DE4025960C2 - Mischteil-Baukörper für Extruderschnecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischteil-Baukörper für dynamische Mischer von Einschneckenextrudern zur thermischen und mechanischen Homogenisierung der im Extruder plastifizierten Schmelze, welcher in einem ortsfesten Schneckenzylinder umläuft und einerseits mit an seinem Umfang verteilt angeordneten Misch-, Verteil- und Scherelementen ausgestattet ist, die aus wechselweise einander benachbart angeordneten Stegen unterschiedlicher Höhe und aus von diesen eingegrenzten Mulden bzw. Kammern bestehen, sowie andererseits auch Abgrenzungselemente trägt, die sich in Umfangsrichtung mindestens über den Abstandsbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Misch-, Verteil- und Scherelementen erstrecken.

Wie sich aus der DE-OS 17 29 373 ergibt, sich gattungsgemäße Mischteil-Baukörper so ausgelegt, daß sie denjenigen Abschnitt bzw. diejenige Zone einer Extruderschnecke bilden, welcher bzw. welche zum Mischen und Scheren des Extrudats herangezogen wird. Der einen solchen Mischteil-Baukörper benutzende Mischer kann dabei das letzte Extruderelement bilden, also am Auslaßende der Schnecke angebracht werden und ist dabei meistens so aufgebaut, daß auch vorhandene Extruder hiermit ausgestattet werden können, sofern deren Drehmoment ausreicht und die Temperatur der Schmelze nicht bereits ein kritisches Maß erreicht hat.

Bei den bekannten Mischern sind die gattungsgemäßen Mischteil- Baukörper in ihrer Auslegung auf vorgegebene Einsatzzwecke abgestimmt, d. h. sie können hinsichtlich ihrer Misch- und Scherwirkung nicht an unterschiedliche Verhältnisse angepaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischteil-Baukörper der anfangs angegebenen Art vorzuschlagen, welcher eine veränderbare Auslegung hat und daher die Möglichkeit bietet, die Misch- und Scherwirkung zu variieren und auf unterschiedliche Erfordernisse abzustimmen.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung in erster Linie durch eine größere Anzahl von einzelnen Modulringen, -scheiben oder -platten, die in mehreren , und zwar mindestens in drei verschiedenen Ausstattungen an ihrem Umfang mit den Misch-, Verteil- und Scherelementen und/oder den Abgrenzungselementen versehen sind und dabei in wählbar verschiedener Aufeinanderfolge koaxial aneinandergereiht miteinander verbindbar sowie relativ zueinander auch in verschiedenen Drehwinkellagen fixierbar sind.

Da sich bei einer solchen Modulbauweise des Mischteilbaukörpers die die Misch-, Verteil- und Scherelemente aufweisenden Modulringe, -scheiben oder -platten in ihrer gegenseitigen Zuordnung nahezu beliebig variieren lassen, liegt es auf der Hand, daß eine Beeinflussung der Misch- und Scherwirkung in weiten Grenzen ermöglicht wird.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Misch-, Verteil- und Scherelemente an den Modulringen, -scheiben oder -platten eine übereinstimmende Verteilung in Umfangsrichtung haben, um eine problemlose Aneinanderreihung der Modulringe, -scheiben oder -platten in mehreren verschiedenen Drehwinkellagen zu ermöglichen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Mischteil-Baukörper besteht darin, daß Modulringe, -scheiben oder -platten mit lediglich quer zu ihrer Umfangsrichtung orientierten Misch-, Verteil- und Scherelementen zusammen mit Modulringen, die auch noch mit zumindest über einen Teilumfang verlaufenden Abgrenzungselementen besetzt sind, einen Bausatz bilden können und daß innerhalb dieses Bausatzes die Aneinanderreihung der zwei verschiedene Austattungen aufweisenden Modulringe, -scheiben oder -platten zwischen zwei Modulringen, -scheiben oder -platten der dritten Ausstattung beliebig variierbar sind.

Vorgesehen ist erfindungsgemäß ferner, daß Modulringen, -scheiben oder -platten mit lediglich quer zu ihrer Umfangsrichtung orientierten Misch-, Verteil- und Scher­ elementen Modulringe, -scheiben oder -platten zuordenbar sind, die auch mit zumindest über einen Teilumfang verlaufenden Abgrenzungselementen besetzt sind. Mit diesen Mitteln lassen sich dann am Umfang des Mischteil- Baukörpers die Misch-, Verteil- und Scherelemente, also die Stege und die von diesen eingegrenzten Mulden bzw. Kammern hinsichtlich ihrer Wirklänge und -lage variie­ ren.

Ein wichtiges Ausgestaltungsmerkmal für erfindungsgemäße Mischteil-Baukörper liegt auch darin, daß die Abgren­ zungselemente sich mindestens über den Abstandsbereich der Mulde zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Misch-, Verteil- und Scherelementen erstrecken, etwa in der Weise, daß sie die Länge einer zwischen zwei Stegen unterschiedlicher Höhe gelegenen Mulde bzw. Kammer begrenzen.

Auch die Abgrenzungselemente sind vorzugsweise in Form von Stegen ausgebildet. Dabei hat es sich bewährt, den die Abgrenzungselemente bildenden Stegen eine Bauhöhe zu geben, die mit der Bauhöhe der zu den Misch-, Verteil- und Scherelementen gehörenden höheren Stege überein­ stimmt.

Vorgesehen ist nach der Erfindung einerseits, daß die Abgrenzungselemente in der Nähe einer Endfläche von Modulring, -scheibe oder -platte liegen und sich die Misch-, Verteil- und Scherelemente hieran nur in Rich­ tung zur anderen Endfläche hin anschließen. Andererseits ist es aber auch wichtig, Abgrenzungselemente etwa mittig zwischen den beiden Endflächen an Modulring, -scheibe oder -platte vorzusehen, wobei sich hieran jeweils zu beiden Endflächen hin die Misch-, Verteil- und Scherelemente anschließen.

Eine besonders einfache Ausführungsform für einen Misch­ teil-Baukörper zeichnet sich schließlich dadurch aus, daß die Misch-, Verteil- und Scherelemente sich parallel zur Schneckenachse erstrecken, während die Abgrenzungs­ elemente quer hierzu verlaufen.

Ein erfindungsgemäßer Mischteil-Baukörper läßt sich unter Verwendung von nur drei verschiedenen Ausführungs­ formen der Modulringe, -scheiben oder -platten erstel­ len, und zwar einfach dadurch, daß diese nicht nur wunschgemäß aneinandergereiht, sondern auch in die jeweils zweckentsprechende Drehwinkellage zueinander gebracht werden.

Anhand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Mischteil-Baukörper in seiner baulich einfachsten Ausführung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, während die

Fig. 3 bis 5 jeweils in einer der Fig. 1 entspre­ chenden Seitenansicht drei gegenüber der Fig. 1 abgewandelte, aufwendigere Ausführungen eines Mischteil-Baukörpers wiedergeben.

Wenn Plastifizierextruder mit einem Mischteil ausgestat­ tet werden, dann ist dieses in der Regel so angeordnet, daß es als das letzte Extruderelement arbeitet. Wird dabei ein dynamischer Mischer eingesetzt, dann weist dieser einen stationären Mischteil-Baukörper 1 und einen rotierenden Mischteil-Baukörper 2 auf. Der stationäre Mischteil-Baukörper 1 schließt dabei koaxial an das Extrudergehäuse an und nimmt den rotierenden Mischteil- Baukörper 2 auf, der in koaxialer Verlängerung der Extruderschnecke angeordnet ist und zusammen mit dieser rotiert.

Der vom stationären Mischteil-Baukörper 1 und vom rotie­ renden Mischteil-Baukörper 2 gebildete Mischer 3, wie er in Fig. 2 zu sehen ist, gehört dabei derjenigen Klasse an, welche ausschließlich auf einer Modifikation des mit der Extruderschnecke gekuppelten, rotierenden Mischteil- Baukörpers 2 beruht, welcher deshalb in den Fig. 1 und 3 bis 5 auch jeweils nur für sich allein zu sehen ist.

Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, einen rotierenden Mischteil-Baukörper 2 der in der Zeichnung dargestellten Bauform - abweichend von Fig. 2 - auch in einem Mischer derjenigen Klasse in Benutzung zu nehmen, welche durch Modifikation von Schnecke und Zylinder gekennzeichnet ist.

In jedem Falle ist es das kennzeichnende Wesensmerkmal des rotierenden Mischteil-Baukörpers nach den Fig. 1 und 3 bis 5, daß dieser einen modularen Aufbau hat, indem er aus einer größeren Anzahl von Modulringen, -scheiben oder -platten 4a, 4b, 4c gebildet ist, die miteinander einen Bausatz bilden und sich dabei koaxial aneinander­ reihen und miteinander verbinden lassen. Dabei ist es zugleich aber auch wichtig, daß die jeweils zu dem rotierenden Mischteil-Baukörper 2 zusammengefaßten Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, 4b, 4c relativ zueinander auch in verschiedenen Drehwinkellagen fixier­ bar sind, um unterschiedliche Modifikationen des rotie­ renden Mischteil-Baukörpers 2 zu ermöglichen, wie das aus den Fig. 1 und 3 bis 5 der Zeichnungen deutlich hervorgeht.

Die aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtliche Modifikation des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 setzt sich aus neun aneinandergereihten Modulringen, -scheiben oder -platten 4a und 4b zusammen, und zwar derart, daß sieben Modulringe 4a unmittelbar aneinandergereiht sind, und daß jedes Ende des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 durch einen Modulring bzw. eine Modulscheibe oder -plat­ te 4b bestimmt ist.

Die aus Fig. 3 der Zeichnung ersichtliche Modifikation des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 umfaßt wiederum neun aneinandergereihte Modulringe, -scheiben oder -platten 4a bis 4c, wobei sechs Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, zwei Modulringe, -scheiben oder -plat­ ten 4b und ein Modulring bzw. eine Modulscheibe oder -platte 4c zur Anwendung gelangen.

Die Modulringe, -scheiben oder -platten 4b bilden auch hier wiederum die Enden des rotierenden Mischteil-Bau­ körpers 2, während der Modulring bzw. die Modulscheibe oder -platte 4c als Mittelabschnitt des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 vorgesehen ist, an den sich beidseits je drei Modulringe, -scheiben oder -platten 4a anschließen.

Bei der aus Fig. 4 der Zeichnung ersichtlichen Modifika­ tion eines rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 sind fünf Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, zwei Modulringe, -scheiben oder -platten 4b und auch zwei Modulringe, -scheiben oder -platten 4c in Benutzung genommen. Dies in der Weise, daß - von rechts nach links gesehen - an einen Modulring bzw. eine Modulscheibe oder -platte 4b zunächst zwei Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, dann ein Modulring bzw. eine Modulscheibe oder -platte 4c, weiter wiederum zwei Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, ein Modulring bzw. eine Modulscheibe oder -platte 4c, weiterhin ein Modulring bzw. eine Modul­ scheibe oder -platte 4a und schließlich in Modulring bzw. eine Modulscheibe oder -platte 4b aneinandergereiht sind.

In Fig. 5 der Zeichnung ist schließlich noch eine Modi­ fikation des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 zu sehen, die vier Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, drei Modulringe, -scheiben oder -platten 4c sowie zwei Modulringe, -scheiben oder -platten 4b benutzt.

Die Anordnung ist hier so getroffen, daß die beiden Modulringe, -scheiben oder -platten 4b wiederum die beiden Enden des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 bilden und daß zwischen diesem dann in wechselnder Aufeinanderfolge jeweils einzelne Modulringe, -scheiben oder platten 4a und 4c aneinandergesetzt sind.

Jeder der Modulringe 4a, 4b und 4c ist mit an seinem Umfang verteilt angeordneten Misch-, Verteil- und Scher­ elementen ausgestattet, die aus wechselweise einander benachbart angeordneten Stegen 5a und 5b sowie zwischen diesen eingegrenzten Mulden bzw. Kammern 6 bestehen.

Die Stege 5a haben dabei, wie insbeondere aus Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, eine größere Profilhöhe als die Stege 5b, so daß ihre Endflächen unmittelbar dicht am Innenumfang des stationären Mischteil-Baukörpers 1 rotieren. Hingegen liegen die Endflächen der Stege 5b jeweils mit einem radialen Abstand vom Innenumfang des stationären Mischteil-Baukörpers 1 und bewirken dadurch die Ausbildung eines Spaltes 7 gegenüber dem Innenumfang des stationären Mischteil-Baukörpers 1.

Erkennbar ist aus Fig. 2 aber auch noch, daß die Profil­ breite der Stege 5a größer bemessen ist, als die Profil­ breite der Stege 5b.

Die die Misch-, Verteil- und Scherelemente bildenden Stege 5a und 5b sind an den Modulringen, -scheiben oder -platten 4a, 4b und 4c mit einer übereinstimmenden Verteilung in Umfangsrichtung angeordnet. Dabei sind nach Fig. 2 jeweils vier Stege 5a mit gegenseitigen Winkelabständen von 90° vorgesehen und auch vier Stege 5b haben untereinander jeweils einen Winkelabstand von 90°. Zwischen benachbarten Stegen 5a und 5b ist darüber hinaus jeweils ein Winkelabstand von 45° vorhanden.

Während die Modulringe, -scheiben oder -platten 4a lediglich mit Stegen 5a und 5b ausgestattet sind, die sich über ihre gesamte Dicke hinweg und parallel zu ihrer Längsachse erstrecken, weisen die Modulringe, -scheiben oder -platten 4b noch zusätzliche Abgrenzungselemente oder -stege 8 sowie die Modulringe, -scheiben oder -platten 4c noch zusätzliche Abgrenzungselemente- oder -stege 9 auf.

Die Abgrenzungsstege 8 und 9 befinden sich dabei eben­ falls am Umfang der Modulringe, -scheiben oder -platten 4b bzw. 4c. Sie verlaufen jedoch quer zu den Stegen 5a und 5b, also parallel zur Hauptebene der Modulringe, -scheiben oder -platten 4b und 4c, und zwar nur jeweils über einen Teilumfang hinweg, der sich im Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stegen 5a und 5b erstreckt. Jeder der Abgrenzungsstege 8 bzw. 9 bestimmt einen Endbereich für die zwischen den aufeinanderfolgen­ den Stegen 5a und 5b gelegene Mulde 6 und hat zu diesem Zweck eine Profilhöhe, die jeweils der Profilhöhe für die Stege 5a entspricht.

Erkennbar ist aus der Zeichnung noch, daß die Abgren­ zungsstege 8 an den Modulringen, -scheiben oder -platten 4b in der Nähe einer Endfläche derselben liegen und sich die Stege 5a und 5b hieran nur in Richtung zur anderen Endfläche hin anschließen.

Demgegenüber sind die Abgrenzungsstege 9 an den Modul­ ringen, -scheiben oder -platten 4c etwa mittig zwischen deren beiden Endflächen ausgebildet und hieran schließen sich jeweils zu beiden Endflächen hin die Stege 5a und 5b an. Dabei ist zu beachten, daß die vom Abgrenzungs­ steg 9 aus zu beiden Endflächen hin verlaufenden Stege 5a und 5b in Umfangsrichtung so gegeneinander versetzt liegen, daß jeweils dort, wo zur einen Endfläche hin ein Steg 5a verläuft, sich zur anderen Endfläche hin ein Steg 5b erstreckt und umgekehrt. Die Anordnung der Stege 5a und 5b ist an den Modulringen, -scheiben oder -plat­ ten 4c, also in Umfangsrichtung 45° gegeneinander ver­ dreht vorgesehen.

Sämtliche Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, 4b und 4c sind so ausgeführt, daß sie relativ zueinander in verschiedene Drehwinkellagen zueinander gebracht und darin fixiert werden können. Vorgesehen ist dabei, daß die verschiedenen Drehwinkellagen den Winkelabständen zwischen den aufeinanderfolgenden Stegen 5a und 5b entsprechen, also jeweils Drehschritte von 45° ermögli­ chen. Zwecks gegenseitiger Fixierung aneinandergereihter Modulringe, -scheiben oder -platten 4a, 4b und 4c können diese mit Paßbohrungen 10 ausgestattet sein, in die sich entsprechende Paßstifte als Kupplungselemente einsetzen lassen.

Ein Vergleich der Zeichnungsfiguren 1 und 3 bis 5 macht deutlich, welche Vielzahl von Modifikationsmöglichkeiten für den Zusammenbau des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 dadurch geschaffen sind, daß ein Bausatz aus drei verschiedenen Modulringen, -scheiben oder -platten 4a, 4b und 4c benutzt werden kann. Nicht nur die Lage der Stege 5a und 5b sowie der Mulden 6 in Umfangsrichtung, sondern auch deren Länge in Achsrichtung des rotierenden Mischteil-Baukörpers 2 läßt sich innerhalb weiter Gren­ zen variieren. Unter Verwendung nur weniger verschiede­ ner Standardteile können daher rotierende Mischteil-Bau­ körper 2 geschaffen werden, die bezüglich des Mischens und Scherens eines Extrudats unterschiedlichsten Forde­ rungen gerecht werden.

So ist bei der Betrachtung der Zeichnungsfiguren 1 und 3 bis 5 ohne weiteres erkennbar, daß die im Bereich der die niedrige Profilhöhe aufweisenden Stege 5b zum Innen­ umfang des stationären Mischteil-Baukörpers 1 hin frei­ gehaltenen Überströmspalte zwischen zwei benachbarten Mulden bzw. Kammern 6 eine in weiten Grenzen variierbare Versetztlage bzw. Staffelung erhalten können, um die für den jeweiligen Anwendungsfall günstigste Fließwegführung der Schmelze zu erhalten. Die Misch- und Scherwirkung am Extrudat läßt sich somit leicht den unterschiedlichsten Erfordernissen anpassen.

Claims (9)

1. Mischteil-Baukörper für dynamische Mischer von Einschneckenextrudern zur thermischen und mechanischen Homogenisierung der im Extruder plastifizierten Schmelze, welcher in einem orts­ festen Schneckenzylinder umläuft und einerseits mit an seinem Umfang verteilt angeordneten Misch-, Verteil- und Scherelementen ausgestattet ist, die aus wechselweise einander benachbart angeordneten Stegen unterschiedlicher Höhe und aus von diesen eingegrenzten Mulden bzw. Kammern bestehen, sowie andererseits auch Abgrenzungselemente trägt, die sich in Umfangsrichtung mindestens über den Abstandsbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Misch-, Verteil- und Scherelementen erstrecken, gekennzeichnet durch eine größere Anzahl von einzelnen Modulringen, -scheiben oder -platten (4a, 4b, 4c), die in mehreren, und zwar mindestens in drei verschiedenen Ausstattungen an ihrem Umfang mit den Misch-, Verteil- und Scherelementen (5a, 5b, Mulde 6) und/oder den Abgrenzungselementen (8 bzw. 9) versehen sind und dabei in wählbar verschiedener Aufeinanderfolge koaxial aneinandergereiht miteinander verbindbar sowie relativ zueinander auch in verschiedenen Drehwinkellagen fixierbar sind.

2. Mischteil-Baukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch-, Verteil- und Scherelemente (5a, 5b, Mulde 6) an den Modulringen, -scheiben oder -platten (4a bis 4c) eine übereinstimmende Verteilung in Umfangsrichtung haben.

3. Mischteil-Baukörper nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Modulringen, -scheiben oder -platten (4a) mit lediglich quer zu ihrer Umfangsrichtung orientierten Misch-, Verteil- und Scherelementen (5a, 5b, Mulde 6) Modulringe, -scheiben oder -platten (4b und 4c) zuordenbar sind, die auch mit zumindest über einen Teilumfang verlaufenden Abgrenzungselementen (8 bzw. 9) besetzt sind.

4. Mischteil-Baukörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgrenzungselemente (8 und 9) sich mindestens über den Abstandsbereich der Mulde (6) zwischen zwei in Um­ fangsrichtung aufeinanderfolgenden Misch-, Verteil- und Scherelementen (5a und 5b) erstrecken.

5. Mischteil-Baukörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgrenzungselemente (8) in der Nähe einer Endfläche von Modulring, -scheibe oder -platte (4b) liegen und sich die Misch-, Verteil- und Scherelemen­ te (5a und 5b) hieran nur in Richtung zur anderen Endfläche hin anschließen.

6. Mischteil-Baukörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgrenzungselemente (9) etwa mittig zwischen den beiden Endflächen an Modulring, -scheibe oder -platte (4c) sitzen und daß sich hieran jeweils zu beiden Endflächen hin die Misch-, Verteil- und Scher­ elemente (5a und 5b) anschließen.

7. Mischteil-Baukörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich jeweils zu den beiden Endflächen hin erstreckenden Misch-, Verteil- und Scherelemente (5a und 5b) eine zueinander um einen Teilungsabstand (5a/5b) gegeneinander verdrehte Anordnung aufweisen.

8. Mischteil-Baukörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch-, Verteil- und Scherelemente (5a, 5b) sich parallel zur Schneckenachse erstrecken, während die Abgrenzungselemente (8 bzw. 9) quer hierzu ver­ laufen.

9. Mischteil-Baukörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Modulringe, -scheiben oder -platten (4a) mit lediglich quer zu ihrer Umfangsrichtung orientierten Misch-, Verteil- und Scherelementen (5a, 5b, Mulde 6) zusammen mit Modulringen, -scheiben oder -platten (4b und 4c), die auch mit Abgrenzungselementen (8 bzw. 9) versehen sind, einen Bausatz bilden und daß innerhalb dieses Bausatzes die Aneinanderreihung der zwei verschiedene Ausstattungen aufweisenden Modulringe, -scheiben oder -platten (4a und 4c) zwischen zwei Modulringen, -scheiben oder -platten (4b) der dritten Ausstattung beliebig variierbar ist.