird
als Einrichtung zum Einbringen von Additiven in einen Mengenstrom aus thermoplastifiziertem Kunststoff, der aus einer Schneckenstrangpresse austritt,
mit der Maßgabe, daß der Rotor einen eigenen, unabhängig von der Schneckenstrangpresse steuerbaren und/oder regelbaren Antrieb aufweist, und mit der weiteren Maßgabe, daß der thermoplastifizierte Kunststoff radial in die Vorrichtung ein geführt und die Additive am Anfang oder vor dem Anfang des Rotors mit Hilfe einer Pumpe eingedrückt werden.

3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit der weiteren Maßgabe, daß der Stator beheizbar und die Beheizung steuerbar und/oder regelbar ist.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der weiteren Maßgabe, daß die Additive unter einem höheren statischen Druck eingeführt werden als der thermoplastifizierte Kunststoff.