DE1273789B - Knet- und Mischvorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten und Verarbeiten von plastischen Massen - Google Patents

Description

• Knet- und Mischvorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten und Verarbeiten von plastischen Massen Die Erfindung bezieht sich auf eine Knet- und Mischvorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten und Verarbeiten von plastischen, insbesondere ethers moplastischen Massen mit einer als Knetorgan wirkenden, kegelförmig verjüngten Schnecke, deren Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar ist.
• Unter Aufbereitung ist ein Vorgang zu verstehen, bei dem die einzelnen Komponenten einer Mischung infolge Einleitung überwiegend mechanischer Kräfte so innig und gleichmäßig miteinander in Verbindung gebracht und verteilt werden, daß keine Agglomerate mehr vorhanden sind und die zu verarbeitende Masse infolge der bei diesem Vorgang entstehenden Friktionserwärmung nach Austritt aus der Maschine homogen anfällt.
• Bei einer der Lösung dieser Aufgabe dienenden Kneteinrichtung wurde der Kern einer zylindrischen Schnecke, beginnend in der Materialeinfüllzone, exzentrisch zur Schneckenachse angeordnet. Der volumetrische Wirkungsgrad einer derartigen Schnecke ist jedoch ungünstig, und der angestrebte Kneteffekt ist nicht beeinflußbar.
• Ferner sind Maschinen sowohl mit zylindrischen als auch mit kegelförmigen Schnecken bekannt, die im allgemeinen mehrwellig, überwiegend zweiwellig, sind. Diese sogenannten Doppelschneckenmischer unterteilen sich in solche mit ineinanderkämmenden, teilweise auswechselbaren Knetwerkzeugen und in Maschinen, deren Schnecken sich nur im Kopfkreis berühren. Bei beiden Maschinengattungen ist als besonderes Merkmal hervorzuheben, daß die Knetintensität, auch spezifische Energieeinleitung genannt, bei gegebenem Produkt nahezu konstant ist, sich also unabhängig von der Form der Knetorgane kaum variieren läßt, es sei denn, daß Schnecken oder Schneckenteile ausgewechselt werden.
• Um diesen Nachteil zu beheben, ist weiterhin bekannt, der Knetzoxie ein Ventil bzw. eine in ihrer Spaltweite veränderbare Drcsselstelle nachzuschalten. Bei einer-z.B. Verengung der Drosselspalte erhöht sich an dieser Stelle der Durchflußwiderstand, zu dessen Überwindung ein höherer Druck benötigt wird als der ursprüngliche. Dieser erhöhte Druck pflanzt sich je nach dem Nutzvolumen der Knetzone mehr oder weniger schnell in Richtung auf die Einfüllzone fort, wobei das in diesem Bereich befindliche Material stärker verdichtet wird. Dementsprechend erhöht sich auch das Drehmoment an den Schneckenwellen und damit die spezifische Energieeinleitung in die Masse, d. h., die Knetintensität kann durch eine Regelung der den Knetzonen nachgeschalteten Drosselstellen mittelbar beeinflußt werden.
• Der Nachteil dieser Ausführungen ist darin zu sehen, daß bei der Aufbereitung hochviskoser, scherempfindlicher Massen, wie z.B. weichmacherfreies PVC mit hohem k-Wert eine Regelung der Knetintensität mittels der den Knetzonen nachgeschalteten Drosselstellen wegen des schlechten Fließvermögens dieser Thermoplaste in Verbindung mit ihrer geringen Temperaturstabilität sehr schwierig ist. Der Grund liegt darin, daß bei der Verarbeitung solcher Massen die Wirkung des zwischen Knetwerkzeug und Gehäusewand konstruktiv festgelegten, nicht veränderbaren Knetspaltes überwiegt und der veränderbare Drosselspalt nur noch korrigierende Eigenschaften aufweist. Deshalb müssen z.B. bei Umstellung auf eine andere Materialrezeptur im allgemeinen zwei, meist jedoch drei Parameter (Dosierung, Drosselspalt, Drehzahl der Schnecken) verändert werden, wenn bestimmte technologische Materialeigenschaften eingehalten werden sollen. Da jeder Parameter drei Einstellungen erlaubt (Ausgangslage, Weniger, Mehr), ergeben sich bei der Änderung von zwei Parametern je nach Erfahrung des Bedienungspersonals bis zu neun, bei der Änderung von dreien hingegen siebenundzwanzig Variationsmöglichkeiten.
• Es sind weiterhin Vorschläge bekannt, nach denen die Schnecke kegelförmig ausgebildet und in axialer Richtung verschiebbar ist, jedoch sind diese Maschinen nicht -in der Lage, das aufzubereitende Material zu kneten.
• Hier setzt nun die Erfindung ein, die eine Maschine bezweckt, der vorgenannte Mängel nicht anhaften und die nach dem Einschneckenprinzip arbeitet, womit sich Aufwand, Störanfälligkeit und Wartung gegenüber Mehrschneckensystemen verringern.
• Gemäß der Erfindung wird bei einer eingangs beschriebenen Knet- und Mischvorrichtung der innerhalb eines von einem durchgehenden Steg begrenzten Schneckenganges befindliche, in bekannter Weise exzentrisch zur Schneckenachse- angeordnete Kern unterteilt und zum konzentrischen Steg hin mit jeweils entgegengesetzter Exzentrizität versetzt.
• Dadurch ergeben sich nebeneinanderliegende enge und weite Knetspalte, deren Trennungsebene quer zur Schneckenachse liegt, wodurch Biegebeanspruchungen vermieden werden.
• Durch diese Unterteilung wird weiterhin bewirkt, daß das zu verarbeiten-de Material nicht nur gegen die Zyinderwand geknetet wird, sondern auch innerhalb eines Ganges aus der Zone mit hohem Druck in die daneben befindliche mit niederem Druck zum Teil abfließen muß. Dieser Vorgang verläuft, in Förderrichtung gesehen, abwechselnd einmal mit der Strömung und einmal dagegen, wodurch in vorteilhafter Weise ein intensiver Knet- und Mischeffekt erzielt wird.
• Ein axiales Verschieben des Zylinders bewirkt, von der Nullstellung ausgehend, eine Vergrößerung der Spaltquerschnitte, wobei sich die Elächeninhalte der engen Spalte prozentual mehr ändern als die der weiten. Dementsprechend verringert sich auch das Verdichtungsverhältnis jedes Halbganges und damit die Knetintensität, d. h., bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen sinkt die spezifische Energieeinleitung. Diese Auswirkung folgt der geschilderten Maßnahme unverzögert auf der ganzen Länge des Knetteils, wodurch eine thermische Schädigung des aufzubereitenden Materials mit Sicherheit verhindert werden kann.
• Der Gegenstand der Erfindung -ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Es- zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt durch die Knet- und Mischvorrichtung, Abb. 2 eine Draufsicht auf die Knet- und Mischvorrichtung mit horizontalem Teilschnitt, Abt, 3 einen Querschnitt durch die Knet- und Mischvorrichtung.
• Eine zum kontinuierlichen Kneten und Mischen von plastischen Massen aus pulvrigen oder pastenförmigen Kunststoffen mit oder ohne Füllstoffanteil dienende Knet- und Mischvorrichtung weist ein außen zylindrisches Gehäuse 1 auf, dessen Bohrung in einen temperierbaren konischen Abschnitt 2 und einen zylindrischen Abschnitt 3 unterteilt ist. Achsgleich mit dem Gehäuse 1 ist eine Arbeitsspindel 4 gelagert, die aus einem mit Schneckengängen versehenen zylindrischen Teil 5 und einem mit schraubenförmigen Gängen, sich kegelförmig verjüngendem Teil 6 besteht Die Arbeitsspindel ist in an sich bekannter Weise in Getriebegehäuse 7 gelagert, das auch die nicht dargestellten Getrieberäder enthält. Zur Aufgabe der Ausgangsstoffe ist ein durch die Gehäusewand 1 hindurchgeführter Trichter 8 vorgesehen, der im Bereich der Zone 5 einmündet. Die in Förderrichtung aus der Zone 5 austretenden Stoffe gelangen in den als Knetschnecke ausgebildeten Teil 6. Im Bereich eines jeden Ganges ist der Kern so gestaltet, daß es auf die Schneckenachse bezogen, wenigstens zwei exzentrisch zu dieser versetzte Teile aufweist und dem Schraubengang folgend abwechselnd- einen engen Knetspalt 12 und einen weiten Spaltl3 bildet. Durchden exzentrischen Versatz liegt jedoch neben dem engen Knetspaltl2 ein weiter Spalt 14 und neben dem weiten Spalt 13 ein enger Knetspalt 15. Die zu bearbeitenden Stoffe fließen, dem -Schraubengang folgend, dem Knetspaltl2 zu, werden zum Teil in Spalt 14 ver- drängt, fließen weiter in Knetspaitldi und werden zum Teil in Spalt 13 verdrängt. Dieser Vorgang bewirkt neben dem eigentlichen Kneten ein intensives Mischen in Förderrichtung und dagegen. Die dazu notwendige Energie wird durch den Antriebsmotor 16 - erzeugt und über Reduziergetriebe 7 in die Arbeitsspindel4 eingeleitet, von wo aus sie mittels Knetteil 6 in die zum Plastifizieren benötigte Friktionswärme umgesetzt wird. Da umgekehrt eine bestimmte Temperatur bei konstanter Drehzahl und gleichbleibendem Durchsatz einer bestimmten mittleren Viskosität des plastischen Materials entspricht, wird das auf das Gehäuse 1 übertragene Drehmoment nach Art eines Rotationsviskosimeters gemessen und zur Steuerung der eingeleiteten Energie, damit der gewünschten Knetintensität und damit der zugelassenen Temperatur, herangezogen. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 1 in einer vorderen Traverse 17 und einer hinteren Traverse 18 dergestalt um seine Achse drehbar gelagert, daß sich der in Förderrichtung entstehende Axialschub des Gehäuses 1 auf das in der Traversel7 befindliche Lagerl9 abstützt und die Traverse 17 von Zugankern 20 gehalten wird.
• Diese Zuganker 20 sind z. B. im Getriebegehäuse 7 gelagert, am getriebeseitigen Ende als Gewindespindel 21 ausgebildet und mittels Schneckentrieb 22 über ein Handrad 23 oder einen Verstellmotor 24 in axialer Richtung verschiebbar, wobei das Gehäuse 3 über die Traverse 17 durch die Lager 19 und 25 mitgenommen wird. Die einfüllseitige Abstützung des Gehäuses 3 in radialer Richtung erfolgt z. B. in einer 3-Punkt-Lagerung,die sich in der Traverse 18 befindet, dergestalt, daß das Gehäuse 3 auf zwei Rollen 26 aufliegt und von einer federbelasteten Rolle27 gefangen wird. Das Mitrotieren des Gehäuses 3 bei Rotation der mit Masse gefüllten Arbeitsspindel4 wird in der Weise verhindert, daß sich ein mit dem Gehäuse 3 fest verbundener Anschlag 28 an das Druckelement einer Meßdose 29 oder einer ähnlichen Einrichtung anlegt, die ihrerseits mit der Traverse 18 verbunden ist. Der an der Meßdose 29 entstehende Anpreßdruck wird in einem Meßinstrument 30 angezeigt und/oder registriert. Das Meßinstrument30 kann in an sich bekannter Weise mit einem Maximum- und/oder Minimum-Kontakt versehen sein, der bei automatischer Fahrweise der Maschine einen dem eingestellten Wert entsprechenden Steuerimpuls an den Verstellmotor24 gibt, der über die Schneckentriebe22 das Gehäuse 3 in axialer Richtung so lange verschiebt, bis sich die durch die konische Ausbildung des Knetteils 6 dabei ergebende Drehmomentänderung wieder mit dem auf dem Meßinstrument 30 vorgegebenen Wert deckt. Darüber hinaus ist es bei entsprechender Verlängerung der Gewindespindel 21 möglich, das Gehäuse 3 zum Zweck der Reinigung ganz von der Arbeitsspindel 4 abzufahren.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1! Knet- und Mischvorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten und Verarbeiten von plastischen, insbesondere thermoplastischen Massen mit einer als Knetorgan wirkenden, kegelförmig verjüngten Schnecke, deren Gehäuse in axialer Richtung. verschiebbar ist, d a dur c h g e'-kennzeichnet, daß der innerhalb eines von einem durchgehenden Steg begrenzten Schnecken ganges befindliche, in bekannter Weise exzentrisch zur Schneckenachse angeordnete Kern unterteilt und zum konzentrischen Steg hin mit jeweils entgegengesetzter Exzentrizität versetzt ist.
2. 2. Knet- und Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (28, 29, 30) für das durch die Knetschnecke(6) auf das im Maschinengestell um seine Achse drehbar gelagerte Gehäuse (1) übertragene Drehmoment vorgesehen ist, die eine Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert durch axiales Verschieben des Gehäuses (1) mittels Verstellmotor (24) ausgleicht.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 860 261, 1 030 555.