DE2110179C - Vorrichtung zum Plastifizieren und Homogenisieren von zähen Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Homogenisieren von zähen Massen, insbesondere von Kunststoffen und Gummi, in der das Verarbeiten des Materials zwischen einer rotierenden Walze und einer die Walze teilweise umschließenden, relativ zu ihr rundenden Schale erfolgt, die an ihrer der Walz j zugewandten Innenfläche mehren, in Materialbev 'gungsrichtung hintereinander _ j-r-rdnete Mischnuten enthält, die durch

as Scherkanäi.· bzw. -spalte verbunden sind.

Es sind eine Reihe von Verfahren und Maschinen zum Plastifizieren von Kunststoffen und Gummi und zu deren Ausformung zu flächenhaften Gebilden, also Folien oder Platten, bekannt.

In Extrudern wird das Material im Zylinder mit Hilfe der rotierenden Schnecke plastifiziert wird dann in einer Breitschlitzdüse auseinandergeführt und in der gewünschten Breite und Dicke iusgepreßt. Dabei bestehen erheblicht Schwierigkeiten.

einen gleichmäßigen Materialfluß vom Schneckenende bis zu den sehr .erschieden weit davon entfernten Austrittsöftnungen zu erzielen, was zu ungleicher Verweilzeit des Materials in der Wärme, zu Viskesitätsänderungen und zu Qualitätsunterschieden über die Breite der erzeugten Folie oder Bahn führt.

Relativ empfindliches Material, vor allem PVC,

wird auf Mehrwalzenkalandern verarbeitet. Diese Kalander sind jedoch sehr teuer und erfordern einen hohen Platzaufwand. Es sind auch Walzenextruder bekannt, bei welchen sich nur eine Walze in einem zylindrischen Gehäuse dreht und die zu plastifizierende Masse unter Druckaufbau und Scherung durch den durch Walze und Gehäu; ^bildeten Ringspalt hindurchgefördert wird. Von N.;, ■ · V d dabei jedoch die langen engen Fließwege. 1· .ticht zu einer Überhitzung des Materials bei gleiL zeitig ungenügender Durchmischung tuhren.

Es sin' weiterhin schon Vorrichtungen mit einer rotierenden Walzt und einer oder mehreren keilspaltförmig dazu angestellten Schalen bekannt, die Rohmaterial plastifizieren und zu einem Fell ausbreiten (deutsche Patentschrift 1256401, deutsche Patentschrift 1 191 547). Eine Vorrichtung nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 912 779 ermöglicht es, Rohmaterial über die ganze Breite der Walze aufzugeben, und während weniger als einer Umdrehung der Walze tangential zur Walzenoberfiäche durch mehrere in Walzendrehrichtung hintereinander angeordnete Einzelkeilspalte oder in eine Schale eingearbeitete Mischnuten mit relativ engen Austrittskeilspalten zu fördern. Eine ähnliche Vorrichtung wird in der deutschen Auslegeschrift 1 629 288 beschrieben.

Allen diesen Keilspaltanordnungen haften einige wesendiche Nachteile an, die herrühren aus dem unvollständigen und ungleichmäßigen Führen und Durcharbeiten des Materials. Im "ersten Spalt e;--=r solchen Vorrichtung wird das Material zwischen'dhe : rotierende Walze und die Keilspaltschale einoeoeben Dabei preßt sich das Material an die Walze, wird von dieser in den engen Teil des Spsltes hineingezogenes bildet sich eine Scherzone zwischen der rotierenden Walze und der stillstehenden Schalenwand Ein * Teil des Materials haftet an der Walze; dieses Material wird also mit Walzen- -_sch λ"-ndiskeii transc-ortiert. Das schalennahe : „_ä <:r~haftet an'der Schale, steht also im F . . _{; O£}j_er wird auf jeden Fall mit nur Ia^. . . .

Schale entlanggescht, .1. aiu.«, beim Durchlaufen des Materials durch den nächsten Kcilspalt und so fort ergibt sich keine Änderur._r dieser Schichtung;

:i der Walze und '■ -.hn: das schaleniL-::vjn Teil in die ■·■ Tei! jedes Keü-■ -rweilt das Mi'tejfi Ort und Stelle. ! ''cn in der Strö-

und somit

das walzennahe Materia! bleibt
wird f-o durch alle Spalten du.-.-:-.
seilte Material wird zu cmc;·.
Umiat'fs'.römung, welche im <*:
Spaltes umläuft, eingeraischi H;·
rial unter Umlauf im wescntluK bis e<; zufällig durch Inhom.-j;.· mung durch den engen Spal; m·· weitertransportiert wird.

Die Folge dieser Ausbiidu::;. cir.er Zweischichtenströn'-ing ist eine ganz erhcb'xhe Breite der Verueiizeitverteilung: die an der Walze hauenden Teilchen werden im wesentlichen mit Windgeschwindigkeit transportiert, treten bei in um Prax^;> üblichen WaI-zenumfangsgeschwindigkeiter. ;!so nach wenigen Sekunden aus der Verarbeitung^/une aus; sie sind also sehr kurzzeitig und nicht genügend durchgearbeitet. Die schalennahen Teilchen, die noch dazu in die in dei. Keilspalten umlaufende l.mlaufströmung eingezogen werden, laufen dort sehr lange um, in der Grö-Walzenaußendurchmesser entsprechenden Schale in Umfangrichtung mit Abstand hintereinander angeordneten Mischnuten axial oder schräg zur Walzenachse verlaufen, und in die Mischnuten voneinander trennenden, an der Walze anliegenden Stegen im wesentlichen in tangentialer Richtung führende enge Scherkanäle, welche die Mischnuten in Umfargsrichtung miteinander verbinden, von Nut zu Nut gegeneinander versetzt angeordnet sind und zusammen mit den Mischnuten ein Netz von abwechselnd mehr oder weniger tangential und dann wieder mehr od^r weniger axial verlaufenden Matenalführungskanälen bilden. Zum Einführen des Rohmaterials wird eine

j- keilförmige a-if die Walze zuführende Einführfläche

"h'Aindigkeit an der 15 am Anfang der Schale vorgesehen, welche sich beim
Annähern an die Walze dann in einzelne, zueinander
parallele Kanäle aufteilt.

Die Mischnuten können e;nfuui in axialer Richtung in die Schale eingearbeitet »ein. so Nach einem wciieie- Erfindungsgedanken können die Misch- und Fördtrruten auch Zick-Zackformig in axialer Richtung in die Schale eingearbeitet sein, wobei jeweils in Walzendrehrichiu-ig aufeinanderfolgende Nuten um eine halbe Zick-Zack-Teilung :-j gegeneinander versetzt sind, so daß \on <i.m Ende eines flachen Scherspaltes aus gesehen de: Mas>estrom nach rechts und links schräg vorwärts /ur Imfangsrichtung gefördert wird, um im vorderen knickpunkt wieder einem tangentialen Scherkanal /uge-3c führt zu werden.

In einigen Fällen ist es zweckmäßig, die Mischnuten nur nach einer Richtung schräg, also gewindefnrmig, in die Schale einzuarbeiten. Diese Nuten laufen kurz vor Schalenende in die Schalenoberfläche aus.

Die Mischnuten stellen vorzugsweise im Quer schnitt halbkreisförmige oder im wesentlichen rechteckförmige Kanäle dar, mit sorgfältig abgerundeter Form in der Tiefe der Nut und mit scharfkantiger Kante an dem Übergang zur Schalenoberfläche. Der

schiede haben zur Foige:

ßenordnung von 5 bis 10 Minuten, bis sie wiedei ausgetauscht, d. h. in Walzennahe gebracht und weiter- 40 Winkel zwischen Nutflanke und Schalenoberfläche geführt werden. Diese erheblichen Verweilzeitunter- ist vorzugsweise 90 oder kleiner.

Die Anzahl der Nuien arn Schalenumfang kann beliebig gewählt werden, vorzugsweise liegt sie zwischen 5 und 15. Die Querschnittsfläche der Nuten kann gleichbleiben oder vorzugsweise in Laufrichtung der Walze gesehen kleiner werden.

Die in die Mischnuten trennende Stege eingearbeiteten Scherkanäle weisen Tiefen von etwa 2 bis 0,2 mm auf; diese Tiefen nehmen vorzugsweise in

eine Schichtung des Materials, da sich eine dünne, sehr schnell durchlaufende Schicht über einer wesentlich langsamer durchlaufenden Schicht bildet, mit der Gefahr des Aufspleißens der Schichten sowie unterschiedlicher Färbung;

ei"! möglicherweise zu lange VerweHzeit \m _$0 Umfa'ngsric'htung'ab.

Kern der Umlaufströmung, was bei empfindlichen Stoffen zum thermischen Abbau und

erhöhte Kosten für das Rohmaterial bei Zugabe erhöhter Mengen von Stabilisatoren; höherer Verlust beim Materialwechsel, da das alte Material noch lange nachläuft; ungenügende Mischwirkung des walzennahen Materials.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht am End? der Schale eine Staulippe vor, durch welche das ivieieriai in eine \ui£ug»wciä£ radia! gerichtete Düse hinein- und dann als Folie oder Platte aus der

Herstellen einzelner Durchbrüche

Zum

Düse ausgepreßt wird.

Strange können auch nur einzelne durch die Schale vorgesehen werden.

Falls die Schale wesentlich mehr als ein Viertel des Walzenumfangs umfaßt, ist es sinnvoll, sie aus Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 60 zwei Teilen herzustellen, wobei beide Schalenhälften geschilderten und andere Nachteile der bekannten um rine gemeinsame Achse schwenkbar angeordnet Vorrichtungen, weiche mit einer Walze arbeiten, zu sind, so, daß zum Zwecke der Reinigung ein bequeüberwindek, das heißt, in einer verbesserten Vorrich- mes öffnen der Schalen möglich ist, beim Zusamtung der eingangs erwähnten Art ein homogenes, menklappen derselben aber eine vollkommen gcgleichmäßig und ohne örtliche Überhitzung durchge- 05 schlossene Innenfläche sich ergibt,
arbettetes Material zu erzielen. Um das Zuführen des Materials in den Aufgabe-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dia in der in ihrem Innendurchmesser dem spalt zu erleichtern, ist es zweckmäßig, dort eine aneetriebene Einzueswalze anzuordnen. Dabei w!rd am

Schalcnanfang ein Abstreifer vorgesehen, der direkt fort. Am Ende der Schale ist ein Düsenhalter 8 für an der Einzugswalze anliegt und das Rohmaterial einstellbare Düsenlippcn 9 und 10 angeordnet. Die vollständig in den Spalt umlenkt. Düsenlippe 10 trägt an der Walzenscitc den Abstrci-

Zur weiteren Verbesserung der Qualität des her- ferll.

gestellten Produktes kann ein abgeschlossener Raum 5 Kanäle 24 in Walze 1 und Schale 2 dienen zur über der Walze und Schale gebildet werden, welcher Führung des Heizmediums.

evakuiert werden kann, und in weichen das Rohma- Der Abstand zwischen umlaufender Walzcnober^

terial durch entsprechende vakuumdichte Schleusen fläche und den nicht abgearbeiteten Stegen der oder durch vorgeschaltete Extruder eingeführt wird. Schale beträgt etwa 0,01 mm_f er ist gerade so groß. Die mit der Frfindune erzielten Vorteile bestehen io daß es nicht zum Reibverschleiß zwischen Walze und dann, daß es nunmehr gelingt, das gesamte durchgc- Schale kommt, aber eng genug, um den überwicgensrt/te Material gleichmäßig und jn schonender Weise den Teil der aus unem vorhergehenden Scherkanal zu verarbeiten Alle Materialtcilchcn werden etwa austretenden Mas,c an der gegenüberliegenden Ahderselbcn Beanspruchung durch Energiezufuhr aus streifkante 14 der Mischnut abzustreifen und in die Stherung und Wärmeübertragung in den engen tan- >s Mischstromungeinzudrucken.

genlialen Stherspalten sowie der gleichmäßigen Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Durchmi^chunp beim axialen Fortbewegen in den Rohmaterial 12 wird über die ganze Breite der Misfhnutcn ausgesetzt, es wird also eine sehr Walze 1 auf diese aufgegeben, seitlich begrenzt durch schm.ile Vcrwe'lzcitvcrtcilung erzieh Die Folge die- dit Bcgrenzungsplaticn 3: es wird von der Walze 1 in ser gleichmäßigen Bearbeitung ist ein sehr homogc- so den Einzugsspalt 13 zwischen Walze und Einfuhrnes F ndprodukt mit gleichen Eigenschaften -be; ά<? fläche 4 der Schale eingezogen und in diesem Spalt Breite und Dicke einer am Ausgang der Vo.pchtung im weiteren Verlauf in einzelne parallele Förderausgepreßten M3itrialbahn ströme in den Scherkanalcn 5 aufgeteilt. Beim Durch die intensive Mischung v-ird eine Schielt- Durchgang durch die Kanäle 5 wird Schcrcnergie tung sicher vermieden as entsprechend der Höhe des Scherkanals und der l'm-ÜuilJi üil zwangsweise und nicht zufällige Förde- fangsgcschwindigkcit der Walze in das Material einrung des Materials durch die Misch- und Scherzonen gebracht, was zur Frhöhung der Temperatur und zur ist in diesen e;n -.ollkommcnet Materialaustausch in Zerteilung größerer Granulate oder Agglomerate kurzer Zeit sichergcsiellt. Die Gefahr des Anselzcns führt. Das so be?rbcitete Material gelangt dann in in TolziMicn. des zu langen Vcrweilens mit der Ge- 30 die Mischnut 6. deren Rückseite 14 als Abstreifer fahr eines Verbrennens ist damit nicht mehr gegeben wirkt, das· erhitzte Material von der Walze abschabt On entstehenden Drucke können sehr einfach und in der Nut m schraubenförmiger Mischbewegung festgelegt werden durch die Anstellung der Scherila- nunmehr in axialer Richtung relativ zur V/alze then der Scherkanale gegen die Walze, also entweder weitertransponiert. Dabei erfolgt eine Vergleichmä-Schcrflaciien parallel zur Walzenoberfläche, wobei 35 ßigung der Temperatur und homogene Vermischung nur tine reine Schleppströmung auftritt, oder leicht aller Teilihen. Nach einem gewissen axialen Transkeilformig angestellt, was erheblich höhere h\diod>- port wird das Material durch den weiterführenden in namisthe Drucke verursacht. Die Möglichkeit der axialer Richtung versetzten Scherkanal 7 zur näch-Finstellung relativ geringer Verarbeitungsdriicke se- sten Nut unter erneutem Aufbringen von Scher- und stattet den einfachen Bau sehr breiter Maschinen für 40 Wärmeenergie gefördert. Am Ende der Schale wird die Herstellung >ehr breiter Folien oder Platten. das plastifizjerte Material von der Abslreifkante 11 AusfuhruiigsbeispKle der Erfindung sind in den in den Spalt zwischen den Düsenlippen 9 und 10 ra-Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden dial zur Walze I abgeschoben und schließlich als Foiiahcr beschrieben. Fs zeigt lie oder Platte 15 aasgestoßen.

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführung·*- 45 Fig. 2 zeigt den Fließvorgang des Materials in

heispiel. den ein Netz bildenden Ausnehmungen der Schale 2

F1 s 2 eine Aufsicht auf die Innenseite der in einer Aufsicht auf die Innenseite derselben. Durch

Schale. Pfeile ist der Strömungsverlauf !es Materials kennt-

F 1 E- 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem lieh gemacht. Es wirJ deutlich die zwangsweise För-

Schafenqucrschnitt. 50 dening des Materials 12 durch das System von en-

F1 g. 4 eine Variante des Nutenverlaufs mit zick- gen. tangential in Umfangsrichtung verlaufenden

zackfönnig verlaufenden Nuten. Scfterkanälen 5. dann das Aufteilen in zwei entgcgen-

F i g. 5 eine Variante des Nutenverlaufs mit gesetzt gerichtete axiale Misch- und Förderströme in

schräg einseitig verlaufenden Nuten. den Nuten 6. und dann wieder das Abführen in den

Fig. I zeigt einen Querschnitt durch ein Ausfüh- 55 Scherkzaalen7. die gegenüber den Scherkanälen5 in ^!

rungsbeispicl der Vorrichtung. Eine mit Flüssigkeit. axialer Richtung versetzt sind. i

Dampf oder Elektrizität beheizte und mit regelbarer F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus i

Umfangs^.-schwindigkeit angetriebene Walze 1 ist an dem Querschnitt der Schale nach Fig. I. Es wird I

einem Tcilumfang von der ebenfalls beheizten und hier deullich gemacht, daß alles Material, sowohl das tempcratureeregelten Schale 2 umgeben. Im Einzugs- 60 unmittelbar an der Walze anliegende Material 16 wie bereich der Schale sind seitliche Begrenzungsplat- auch das an der Schale entlangstreifende Material 17 ten 3 angeordnet. Die Schale selbst hat im Einzugs- von der Absireifkante 14 der Misch- und Förderteil zunächst eine schräg zur Walze angestellte Ein- nut 6 abgestreift wird, und unter kreisenden Mischfunrfläche4. übergehend in einzelne parallellaufende bewegungen axial, also senkrecht zur Bildebene, Kanäle 5. weiche in die Mischnut 6 münden. Zu der 65 weitergefördert wird.

Schnittcbenc versetzt ist der weiterführende Scherka- F i g. 4 zeigt die Aufsicht auf die Innenseite einer

na! 7. In gleicher Weise setzen sich Nuten und dazwi- Schale mil einer Variante des Nutenverlaufs derge-•cfienlicgcndc Scherkanäle bis zum Schalenende hin stalu daß die Mischnuteno nicht axparallel, sondern

zickzackförmig in die Schale eingearbeitet sind, wobei jeweils die nächstfolgende Nut um eine halbe Zickzack-Teilung axial versetzt ist. Das Material 12 wird durch die Scherkanäle5 der Nut6 zugeführt und dort in zwei Fördcrströme 18 und 19 aufgeteilt, die schräg in Laufrichtung der Walze verlaufen.

F i g. 5 zeigt eine weitere mögliche Variante der Ausbildung der Mischnuten. Es werden hierbei nur in einer Richtung schräg zur Walze laufende Mischnuten 20 bis 23 angeordnet. Das Rohmaterial 12 wird hier direkt in die Nuten 20 bis 23 eingefördert, aus diesen durch die weiterführenden Scherkanälc7

wie bei der Ausführung nach den F i g. 1 bis 3 unter Einbringen von Schcrencrgie v. "tcrgefördert in die in Umfangsrichtung nächstfolgende Nu'.. Die Nuten laufen kurz vor Schalenende in die Oberfläche der

S Schale aus.

Mit der Erfindung ist eine einfache Vorrichtung zur Plastifizierung und Homogenisierung von zähen Massen, insbesondere in Verbindung mit der Herstellung von Folien oder Platten geschaffen, die eine

ίο sehr gleichmäßige und schonende Verarbeitung und damit die Herstellung sehr gleichmäßiger Produkte ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309635/400

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Plastifizieren und Homogenisieren von zähen Massen, insbesondere von Kunststoffen und Gummi, in der das Verarbeiten des Materials zwischen einer rotierenden Walze und einer die Walze teilweise umschließenden, relativ zu ihr ruhenden Schale erfolgt, die an ihrer der Walze zugewandten Innenfläche mehrere, in Materialbewegungsrichtung hintereinander angeordnete Mischnuten enthält, die durch Scherkanäle bzw. -spalte verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in der in ihrem Innendurchmesser dem Walzenaußendurchmesser entsprechenden Schale in Umfangsrichiung mit Abstand hintereinander angeordneten Mischnuter axial oder schräg zur Walzenachse verlaufen. U₁Id in die Mischnuten voneinander trennenden, an der Walze anliegenden Stegen im wesentlichen in tangentialer Richtung führende enge Scherkanäle, welche die Mischnuten in Umfangsrichtung miteinander verbinden, von Nut zu Nut gegeneinander versetzt angeordnet sind und zusammen mit den Mischnuten ein Netz von abwechselnd mehr oder weniger tangential und dann wieder mehr oder weniger axial verlaufenden Materia'führungskanälen bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ar¹ Einlauf der Schale eine keilförmig auf die Walze zuführende Einfülltfläche vorgesehen ist, d^;e sich beim Annähein an die Schale in einzelne, zueinander parallele im wesentlichen tangential verlaufende Kanäle aufteilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischnuten (6) in axialer Richtung in die Schale (2) eingearbeitet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischnuten (6) zick-zackförmig in axialer Richtung in der Schale verlaufen und jeweils in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Nuten um eine halbe Zick-Zack-Teilung axial gegeneinander versetzt sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischnuten nur nach einer Richtung schräg in die Schale einßearbeitet sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischnuten (6) als im Querschnitt halbkreisförmig oder im wesentlichen rechteckförmige Kanäle mit sorgfältig abgerundeter Form in der Tiefe der Nut und mit scharfer Kante am Übergang zur Oberfläche ausgebildet sind und der Winkel α zwischen Nutflanke und Schalenoberfläche nicht größer als 90° ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Mischnuten (6) in Laufrichtung der Walze kleiner werden.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Stege zwischen den Nuten (6) eingearbeiteten Scherkanäle in Umfangsrichtung abnehmende. Tiefen von etwa 2 bis 0,2 mm aufweisen.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Schale (2) eine das Material in radialer Richtung auspressende Düse angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (2) aus zwei Hälften besteht, die um eine gemeinsame Achse schwenkbar gelagert sind und im zu. immengeklappten Zustand eine .'ollkommen geschlossene bzw. fugenfreie Innenkontur aufweisen.