Maschine zum Mischen und Agglomerieren pulveriger thermoplastischer Kunststoffe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zum Mischen und Agglomerieren pulveriger thermoplastischer Kunststoffe, denen Flüssigkeiten zugesetzt werden, beispielsweise Weichmacher, bestehend im wesentlichen aus einem zylindrischen Behälter mit einem gerundeten Boden, einem von einer senkrechten Welle dicht über dem Behälterboden drehbaren Rührwerk und einem verschliessbaren Entleerstutzen.
Der Zweck der Erfindung ist, Maschinen der m Rede stehenden Art zu verbessern, sie insbesondere leistungsfähiger als bisher zu gestalten bzw. einen besseren Wirkungsgrad als bisher herbeizuführen.
Bekannt ist hierzu bereits eine besondere Massnahme, nämlich, dem Rührwerk am Behälter feststehende Stifte nebenzuordnen.
Die Verbesserung der Maschinenleistung, insbesondere ihres thermischen Wirkungsgrades, wird durch eine besondere Gestaltung des Rührwerkes erreicht, des weiteren aber auch durch eine besondere Anordnung und Gestaltung des Entleerstutzens.
Kommt es einerseits sehr darauf an, die zum Agglomerieren pulveriger thermoplastischer Kunststoffe erforderliche Wärmeerzeugung im Gut zuverlässig, schnell und durchwegs gleichmässig herbeizuführen, so kommt es anderseits auch sehr darauf an, im Augenblick der gewünschten Agglomeration schnellstmöglich eine Entleerung der Maschine zu ermöglichen, damit die jeweils gewünschte Korngrösse, bis zu welcher die thermoplastische Masse agglomeriert worden ist, erhaltenbleibt bzw. die einzelnen Körner (Granüle) nicht unerwünscht zusammenbacken.
Der Erfindung liegt folgende Überlegung zugrunde: Die Umlaufgeschwindigkeit der Masse, aufwärts entlang der Behälterwand und zentral abwärts zurück zum Schaufelrad, soll möglichst gross sein, damit einerseits innerhalb der Masse durch die Reibung an der Behälterwand ein möglichst grosses Geschwindigkeitsgefälle in radialer und tangentialer Richtung entsteht und anderseits die Zahl der Vorbeiströmungen am Rührer möglichst gross wird, damit der Masse nur eine kleine Zeit zur Verfügung steht, ihre hauptsächlich am Rührer aufgenommene Reibwärme während des Umlaufs an die Behälterwand und die zwischen Masse und Deckel befindliche Luft abzuführen.
Durch beide Einflussgrössen, Geschwindigkeitsgefälle und Häufigkeit des Vorbeiströmens am Rührer, werden einerseits kurze Mischzeiten, anderseits grosse Reibkräfte innerhalb der gesamten Masse bei kleinem Leistungsbedarf und damit schnelle Erwärmung erreicht.
Die erfindungsgemässe Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk ein Schaufelrad aus einer Nabe, einem Ring und mehreren mit dem Ring verbundenen Schaufeln ist, dass der Schaufelwinkel annähernd die Grösse von 90" und der Anstellwinkel die Grösse von 1-90 hat, dass weiter ein Teil der Schaufeln in ihrer Länge von der Nabe bis dicht an die Bodenkrempe und in ihrer Höhe im Bereich ausserhalb des Ringes bis nahe an den Über- gang der Bodenkrempe in den zylindrischen Teil des Behälters heranreichend vorgesehen, im Bereich innerhalb des Ringes, aber weniger hoch, bemessen sind und dass alle übrigen Schaufeln ab der Innenkante des Ringes bis an die Bodenkrempe heranreichend und in ihrer Höhe relativ niedrig bemessen vorgesehen sind.
Ausser einem Schaufelrad sind weitere Werkzeuge jetzt nicht mehr erforderlich. Die Förderhöhe hält eine genügend grosse Umlaufgeschwindigkeit der Masse auch bei Temperaturen über 800 C aufrecht. Gegenwerkzeuge, auf die man bisher nicht verzichten zu können glaubte, waren nachteilig, weil sie die nötige Förderhöhe und Umlaufgeschwindigkeit der Masse nur bei relativ gro ssem Kraftaufwand zum Antrieb der Maschine erreichen liessen, jedenfalls stets einen Strömungswiderstand im Umlauf der Massen ergaben und dabei auch unnötigerweise wärmeabführend wirkten; letzteres infolge ihrer festen Anordnung am Behälter.
Zahlreiche Versuche haben erwiesen, dass mit einem Mischer erfindungsgemässer Ausführung Abhilfe in allen Hinsichten bestens erzielt ist. Es wurden zum Beispiel 30 kg Suspensions-PVC mit 15 kg Weichmacher bei kalter Maschine in acht Minuten von 20 auf 150"C geliert, und zwar dies ganz ohne jede Knollenbildung.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Maschine in einem senkrechten Schnitt, und
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Querschnitt nach der Linie II-II in Richtung der an die Schnittlinie gesetzten Pfeile gesehen.
1 ist der zylindrische Behälter, 2 ist der gerundete Boden, z. B. ein Boden mit Krempe 2'. Das Rührwerk, dessen Einzelheiten weiter unten noch des näheren angegeben werden, sitzt auf der senkrechten Welle 3. Ist die Welle hier von unten her durch den Boden 2 in die Maschine eingeführt, so schliesst das selbstverständlich nicht aus, die Welle 3 gegebenenfalls auch von oben her einzuführen. 4 ist der Entleerungsstutzen.
Das Rührwerk ist als Schaufelrad vorgesehen und, wie deutlich aus Fig. 1 ersichtlich, dicht über dem Behälterboden 2 drehbar. 5 ist die Nabe des Schaufelrades, 6 ist der schon erwähnte Ring, und 7 und 8 sind die Schaufeln. Die Schaufeln 7, die an der Nabe 5 festsitzen, dort beispielsweise angeschweisst sind, tragen und halten den Ring 6 zur Nabe 5 konzentrisch. Die Schaufeln 8 sind nur am Ring 6 angebracht, also nicht an die Nabe 5 heranreichend, so dass innerhalb des Ringes genügend freier Raum bleibt, um die pulverige thermoplastische Kunststoffmasse im Behälter 1 in einen in Fig. 1 mit den beiden Pfeillinien 9, 9' angedeuteten Umlauf zu bringen, sobald das Schaufelrad gedreht wird. Der Schaufelwinkel ss2 ist vorzugsweise in der Grösse von 90o vorgesehen. Der Anstellwinkel a kann in den Grenzen zwischen 1-90 gehalten sein.
Die Schaufeln 7 sind in jedem Falle so angestellt, dass sie in der Höhe h (Fig. 1) bis nahe an die mit 10 bezeichnete Stelle heranreichen, an welcher die Bodenkrempe 2' in den zylindrischen Teil des Behälters 1 übergeht. Zwischen der Nabe S und dem Ring 6 ist für die Schaufeln 7 eine Höhe h' vorgesehen, die kleiner als die vorerwähnte Höhe h sein soll und im allgemeinen etwa halb so gross bemessen wird. Die nur vom Ring 6 getragenen Schaufeln 8 sind, wie besonders deutlich aus der Fig. 1 hervorgeht, von der Ringinnenkante bis an die Bodenkrempe heranreichend. Die Höhe der Schaufeln 8 ist gegenüber jener der Schaufeln 7 relativ niedrig bemessen.
Der Entleerstutzen 4 ist. wie Fig. 1 zeigt, etwa waagrecht angeordnet. Die tangentiale Anordnung ergibt sich aus Fig. 2. Die Längsmittelachse des Stutzens 4 tangiert einen zwischen dem Mantel des Behälters 1 und dem Ring 6 konzentrisch gezogen zu denkenden Kreis 11. Die Grösse des die Position des Entleerstutzens 4 bestimmten Kreises 11 ist innerhalb der zwischen dem Ring 6 und dem Mantel des zylindrischen Behälters 1 gesetzten Grenzen beliebig wählbar. Der Schieber im Entleerungsstutzen 4 ist im vorliegenden Beispiel als eine Art Kolbenschieber vorgesehen, was indes nicht ausschliesst, auch eine andere Art Schieber verwenden zu können.
Frontseitig ist die Flächengestaltung des Schiebers jedenfalls so, dass in der Verschlussstellung des Schiebers der Krempendurchbruch, der zum Anbringen des Entleerstutzens 4 erforderlich ist, voll und ganz ausgefüllt wird und die Schieberstirnfläche einen vollkommenen Ersatz der zum Erhalt der Entleerstutzen-Anschlussöffnung aus der Krempe herausgeschnittenen Fläche darstellt. Solange der Schieber sich in der Verschlussstellung befindet, gibt es auf der Innenfläche der Krempe keinerlei Unebenheiten.
Die nötige Öffnung zum Auslassen des Gutes ist dem Stutzen 4 seitlich angebracht und vorzugsweise mit einem Auslassstutzen 13 versehen, so dass das Entleeren in der Richtung des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles 12 sehr schnell, gut flüssig und praktisch nahezu widerstandslos vor sich geht. Es muss dazu selbstverständlich der Schieber aus der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Verschlussstellung 4' vollständig bis in die strichpunktiert eingezeichnete Verschlussstellung 4" zurückgezogen sein. Zum Betätigen des Schiebers ist ein Hebelwerk vorgesehen. Das schliesst allerdings nicht aus, die Betätigung des Schiebers mit noch anderen Mitteln zu bewirken, z. B. mit pneumatischen oder elektromagnetischen Antriebsmitteln.
Machine for mixing and agglomerating powdery thermoplastics
The present invention relates to a machine for mixing and agglomerating powdery thermoplastics to which liquids are added, for example plasticizers, consisting essentially of a cylindrical container with a rounded base, an agitator rotatable by a vertical shaft just above the container base and a closable emptying nozzle.
The purpose of the invention is to improve machines of the type under discussion, in particular to make them more powerful than before or to bring about a better degree of efficiency than before.
A special measure is already known for this purpose, namely to assign stationary pins to the agitator on the container.
The improvement of the machine performance, in particular its thermal efficiency, is achieved by a special design of the agitator, but also by a special arrangement and design of the drainage connection.
If, on the one hand, it is very important to generate the heat required to agglomerate powdery thermoplastics reliably, quickly and consistently in the goods, on the other hand, it is also very important to allow the machine to be emptied as quickly as possible at the moment of the desired agglomeration, so that the respective The desired grain size, up to which the thermoplastic mass has been agglomerated, is retained or the individual grains (granules) do not cake together undesirably.
The invention is based on the following consideration: The speed of rotation of the mass, upwards along the container wall and centrally downwards back to the paddle wheel, should be as great as possible, so that, on the one hand, the greatest possible speed gradient arises within the mass due to the friction on the container wall in the radial and tangential direction and on the other hand, the number of flows past the stirrer is as large as possible, so that the mass has only a short time available to dissipate its frictional heat, which is mainly absorbed by the stirrer, to the container wall and the air between the mass and the lid.
Both influencing variables, the velocity gradient and the frequency of the flow past the stirrer, result in short mixing times on the one hand, and high frictional forces within the entire mass on the other hand with low power requirements and thus rapid heating.
The machine according to the invention is characterized in that the agitator is a paddle wheel made up of a hub, a ring and several paddles connected to the ring, that the paddle angle is approximately 90 "and the angle of attack is 1-90 Part of the blades in their length from the hub to close to the bottom rim and in their height in the area outside the ring to close to the transition from the bottom rim to the cylindrical part of the container provided, in the area within the ring, but less high , are dimensioned and that all other blades from the inner edge of the ring up to the bottom rim and are provided with relatively low dimensions.
Apart from a paddle wheel, tools are no longer required. The delivery head maintains a sufficiently high velocity of the mass even at temperatures above 800 C. Counter-tools, which one previously believed that one could not do without, were disadvantageous because they only allowed the necessary delivery height and speed of rotation of the mass to be achieved with a relatively high expenditure of force to drive the machine, at least always resulting in a flow resistance in the circulation of the masses and thereby unnecessarily had a heat-dissipating effect; the latter due to their fixed arrangement on the container.
Numerous tests have shown that a mixer according to the invention provides the best possible remedy in all respects. For example, 30 kg of suspension PVC with 15 kg of plasticizer were gelled from 20 to 150 ° C in eight minutes on a cold machine, and this without any lump formation.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is described below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows the machine in a vertical section, and
Fig. 2 shows a horizontal cross section along the line II-II seen in the direction of the arrows placed on the cutting line.
1 is the cylindrical container, 2 is the rounded bottom, e.g. B. a bottom with a brim 2 '. The agitator, the details of which are given below, sits on the vertical shaft 3. If the shaft is inserted into the machine from below through the base 2, this does not, of course, rule out the shaft 3, possibly also from above to introduce. 4 is the drainage port.
The agitator is provided as a paddle wheel and, as can be clearly seen from FIG. 1, can be rotated just above the container bottom 2. 5 is the hub of the paddle wheel, 6 is the already mentioned ring, and 7 and 8 are the blades. The blades 7, which are stuck on the hub 5, for example welded there, carry and hold the ring 6 concentrically with respect to the hub 5. The blades 8 are only attached to the ring 6, that is, they do not come close to the hub 5, so that there is enough free space within the ring to transfer the powdery thermoplastic material in the container 1 into one in FIG. 1 with the two arrow lines 9, 9 ' to bring indicated circulation as soon as the paddle wheel is rotated. The blade angle ss2 is preferably provided in the range of 90 °. The angle of attack a can be kept within the limits between 1-90.
In each case, the blades 7 are positioned so that they reach at the height h (FIG. 1) almost to the point designated by 10, at which the bottom rim 2 ′ merges into the cylindrical part of the container 1. Between the hub S and the ring 6, a height h 'is provided for the blades 7 which should be smaller than the aforementioned height h and is generally approximately half as large. The blades 8 carried only by the ring 6, as can be seen particularly clearly from FIG. 1, extend from the inner edge of the ring to the bottom rim. The height of the blades 8 is relatively low compared to that of the blades 7.
The drain port 4 is. as Fig. 1 shows, arranged approximately horizontally. The tangential arrangement is shown in Fig. 2. The longitudinal center axis of the connector 4 is tangent to a circle 11 to be drawn concentrically between the jacket of the container 1 and the ring 6. The size of the circle 11 determined the position of the emptying connector 4 is within the range between the Ring 6 and the shell of the cylindrical container 1 set limits can be selected as desired. In the present example, the slide in the emptying nozzle 4 is provided as a type of piston slide, which, however, does not exclude the possibility of using a different type of slide.
On the front side, the surface design of the slide is in any case such that in the closed position of the slide the rim opening, which is required for attaching the emptying nozzle 4, is completely filled and the slide face is a complete replacement for the area cut out of the rim to preserve the emptying nozzle connection opening represents. As long as the slide is in the closed position, there are no unevenness on the inner surface of the brim.
The necessary opening for discharging the goods is attached to the side of the nozzle 4 and is preferably provided with an outlet nozzle 13, so that the emptying in the direction of the arrow 12 shown in Fig. 2 is very fast, fluid and practically almost without resistance. For this, of course, the slide must be completely retracted from the closed position 4 'shown in dashed lines in FIG. 2 to the closed position 4 "shown in dash-dotted lines. A lever mechanism is provided for operating the slide. However, this does not preclude the operation of the slide as well to effect other means, e.g. with pneumatic or electromagnetic drive means.