CH552453A

CH552453A - Vorrichtung zum mischen und homogenisieren von plastischen oder plastifizierbaren werkstoffen.

Info

Publication number: CH552453A
Application number: CH659472A
Authority: CH
Original assignee: Sig Schweiz Industrieges
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1974-08-15
Also published as: BE797699A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von plastischen oder plastifizierbaren Werkstoffen, die mittels einer oder mehrerer Schnecken in einem Gehäuse gefördert werden.

Zur Verbesserung der Misch- und Homogenisierungswirkung zeichnet sich die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch aus, dass sie wenigstens eine profilierte Zahnwalze umfasst, die mindestens zwei axial im Abstand voneinander befindliche Zahnkränze aufweist; dass jeder Zahnkranz eine Mehrzahl von Zähnen verschiedener Höhe hat; und dass der von der oder den Schnecken geförderte Werkstoff innerhalb des Gehäuses auch zwischen den Zähnen der Walze hindurch fliesst.

Anhand der beiliegenden, schematischen Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Misch- und Homogenisierungsvorrichtung einer Extrusionsmaschine,
Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer aus mehreren Zahnscheiben zusammengesetzten Walze,
Fig. 3-6 je eine Vorderansicht einer anderen Zahnscheibe,
Fig. 7a-f sechs verschiedene Zahnformen in perspektivischer Darstellung und
Fig. 8 ein Schema von möglichen Anordnungen verschiedener aufeinanderfolgender Zahnkränze.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, das sich an seinem freien Ende zu einer Extrusionsdüse 2 verjüngt und in dem eine Förderschnecke 3 untergebracht ist. Um den zu extrudierenden Werkstoff besser zu mischen und zu homogenisieren, ist zwischen zwei Teilen 3a und 3b der Förderschnecke 3 eine Zahnwalze 4 vorgesehen, die drei Zahnkränze 5 aufweist. Der Werkstoff muss zwischen dem Gehäuse 1 und den variable Höhen aufweisenden Zähnen 6 der Zahnkränze 5 hindurchgehen und erfährt dabei sehr starke Scherwirkungen, durch die er durchmischt und homogenisiert wird. Diese Wirkung wird noch verstärkt, wenn an gewissen Stellen zwischen den Zahnkränzen 5 Zähne 7 vom Gehäuse 1 nach innen ragen. Im vorliegenden Falle ist je nur ein Zahn 7 zwischen zwei Zahnkränzen 5 dargestellt. Vorzugsweise sind aber ganze Innenzahnkränze von Zähnen 7 variabler Höhe vorgesehen.

Der Zahn 7 wird im vorliegenden Fall von einer Schraube 8 gebildet, die in ein am Gehäuse 1 vorgesehenes Gewindeauge 9 eingeschraubt ist. Statt dessen kann zweckmässig auch irgendeine bekannte Vorrichtung vorgesehen werden, um einen Bolzen od. dgl. mit variabler Tiefe durch ein Loch zu stecken, die erforderliche Höhe einzustellen und schnell zu befestigen. Die Zähne 6 bestehen beispielsweise mit dem Körper der Walze 4 aus einem Stück. indem sie aus dem Vollen gefräst sind, und die Walze 4 ist auf irgend eine übliche Weise mit den Teilen 3a und 3b der Schnecke 3 fest verbunden.

In Fig. 2 ist eine Zahnwalze 4 gezeigt, die aus vier mit einem zentralen Loch versehenen Zahnscheiben 10 zusammengesetzt ist, die unter Zwischenlage von nicht dargestellten Distanzscheiben mittels eines Keiles 11 auf einer Achse 12 befestigt sind, welche ihrerseits an der Schneckenachse befestigt ist oder mit ihr aus einem Stück besteht. Es ist aus Fig. 2 gut ersichtlich. dass die Zähne 6 in jedem der Zahnkränze 5 eine variable Höhe haben, und zwar hat im vorliegenden Fall die Umhüllende 13 der Zähne 6 angenähert die Form einer archimedischen Spirale. Bei der Walze nach Fig. 2 sind gleich hohe Zähne 6 verschiedener Zahnkränze axial miteinander ausgerichtet. was bei anderen Ausführungsformen nicht der Fall ist.

Aus Zahnscheiben und Distanzscheiben zusammengesetzte Walzen sind technisch leichter herzustellen als einstückig gefräste Walzen und ihre Bestandteile können leicht zur Zusammensetzung von anderen Walzen benützt werden.

In Fig. 3 ist eine Zahnscheibe 10 gezeigt, deren Zahnkranz 5 aus vier Gruppen von je drei Zähnen verschiedener Höhe besteht. Die Umhüllende 14 der Zähne 6 besteht aus vier spiralförmigen Ästen, die sich über je 90 erstrecken.

Die Zähne 6 des Zahnkranzes 5 der Zahnscheibe 10 nach Fig. 4 haben eine ellipsenförmige Umhüllende 15. In dieser Figur ist bei 15' die Umhüllende des Zahnkranzes einer anderen Zahnscheibe derselben Walze angedeutet, um zu zeigen, dass die Zähne gleicher Höhe nicht axial miteinander ausgerichtet, sondern in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Dasselbe gilt auch für die Umhüllende 16 und 16' bzw.

17 und 17' von Fig. 5 bzw. Fig. 6, wobei die Umhüllende 16 im wesentlichen einem gleichseitigen Dreieck mit abgerundeten Ecken und die Umhüllende 17 einem Quadrat mit abgerundeten Ecken entspricht.

In Fig. 7 sind sechs verschiedene, zweckmässige Formen von Zähnen 6a-6f dargestellt. In all den gezeigten Fällen ist die in Achsrichtung zu messende Länge 1 des Zahnes 6 grösser als dessen in Umfangsrichtung zu messende Breite b. Die Länge 1 des Zahnes 6 ist zweckmässig auch gleich der Dicke der Zahnscheibe 10, wie in der Fig. 7 angedeutet ist. Neben der bei a) gezeigten Zahnscheibe 10 ist auch noch eine der früher erwähnten, in Fig. 2 nicht dargestellten Distanzscheiben angedeutet und mit 18 bezeichnet.

Der Zahn 6a ist quaderförmig und hat ebene Stirnflächen 19. Der Zahn 6b ist quaderförmig, hat aber abgerundete Stirnflächen 20. Der Zahn 6c hat abgerundete Längswände 21, die vorne und hinten scharfe Ecken 22 bilden. Scharfe Ekken 23 hat auch der Zahn 6d, dessen Seitenwände 24 aber je aus drei ebenen, gegeneinander abgewinkelten Teilen bestehen. Der Zahn 6e hat nach oben hin zusammenlaufende, abgeschrägte Stirnwände 25. Der Zahn 6f hat schliesslich vorne und hinten pyramidenförmig zugespitzte Ecken 26.

Die gezeigten Zähne 6a-6f können noch auf zahlreiche Weisen abgewandelt oder kombiniert werden. So können z. B.

alle Kanten abgerundet werden, oder man kann die Stirnflächen teilweise wie bei 19 und teilweise wie bei 25, oder vorne wie bei 26 und hinten wie bei 20 ausführen usw.

Fig. S veranschaulicht, wie die Zähne 6 von z. B. drei einander gleichen Zahnkränzen 5a-5c in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sein können. Von jedem Zahnkranz sind nur drei verschiedene Höhe h1, h2, h3 aufweisende Zähne 61, 62 und 63 dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Zahnkranz 5b gegenüber dem Zahnkranz 5a in Umfangsrichtung um eine Zahnteilung t versetzt und der Zahnkranz 5c um eine halbe Zahnteilung t/2. An sich ist natürlich jede Versetzung möglich, doch werden die gezeigten Versetzungen bevorzugt.

Je nachdem wie die Zahnkränze selbst ausgebildet und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, und welche Abstände sie infolge der Distanzscheiben voneinander haben, werden den einzelnen Teilchen der durch die Zahnkränze hindurch geförderten plastischen oder im Verlaufe der Behandlung plastisch werdenden Werkstoffe, die am Eingang der Walze nahezu überall etwa die gleichen Geschwindigkeitskomponenten in axialer und tangentialer Richtung haben, durch die verschieden hohen Zähne örtlich sehr stark differiende tangentiale Geschwindigkeitskomponenten (siehe Vektorendiagramme A und B) erteilt, was wegen der Kontinuitätsbedingung auch sehr starke Unterschiede in den axialen Geschwindigkeitskomponenten zur Folge hat. Dies führt dann in der meistens sehr zähflüssigen Masse zu den bereits erwähnten die Mischung und Homogenisierung fördernden Scherkräften.

Bei Extrudern mit zwei gegenläufig drehenden, parallel fördernden Schnecken wird man zweckmässig im Zuge jeder Schnekke eine Zahnwalze der beschriebenen Art so anordnen, dass ein Ineinanderkämmen der Schnecken immer möglich ist.

Obwohl es am einfachsten ist, die Zahnwalze jeweils fest mit der Schnecke zu verbinden, ist es auch durchaus möglich, sie mittels eines gesonderen Antriebes mit einer von der Drehzahl der Schnecke verschiedenen Drehzahl anzutreiben. Man kann auch mehrere Zahnwalzen im Zuge einer einzigen Schnecke oder nur einen Zahnkranz am Schneckenende vorsehen. In besonderen Fällen kann sich eventuell auch ein gegenüber der Schnecke im Gehäuse feststehender Zahnkranz mit den beschriebenen Profilen als nützlich erweisen. Die Mischung und Homogenisierung muss nicht unbedingt in einer Extrusionsmaschine erfolgen, obwohl dies in der Regel der Fall sein wird.

Claims

PATENTANSPRUCH

Vorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von plastischen oder plastifizierbaren Werkstoffen, die mittels einer oder mehrerer Schnecken in einem Gehäuse gefördert werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine profilierte Zahnwalze (4) umfasst, die mindestens zwei axial in Abstand voneinander befindliche Zahnkränze (5) aufweist; dass jeder Zahnkranz (5) eine Mehrzahl von Zähnen (6) verschiedener Höhe (h) hat; und dass der von der oder den Schnecken (3) geförderte Werkstoff innerhalb des Gehäuses (1) zwischen den Zähnen (6) der Walze (4) hindurch fliesst.

UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnwalze (4) mit den Zähnen (6) aus einem Stück besteht.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnwalze (4) aus Zahnscheiben (10) und zwischen denselben angeordneten Distanzscheiben (18) zusammengesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahn- und Distanzscheiben auf einer Achse (12) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (1) der Zähne (6) grösser ist als ihre Breite (b).

5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllende (13) der Zähne (6) mindestens eines Zahnkranzes (5) angenähert die Form einer archimedischen Spirale hat.

6. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllende (14) der Zähne (6) mindestens eines Zahnkranzes (5) sich aus mehreren, gegeneinander versetzten Spiralästen zusammensetzt.

7. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllende (15) der Zähne (6) mindestens eines Zahnkranzes (5) angenähert elliptisch ist.

8. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die. Umhüllende (16) der Zähne (6) mindestens eines Zahnkranzes (5) die Form eines gleichseitigen Dreieckes mit abgerundeten Ecken hat.

9. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllende (17) der Zähne (6) mindestens eines Zahnkranzes (5) die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken hat.

10. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (6a; 6b; 6e) vorne und/oder hinten Stirnflanken (19; 20; 25) haben.

11. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (6c; 6d; 6f) vorne und/oder hinten Ecken (22; 23; 26) haben.

12. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zahnkränze (5a, 5b) um eine ganze Zahnteilung gegeneinander versetzt sind.

13. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zahnkränze (5a, 5b) um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt sind.

14. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vom Gehäuse (1) Zähne (7) zwischen den Zahnkränzen (5) nach innen vorragen.

15. Vorrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Gehäuse (1) vorragenden Zähne Zahnkränze bilden und in ihrer Höhe verstellbar sind.

16. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnwalze (4) mit einer Schnecke (3) fest verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierte Zahnwalze von der Schnecke getrennt angetrieben wird.

18. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass profilierte Zahnkränze gehäusefest angebracht sind.