DD155504A1 - STATIC MIXING DEVICE FOR INJECTION MOLDING MACHINES AND EXTRUDER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine statische Mischvorrichtung fuer Spritzgiessmaschinen und Extruder sowie Blasmaschinen fuer die Verarbeitung thermoplastischer Formmassen. Die Erfindung hat das Ziel, einen kontinuierlichen Homogenisierungs- und Mischprozess, insbesondere bei der Einmischung von Farbstoffen und beim Mischen verschiedenfarbiger thermoplastischer Formmassen zu gewaehrleisten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in der Verarbeitungsmaschine, insbesondere einer Spritzgiessmaschine oder einem Extruder, durch die Mischwirkung der Schnecke begonnenen Mischprozess thermischer Formmassen so fortzufuehren und zu beenden,dass homogene,qualitativ hochwertige Formteile und Halbzeuge herstellbar sind. Herstellung, Montage, Demontage und Reinigung muessen einfach und oekonomisch guenstig moeglich sein. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Schmelzenstrom nach Eintritt in die statische Mischvorrichtung durch Mischelemente mit zylindrischen Leitkanaelen in eine Vielzahl Stroemungsschichten aufgespalten, verwirbelt und anschliessend wieder zu einem vielschichtigen Strom zusammengefuehrt. Die Mischelemente sind zu einem Paket vereinigt, das bei Farb- und Formmassenwechsel ohne Reinigung entnommen und durch ein anderes Paket ersetzt werden kann.The invention relates to a static mixing device for injection molding machines and extruders and blow molding machines for the processing of thermoplastic molding compositions. The aim of the invention is to ensure a continuous homogenization and mixing process, in particular in the mixing of dyes and in the mixing of differently colored thermoplastic molding compositions. The object of the invention is to continue and terminate the mixing process of thermal molding compounds started in the processing machine, in particular an injection molding machine or an extruder, by the mixing action of the screw such that homogeneous, high-quality molded parts and semi-finished products can be produced. Production, assembly, disassembly and cleaning must be easy and economically favorable. According to the invention, the object is achieved in that, after entering the static mixing device, the melt stream is split up into a plurality of flow layers by means of mixing elements with cylindrical guide channels, swirled, and then combined again to form a multi-layered stream. The mixing elements are combined to form a package that can be removed from the paint and molding compound without cleaning and replaced by another package.
Description
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Titel der ErfindungTitle of the invention
Statische Mischvorrichtung für Spritzgießmaschinen und ExtruderStatic mixing device for injection molding machines and extruders
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine statisch wirkende Mischvorrichtung für die Verarbietung thermoplastischer · * Formmassen. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt auf Spritzgießmaschinen und Extrudern.The invention relates to a static mixing device for the production of thermoplastic molding compounds. The use of the device according to the invention is carried out on injection molding machines and extruders.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Bekannt sind statische Mischer nach DE-AS 1236479, DE-PS 1178404, US-PS 3182965 mit rechteckigen und zueinander versetzt angeordneten Leitkanälen innerhalb mehrere axial aneinander gereihter Mischelemente mit sich ändernder Querschnittsfläche. Nachteilig bei diesen Lösungen ist die geringe Anzahl der Leitkanäle (meist nur 2 Leitkanäle pro Mischelement), die relativ komplizierte Fertigung der Mischelemente sowie das ungünstige Verhalten bei der Säuberung der Mischelemente durch den Aufbau aus einzelnen, nicht verbundenen Scheiben.Static mixers to DE-AS 1236479, DE-PS 1178404, US-PS 3182965 are known with rectangular and mutually staggered guide channels within a plurality of axially juxtaposed mixing elements with changing cross-sectional area. A disadvantage of these solutions is the small number of guide channels (usually only 2 guide channels per mixing element), the relatively complicated production of the mixing elements and the unfavorable behavior in the cleaning of the mixing elements by the structure of individual, not connected slices.
Ferner sind Vorrichtungen, bestehend aus einer Lochplatte mit schräg verlaufenden Bohrungen, zur HomogenisierungFurthermore, devices consisting of a perforated plate with oblique holes for homogenization
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und zum Viskositäts- und Geschwindigkeitsausgleich von thermoplastischen Formmassen bekannt (DD-PS 75393, DE-OS 2006941).and for viscosity and speed compensation of thermoplastic molding compositions known (DD-PS 75393, DE-OS 2006941).
Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtungen ist die Verwendung eines einzelnen Mischelements. Damit bleibt die erreichbare Mischwirkung gering.A major disadvantage of these devices is the use of a single mixing element. Thus, the achievable mixing effect remains low.
Nach DE-OS 2708200 und DE-OS 1954242 sind statische Mischvorrichtungen bekannt deren, über den ganzen Querschnitt verlaufenden, Leitkanäle durch schichtenförmig angeordnete Lamellen gebildet werden und einen Winkel gegen die Rohrachse einschließen» Die Vorrichtungen besitzen einen relativ hohen Massedruckverlust der sich nachteilig auf das Verarbeitungsverhalten der thermoplastischen Formmassen auswirken kann, durch auftretenden thermischen und mechanischen Abbau. Die Reinigung bei Färb- und Formmasseivechsel ist kompliziert. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Einbauelemente einzeln vorliegen. Nach DD-PS 106793 ist eine statische Mischvorrichtung bekannt, bei welcher als Mischelement ein Zahnkranz Verwendung findet. Die Mischwirkung dieser Vorrichtung ist besonders für komplizierte Mischprobleme, wie sie z.B. bei der Einmischung von Farbstoffen und Pigmenten vorliegen, nicht ausreichend.According to DE-OS 2708200 and DE-OS 1954242 static mixing devices are known, running over the entire cross-section, guide channels are formed by layer-shaped laminations and enclose an angle against the tube axis »The devices have a relatively high melt pressure loss which adversely affects the processing behavior can affect the thermoplastic molding compositions by occurring thermal and mechanical degradation. The cleaning in color and Formmasseiefchsel is complicated. Furthermore, it is disadvantageous that the installation elements are present individually. According to DD-PS 106793 a static mixing device is known in which a toothed ring is used as a mixing element. The mixing effect of this device is especially for complicated mixing problems, as e.g. in the mixing of dyes and pigments are not sufficient.
Weiterhin sind eine Vielzahl von Verdrängerkonstruktionen (DD-PS 61862, 23158) zur Homogenisierung thermoplastischer Formmassen während des Extrusions- und Spritzgießprozesses bekannt. Aufgrund ihrer deutlich geringeren Mischwirkung gegenüber den bisher genannten statischen Mischvorrichtungen sind sie für Mischaufgaben mit höhren Anforderungen nicht anwendbar.Furthermore, a variety of displacement designs (DD-PS 61862, 23158) for homogenizing thermoplastic molding compounds during the extrusion and injection molding process are known. Due to their significantly lower mixing efficiency compared to the previously mentioned static mixing devices, they are not applicable for mixing tasks with höhren requirements.
Neben statischen Mischvorrichtungen sind auch eine Vielzahl dynamischer Mischvorrichtungen (DD-PS 134615, DE-PS 1197438) bekannt. Dabei sind besondere Mischelemente auf der Schnecke des Extruders bzw. der Spritzgießmaschine befestigt. Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß der Mischprozeß nicht mit den bedeutend billigerenIn addition to static mixing devices and a variety of dynamic mixing devices (DD-PS 134615, DE-PS 1197438) are known. In this case, special mixing elements are mounted on the screw of the extruder or the injection molding machine. The disadvantage of these devices is that the mixing process is not significantly cheaper
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S/tandardschnecken durchgeführt werden kann, Es sind stets Spezialanfertigungen notwendig, um eine entsprechend gute Mischqualität zu erreichen.S / tandardschnecken can be carried out, It is always custom-made necessary to achieve a correspondingly good mixing quality.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung hat das Ziel, einen kontinuierlichen Homogenisierungs- und Mischprozeß , insbesondere bei der Einmischung von Farbstoffen in thermoplastische Formmassen und beim Mischen verschiedenfarbiger thermoplastischer Formmassen auf Spritzgießmaschinen und Extrudern zu gewährleisten. Besonderer Wert wird auf eine einfache Herstellbarkeit der Mischvorrichtung, eine ausreichende Mischwirkung, günstige Reinigungsmöglichkeiten und einfache Montage gelegt.The invention has the aim of ensuring a continuous homogenization and mixing process, in particular in the mixing of dyes into thermoplastic molding compositions and in the mixing of differently colored thermoplastic molding compositions on injection molding machines and extruders. Special emphasis is placed on ease of manufacture of the mixing device, a sufficient mixing effect, cheap cleaning options and easy installation.
Darlegung des Wesens der trfindungExplanation of the nature of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in der Verarbeitungsmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschine oder einem Extruder, durch die Mischwirkung der Schnecke begonnenen Mischprozeß thermoplastischer Formmassen so fortzuführen und zu beenden, daß homogene, qualitativ hochwertige Formteile und Halbzeuge herstellbar sind. Dabei muß Herstellung, Montage, Demontage und Reinigung der statischen Mischvorrichtung einfach und ökonomisch günstig möglich seih.The invention is based on the object in the processing machine, in particular an injection molding machine or an extruder, started by the mixing action of the screw mixing process thermoplastic molding compositions and complete so that homogeneous, high-quality moldings and semi-finished products can be produced. In this case, production, assembly, disassembly and cleaning of the static mixing device must be simple and economically possible.
Merkmale der ErfindungFeatures of the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich im zylindrischen Inneren eines Mischadapters ein Mischelementpaket befindet, daß den Schrnelzenstrom beim Durchfliegen der zylindrischen Leitkanäle in eine Vielzahl von Strömungsschichten aufteilt und verwirbelt,According to the invention the object is achieved in that in the cylindrical interior of a mixing adapter is a Mischelementpaket that divides the shrimp stream when passing through the cylindrical guide channels in a variety of flow layers and swirls,
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wobei jede Strömungsschicht mindestens einmal umgelenkt wird»whereby each flow layer is deflected at least once »
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht das Mischelementpaket aus mindestens vier Mischelementen, von denen höchstens zwei den gleichen hydraulischen Durchmesser besitzen und die durch Distanzscheiben getrennt sind.In a further development of the inventive concept, the mixing element package consists of at least four mixing elements, of which at most two have the same hydraulic diameter and which are separated by spacers.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Mischelemente mindestens sechszehn achssymmetrisch angeordnete zylindrische Leitkanäle unterschiedlichen Durchmessers auf.According to a further feature of the invention, the mixing elements have at least sixteen axis-symmetrically arranged cylindrical guide channels of different diameters.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Breite der Distanzscheiben kleiner oder gleich der Breite der Mischelemente, vorzugsweise 2/3 derselben beträgt.Another feature is that the width of the spacers is less than or equal to the width of the mixing elements, preferably 2/3 thereof.
Die Mischelemente und die Distanzscheiben werden durch ein Spannelement und ein kegelförmiges Sicherungselernent zu einem Paket vereinigt und gegen Verdrehung gesichert. Schließlich ist nach einem Merkmal der Erfindung das düsenseitig letzte Mischelement des Mischelementpaketes so gestaltet, daß ein Abdichten und ein Verspannen desselben gegen einen Anschlag im Inneren des Mischadapters mit Hilfe der Düsenaufnahme oder der Düse möglich ist.The mixing elements and spacers are combined by a clamping element and a conical Sicherungselernent to a package and secured against rotation. Finally, according to a feature of the invention, the nozzle side last mixing element of the mixing element package is designed so that a sealing and clamping it is possible against a stop inside the mixing adapter by means of the nozzle holder or the nozzle.
Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, daß die zu einem Paket vereinigten Mischelemente durch die Düse unmittelbar arretiert werden, womit eine einfache und schnelle Montage und Demontage gewährleistet wird. Durch die leichte Herstellbarkeit der Mischelemente wird es möglich, bei Verwendung einer Anzahl von Mischelementpaketen auf eine aufwendige und materialintensive Reinigung zu verzichten. Trotz eines vernachlässigbaren Druckverlustes wird eine gute Mischwirkung erzielt.The advantages of the invention are, above all, that the mixing elements combined to form a package are locked directly by the nozzle, thus ensuring a simple and rapid assembly and disassembly. Due to the ease of manufacture of the mixing elements, it is possible to dispense with a complex and material-intensive cleaning when using a number of mixing element packages. Despite a negligible pressure loss, a good mixing effect is achieved.
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Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer statischen Mischvorrichtung für thermoplastische Formmassen,FIG. 1 shows a schematic representation of a static mixing device for thermoplastic molding compounds,
Figur 2: die Ansicht eines MischelementesFigure 2: the view of a mixing element
Figur 3: die Ansicht eines Mischelemehtes mit einem anderen hydraulischen Durchmesser.Figure 3: the view of a Mischelemehtes with a different hydraulic diameter.
In dem Zylinder 1 der Figur 1 einer Spritzgießmaschine oder eines Extruders wird der Mischadapter 2 eingeschraubt bzw. an denselben angeflanscht. Im zylindrischen· Inneren des Mischadapters 2, dessen durchströmbarer Durchmesser geringer ist als der des Zylinders 1 befinden sich die Mischelemente 3, die verdreht gegeneinander angeordnet sind und von denen höchstens zwei den gleichen hydraulischen Durchmesser besitzen. Zwei Ausführungsbeispiele der Mischelemente 3 mit unterschiedlichen hydraulischem Durchmesser sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Die Mischelemente 3 weisen mindestens sechszehn achssymmetrisch angeordnete zylindrische Leitkanäle 4 unterschiedlichen Durchmessers auf. Der hydraulische Durchmesser der Leitkanäle 4 beträgt zwischen 3 und 5 mm. Die Mischelemente 3 sind zu einem Paket von mindestens vier Mischelementen 3 vereinigt, die durch jeweils eine Distanzscheibe 5 getrennt sind. Damit verringert sich der über der statischen Mischvorrichtung auftretende Druckabfall. Er wird vernachlässigbar klein. Die Breite der Distanzscheiben 5 ist kleiner oder gleich der Breite der Mischelemente 3, vorzugsweise das 0.66-fache derselben. Der Innendurchmesser der Distanzscheiben 5 istIn the cylinder 1 of Figure 1 an injection molding machine or an extruder, the mixing adapter 2 is screwed or flanged to the same. In the cylindrical interior of the mixing adapter 2, whose flow-through diameter is less than that of the cylinder 1, there are the mixing elements 3, which are arranged twisted against one another and of which at most two have the same hydraulic diameter. Two embodiments of the mixing elements 3 with different hydraulic diameter are shown in Figures 2 and 3. The mixing elements 3 have at least sixteen axisymmetrically arranged cylindrical guide channels 4 of different diameters. The hydraulic diameter of the guide channels 4 is between 3 and 5 mm. The mixing elements 3 are combined to form a package of at least four mixing elements 3, which are separated by a respective spacer 5. This reduces the pressure drop occurring across the static mixer. He becomes negligibly small. The width of the spacers 5 is less than or equal to the width of the mixing elements 3, preferably 0.66 times the same. The inner diameter of the spacers 5 is
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gleich dem Durchmesser des Umhüllungskreises des äußeren Lochkreises der Mischelemente 3. Die Mischelemente 3 sind gegeneinander um einen Winkel von höchstens 45 versetzt angeordnet, so daß jede Strömungslinie des durchströmenden Hauptschmelzenstromes mindestens einmal gebrochen wird«, Ein zusätzlicher Mischeffekt wird dadurch erzielt, daß nur höchstens zwei Mischelemente 3 den gleichen hydraulischen Durchmesser aufweisen« Die Mischelemente 3 und die Distanzscheiben 5 werden durch ein Spannelement 6 und ein Sicherungselement 7 zu einem Paket vereinigt. Sie sind gegen Verdrehung gesichert. Zur Vermeidung von Toträumen und zur Erzielung eines strömungstechnisch günstigen Zusammenflusses des aufgespaltenen Hauptstromes nach Durchströmen der Mischelemente 3 ist das Sicherungselement 7 des Spannelements 6 kegelförmig ausgeführt.The mixing elements 3 are offset from each other by an angle of at most 45, so that each flow line of the flowing main melt stream is broken at least once, "An additional mixing effect is achieved in that only a maximum of two Mixing elements 3 have the same hydraulic diameter «The mixing elements 3 and the spacers 5 are united by a clamping element 6 and a fuse element 7 into a package. They are secured against twisting. In order to avoid dead spaces and to achieve a flow-favorable confluence of the split main stream after flowing through the mixing elements 3, the securing element 7 of the clamping element 6 is designed conical.
Die Arretierung des, Mischelementpaketes im Zylinder 1 erfolgt unmittelbar durch die Düse bzw. die Düsenaufnahme 8, die das Paket gegen einen Anschlag 9 im Zylinder 1 preßt» Dazu besitzt das düsenseitig letzte Mischelement 3 eine entsprechende Phase, die eine exakte Abdichtung zwischen Mischelementpaket und Düse bzw. Düsenaufnahme 8 gewährleistet. Durch die Arretierung des Mischelementpaketes durch die Düse bzw. Düsenaufnahme 8 wird eine leichte Montage bzw. Demontage desselben möglich, ohne das der Abbau \ des gesamten Adapter 2 notwendig wird.The locking of the, mixing element package in the cylinder 1 takes place directly through the nozzle or the nozzle holder 8, which presses the package against a stop 9 in the cylinder 1. For this purpose, the nozzle side last mixing element 3 has a corresponding phase, the exact seal between mixing element package and nozzle or nozzle holder 8 guaranteed. By locking the mixing element package through the nozzle or nozzle holder 8 a simple assembly and disassembly of the same is possible without the degradation of the entire adapter 2 is necessary.
Die Funktion der statischen Mischvorrichtung besteht darin, daß der Schmelzenstrom den Zylinder 1 verlaßt und in den Mischadapter 2 eintritt. Durch die Mischelemente 3 wird der aus wenigen Schichten bestehende Hauptstrom beim Durchfließen der Leitkanäle 4 in viele Strömungsschichten aufgespalten. Die Mischelemente 3 sind so verdreht gegeneinander angeordnet, daß keine Strömungsschicht das Mischelementpaket ohne Umlenkung durchlaufen kann. Beim Aufprall der Strömungsschichten auf die zwischen den Leitkanälen 4 verbleibenden Stege der Mischelemente 3 erfolgt eine zusätzlicheThe function of the static mixing device is that the melt stream leaves the cylinder 1 and enters the mixing adapter 2. As a result of the mixing elements 3, the main stream consisting of a few layers is split into many flow layers as it flows through the guide channels 4. The mixing elements 3 are arranged so rotated against each other that no flow layer can pass through the mixing element package without deflection. Upon impact of the flow layers on the remaining between the guide channels 4 webs of the mixing elements 3, an additional
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Verwirbelung der Schmelze. Nach Verlassen des Mischelementpaketes wird der Schrnelzenst rom zu einem neuen vielschichtigen und verwirbelten Hauptstrom zusammengeführt und tritt dann in das Werkzeug ein. Das keglige Sicherungselement vermeidet aufgrund seiner strcmungsgünstigen Form tote Ecken, in denen sich die Formmasse beim Zusammenfluß festsetzen kann. Die Distanzscheiben 5 gewährleisten einen vernachlässigbar kleinen Druckabfall über dem Mischelementpaket und verhindern damit eine thermische Schädigung der Formmasse.Turbulence of the melt. After leaving the Mischelementpaketes the Schrnelzenst rom is merged into a new multi-layered and swirling main stream and then enters the tool. The keglige fuse element avoids dead corners due to its stirnungsgünstigen shape in which the molding compound can accumulate during the confluence. The spacers 5 ensure a negligible pressure drop across the mixing element package and thus prevent thermal damage to the molding compound.
Die einfache geometrische Form der Mischelemente 3 und die vorgesehenen Leitkanäle 4 gestattet eine unkomplizierte und billige Herstellung. Damit besteht die Möglichkeit für unterschiedliche Farben und/oder Formmassen verschiedene Mischelementpakete vorzusehen. Bei Färb- und Materialwechsel entfällt damit ein Reinigen des Mischelementpaketes. Es ist nur gegen ein anderes auszutauschen.The simple geometric shape of the mixing elements 3 and the proposed guide channels 4 allows uncomplicated and inexpensive production. This makes it possible to provide different mixing element packages for different colors and / or molding compounds. When changing color and material thus eliminating the need to clean the mixing element package. It is only exchangeable for another.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4541982A (en) * | 1982-12-06 | 1985-09-17 | Windmoller & Holscher | Process and apparatus for forming and rearranging partial streams of molten materials processed in an extruder for making thermoplastic and/or elastomeric products |
| WO2014006155A1 (en) * | 2012-07-05 | 2014-01-09 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Homogenizer valve |
-
1980
- 1980-12-19 DD DD80226336A patent/DD155504A1/en unknown
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|---|---|---|---|---|
| US4541982A (en) * | 1982-12-06 | 1985-09-17 | Windmoller & Holscher | Process and apparatus for forming and rearranging partial streams of molten materials processed in an extruder for making thermoplastic and/or elastomeric products |
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