Die Erfindung betrifft ein Misch- und Scherwalzwerk für plastif zier¬ bares Material mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff das Patentan¬ spruchs 1.

Bei derartigen Walzwerken zum kontinuierlichen Mischen, Homogenisie¬ ren, Plastifizieren und Transportieren von Kunststoffen, Gummi, und anderen plastifizierbaren Materialien ist es erforderlich, daß die Materialien, unabhängig vom Zustand ihrer Viskosität zum Zeitpunkt der Aufgabe auf das Walzwerk, vom Walzwerk intensiv und zuverlässig bearbeitet werden. Dabei soll sichergestellt sein, daß die Scher- und/, oder Knetdrücke im Plastifizierungsspalt, insbesondere zwischen den beiden Walzen, hinreichend klein gehalten werden können, um eine große Walzenlänge in Abhängigkeit von einem bestimmten Walzendurchmesser zu erzielen.

Aus der DE-OS 16 79 880 ist ein Misch- und Scherwalzwerk bekannt ge¬ worden, bei dem zumindest über einen wesentlichen Teil der am Aufgabe¬ ende beginnenden Arbeitslänge die Stege der einen Walze in die Nuten der anderen Walze eingreifen und die Walzen außerdem eine Art Schrau- bengewinde mit dreieckförmigem Querschnitt der Stege aufweisen, sodaß diese zwischen den dann auch dreieckformigen Nuten praktisch nur aus scharfen Kanten bestehen.

Dieses Walzwerk ist mit dem Nachteil behaftet, daß durch die Anordnung

und Form der Profilierung der Walzen die für die Plastifizierung er forderlichen, eine Knetung hervorrufenden Scherkrä ^' fte bezüglich Ein Wirkungsdauer und -richtung sehr gleichförmig sein müssen, weil die Walzenoberflächen wegen dem Ineinandergreifen der Stege der eine Walze in die Nuten der anderen Walze nur in einem festen Drehzahlve hältnis zueinander laufen können. Deshalb kann eine intensive Durch arbeitung sowie gute Durchmischung und Homogenisierung ^' des plasti¬ schen Materials nicht erreicht werden.

Bei einem anderen, aus der DE-AS 21 10 179, bekanntgewordenen Walz¬ werk ist der Achsabstand der beiden Walzen größer als die Summe ihr Radien, sodaß zwischen den Walzen ein Plastifizierungsspalt gebilde ist. Beide Walzen sind auf ihrem Umfang mit schraubengangförmig ver laufenden Nuten profiliert, die durch Zwischenstege eingegrenzt sin Die Nuten und die Zwischenstege weisen dort einen rechteckigen Quer schnitt auf.

Obwohl dieses Walzwerk im Plastifizierungsspalt eine relativ gute Knetung und Durchmischung bestimmter zu bearbeitender Materialien e möglicht, ist der Einsatz dieser Vorrichtung auf relativ hochviskos Massen begrenzt. Niederviskoses Material oder harte Materialpartike werden nicht oder nur teilweise in den Plastifizierungsspalt eingez gen, sodaß für solche Massen keine ausreichende Bearbeitung gewährl stet ist.

Aus der EP-A-0 148 966 ist ein Misch-und Scherwalzwerk bekannt, bei

dem die beiden Walzen von Innen und von Außen temperiert sind. Di auf dem Umfang der Walzen angeordneten _, , scharfkantigen Nuten könne eine Nutsteigung zwischen 5 und 45 aufweisen.

Auch dieses Walzwerk kann nur für Materialien mit einer bestimmte spröden Härte optimal eingesetzt werden, weil diese genügend Spal druck erzeugen und dadurch der Materialtransport durch die Nuten begrenzt ist. Für weichplastisches Material ist dieses Walzwerk u eignet.

Außerdem ist durch die DE-PS 23 56 201 eine Vorrichtung zum Plasti zieren von Gummi, Kunststoff und ähnlichen plastischen Massen bek Bei diesem Walzwerk, bei demdie Nutenbreite auf denbeiden Walzen das bis 2,5 fache ihrer Tiefe und die Breite der Zwischenstege das 1, bis 2,5 fache der Nutenweite beträgt, und dessen Walzen mit unter schiedlicher Geschwindigkeit laufen können, kann die Steigung der ten und der Zwischenstege zwischen 15 bis 75 , vorzugsweise 45 b tragen. Weiterhin können dort die beiden Walzen Vielfachprofile un gleicher Steigung je Walze besitzen und/oder ungleiche Nutentiefen oder -breiten haben.

Auch dieses Walzwerk stellt noch keine optimale Lösung zur Verarbe tung zueinander in der Viskosität stark unterschiedlicher Material dar zumal der Materiältransport im Plastifizierungsspalt für die ve schiedenen Materialtypen noch nicht sichergestellt ist und die Spa drücke bei einer vorzugsweisen Steigung von 45 noch zu groß sind.

Das Verhältnis des Durchmessers der beiden Walzen zur Länge der Wal kann bei einem derartigen Walzwerk aufgrund der dortigen Nutensteig höchstens 1 zu 5 betragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzwerk der eingang nannten Art so zu verbessern, daß im Walzprozeß eine intensive abe schonende Scherung von Ausgangsmaterialien unterschiedlichster Art und/oder in den verschiedensten niedrigviskosen bis hin zu hartspr Zustandsfor en ermöglicht und trotzdem ein sicherer Einzug in den tifizierungsspalt gewährleistet ist. Außerdem soll das Material im

Walzprozeß zwischen den Walzenoberflächen kurzzeitig intensiv gesc in den Nuten entspannt und großvolumig umgeschichtet werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des P tentanspruchs 1 gelöst und in den Unteransprüchen sind weitere Mer beansprucht.

Die, auf den Walzen vorgesehenen Nuten mit einer Nutensteigung von größer als 75 bewirken einen sicheren Transport des zu bearbeiten Materials von der Materialaufgabiseite entlang dem Plastifizierung spalt hin zur Materialabnahmeseite. Außerdem stellt diese Anordnun der Nuten auf den Walzen sicher, daß nicht nur eine zuverlässige S rung von harten Materialte lchen gewährleistet ist, sondern daß du diese Anordnung auch die Spaltdrücke und damit die Lagerbelastung Walzen erheblich reduziert werden. Diese reduzierte Lagerbelastung steht insbesondere dadurch, daß die harten Materialteilchen nicht

bei den bekannten Walzwerken im relativ engen Plastifizierungsspal gewaltsam zusammengequetscht werden, sondern diese Materialteilche gegenüber1ieqender können zunächst in die Freiräume zweier benachbarter.VNuten ausweic und werden dort aufgrund der Nutensteigung und der mit unterschied chen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben beiden Walzen von den sc fen Kanten der Nuten in Transportrichtung des Materials in einem s artigen Schnitt in axialer Richtung zerteilt.

Ein weiterer Fortschritt dieser relativ großen Nutensteigung und d damit reduzierten Spaltdrücke liegt nun in der Möglichkeit, die Lä der Walzen bis zum zwanzigfachen des Durchmessers der Walzen zu st gern. Damit kann im relativ langen Plastifizierungsspalt eine noch tensivere Durchmischung bei größtmöglicher Materialschoπuπg durch geringen Spaltdrücke erzielt werden.

Eine zusätzliche Steigerung in der Bearbeitung plastifizierbaren Ma terials wird durch eine vorteilhafte Weiterbildung gemäß den Merkma im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 und der sich daran an schließenden Unteransprüche dadurch erzielt, daß auf den Walzen Nut mit zueinander unterschiedlicher Nutensteigung bezogen auf die Walz achsen, einander überschneidend angeordnet sind. Zweckmäßigerweise dabei die Zwischenstege zwischen den Nuten mindestens zweimal so br wie die Nuten selbst breit sind. In dieser Anordnung sind dabei Nut mit einer Nutensteigung von größer als 75°, mit Nuten mit einer Nut Steigung zwischen 5 und 45 einander überschneidend auf mindestens einer Walze vorgesehen. Die damit erzielbaren Vorteile liegen dabei

sowohl in dem sicheren Materialeinzug von relativ grobstückigen und oder harten Materialien insbesondere durch die Nuten mit der klein ren Nuteπsteigung, als auch in dem zuverlässigen Transport des Mat rials durch die Nuten mit der großen Nutensteigung.

Außerdem wird dort neben einer sicheren Scherung von harten Materi partikeln, eine optimale Durchmischung, Homogenisierung und Plasti zieruπg von auf das Walzwerk aufgegebenen Materialien unterschiedli ster Viskosität erzielt.

Vorteilhaft ist ferner, daß auch bei dieser weitergebildeten Anord nung der Nuten relativ niedere Spaltdrücke erzielbar sind, sodaß a hier Walzwerke mit einem Verhältnis der Walzendurchmesser zur Läng der Walzen von 1 zu 20 gebaut werden können.

Ausführungsbeispiele mit diesen und weiteren vorteilhaften Merkmal sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Walzenpaar mit beidseitig axial zu einander versetzten Walzenlagern und mit zueinander gegen¬ läufigen Nuten großer Nutensteigung auf beiden Walzen,

Fig. 2 die Ansicht eines Walzenpaarausschnitts im Bereich des Pla tifizieruπgsspaltes der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Walzenpaar mit zueinander gegenläu fig angeordneten Nuten, die auf jeder der Walzen mit zwei einander unterschiedlichen Nutensteigungen, einander über¬ schneidend, vorgesehen sind,

Fig. 4 die Ansicht eines Walzenpaarausschnitts im Bereich des Pla tifizierungsspaltes der Anordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht auf eine Walzenanordnung in einem Gehäuse,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht durch eine Anordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Längsschnittansicht durch ein einseitig gelagertes, i einem Gehäuse angeordneten Walzenpaar,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht durch die Anordnung nach Fig. 7,

Fig. 9 eine Querschnittsansicht durch ein, von einem Gehäuse eng ummanteltes Walzenpaar und

Fig. 10 eine Längsschnittansicht im Bereich des Plastifizierungs- spaltes der Anordnung nach Fig. 9.

Das, in der Fig. 1, nur im wesentlichen dargestellte Walzwerk be¬ steht im wesentlichen aus den achsparallel zueinander angeordneten

Walzen 1 und 2. Der Abstand der beiden Walzenachsen 5 ist dort grö ser als die Summe der Radien der Walzen 1 und 2, die zwischen sich über ihre gesamte Länge einen Plastifizierungsspalt 16 bilden. Bei Walzen 1 und 2 sind auf den Mantelflächen 7 mit Nuten 3 profiliert Die Nutensteigung der Nuten 3 ist dort größer als 75 , insbesonde größer als 80°, bezogen auf die Walzenachsen 5. Die, zwischen den Nuten 3 verbleibenden, Zwischenstege 4 sind mindestens zweimal so breit, wie die Nuten 3 breit sind. Die Nuten 3 sind im Ubergangsbe reich zur Mantelfläche 7 scharfkantig ausgebildet.

Die Walzen 1 und 2 sind einzeln und insbesondere zueinander gegenl fig angetrieben. Die Drehzahl jeder Walze 1 und 2 ist frei einstel bar. Beide Walzen 1 und 2 können von innen und/oder von außen, ins sondere mit mindestens zwei Temperaturzonen über die Walzenlänge, periert sein.

Die relativ große Nutensteigung auf den Walzen 1 und 2 von größer 75 gewährle stet einen sicheren Transport des Materials 18 in Tra portrichtung 19. Außerdem wird durch diese relativ große Nutenstei eine intensive Scherung des Materials 18 im Plastifizierungsspalt erzielt. In der schaubildlichen Ansicht der Fig. 2 ist ein Teilber des Bearbeitungsablaufs dargestellt. Das Material 18 befindet sich bei nur auf der sogenannten vorderen Walze 1. Die sogenannte hinte Walze 2 bleibt materialfrei.

Wird die Walze 2 schneller gedreht als die Walze 1, dann wirken d

zur Transportrichtung 19 des Materials 18 hinteren Kanten 20 der Nuten 3 der Walze 2 als Schubkanten und die vorderen Kanten 21 de Walze 1 als Rückhaltekanten auf das im Plastifizierungsspalt 16 g scherte, zerteilte und umgewälzte Material 18. Der Druck im Plast fizierungsspalt 16 bleibt bei der vorgesehenen Nutensteigung rela gering, weil die härteren Anteile des Materials 18 jeweils vom Pl tifizierungsspalt 16 in den Freiraum zweier gegenüberliegend bena barter Nuten 3 ausweichen und dort in Transportrichtung 19 zerteil werden, das bereits plastifizierte Material 18 von den Nuten 3 je in derselben Richtung 19 weitergeschleppt wird.

Eine Differenz in der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 1 und 2 b wirkt im Bearbeitungsprozeß auch eine relative Änderung in den Nutensteigungen der Nuten 3 auf den Walzen 1 und 2. Diese Relativ wegungen erzeugen im wesentlichen die in Transportrichtung 19 w r kenden zusätzlichen Scherkräfte.

Zur Verbesserung der Materialaufnahmemenge, die bei einer Ausführu gemäß der Fig. 1 und 2 durch die dort relativ steilgängigen Nuten begrenzt ist, zumal dort nur relativ kleine Anteile von feiπstücki härteren Materialien 18 aufgenommen und bearbeitet werden können, werden gemäß der Fig. 3 und den folgenden Figuren, insbesondere ei Anordnung der Nuten 3 beschrieben, die die zuvor erwähnte Beschrän der Materialaufnahmemenge in vorteilhafter Weise behebt.

Im einzelnen wird dies dadurch erzielt, daß auf den Walzen 1 und

Nuten 3 mit mindestens zwei zueinander unterschiedlichen Nutenstei¬ gungen bezogen auf die Walzenachsen 5 einander überschneidend ange¬ ordnet sind. Dabei müssen die Zwischenstege 4 zwischen den Nuten 3 mindestens zweimal so breit bemessen sein, wie die Nuten 3 mit glei eher Nutensteigung breit sind. Die Ziffer 16 bezeichnet den Plasti¬ fizierungsspalt mit dem dort befindlichen Material 18 und die Ziffe 19 zeigt die Transportrichtung in der das Material 18 bewegt wird. Die Nutensteigung der einen, zu den Walzenachseπ 5 relativ flach ve laufenden. Nuten 3 kann zwischen einem Winkel von 5 und 45 , insbe sondere zwischen einem Winkel von 5 und 30 , liegen, denn es hat sich gezeigt, daß bei Nutensteigungen von 30 bis 45 relativ harte Materialien 18 nicht mehr aufgenommen und zerschnitten und relativ weichplastische Materialien 18 nur noch schwer in den Plastifizie¬ rungsspalt 16 eingezogen werden.

Die Nutensteigungen der anderen, zu den Walzenachsen 5 relativ stei verlaufenden, Nuten 3 können zwischen einem Winkel von 75 bis 89 , insbesondere größer als 80 , bezogen auf die Walzenachsen 5 liegen. Diese Nuten 3 bewirken nicht nur einen sicheren Materialtransport v der Materialaufgabeseite 8 hin zur Materialabπahmeseite 9, sondern auch eine, bereits in den Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 erwähnte zuverlässige zusätzliche Scherung von relativ kleinen und harten, a auch weichplastischen Materialteilchen.

Wird dabei die materialfreie Walze 2 schneller gedreht, als die ma¬ terialbedeckte Walze 1, dann wird das Material 18 schneller in Tran

portrichtung 19 im Plastifizierungsspalt 16 und auf der Walze 1 v schoben. Dreht die Walze 2 langsamer als die Walze 1, dann wird d Material 18 insbesondere in den Nuten 3 der Walze 1 relativ langs mer transportiert, beziehungsweise gebremst. Durch die Wechselwir kungen zwischen den Nuten 3 mit flacher Nutensteigung und den Nut mit steiler Nutensteigung wird eine relativ großvolumige Material lagerung und vielfache Materialzerteilung gewährleistet. In jedem Falle wird auch relativ weichplastisches Material 18 sicher zur M terialabnahmeseite 9 hin transportiert, weil zum MaterialVorschub kein großer Druckaufbau in den relativ steilgängigen Nuten 3 erfo lich ist.

Die Anordnung von Nuten 3 mit mindestens zwei zueinander untersch lichen und einander überschneidenden Nutensteigungen bewirkt eine serordentliche Steigerung der Arbeitsintensität der Mantelflächen der Walzen 1 und 2 und eine relativ große Einsatzbreite dieses Wal werkes für Materialien 18 in relativ hartem Ausgangszustand bis hi zu relativ weichplastischen Materialien 18. So können dort auch M terialien 18 bearbeitet werden, die durch Austrocknung, Polymerisati oder Ten eraturänderung während- der Bearbeitung werden.

Wie die Fig. 4 anschaulich zeigt, können Materialpartikel aus den relativ flach verlaufenden Nuten 3 in die relativ steil verlaufen Nuten 3 wechseln, sodaß dort eine vielfache Unterbrechung und U l kung des Materialflusses sichergestellt wird. Durch die auch hier erzielbaren relativ niederen Spaltdrücke kann das Verhältnis der

zendurchmesser zur Walzenlänge bis 1 zu 20 betragen. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der relativ gute Zusammenhalt des Ma- terials 18 auf der Walze 1, der insbesondere durch die netzförmige Profilierung der Walzenoberfläche mit den dort sich überschneidenden Nutensteigungen erzielt wird. Dabei kann die Nuttiefe der relativ steil verlaufenden Nuten 3 nur etwa 50 % bis 75% so tief sein, wie die Nuttiefe der relativ flach verlaufenden Nuten 3 auf der Walze 1. Durch diese besondere Ausgestaltung der Walze 1 verbleibt in den re lativ flach verlaufenden Nuten 3 unter der Materialschicht ein ent- lüftend wirkender Hohlraum in Transportrichtung 19 erhalten.

Die Gestaltung der Nuten 3 auf der Walze 2 kann im Vergleich zu der Ausführung der Nuten 3 auf der Walze 1 unterschiedlich sein. So kön nen dort die relativ flach verlaufenden Nuten 3 nur etwa 50% bis 75 so tief sein, wie die relativ steilgängig verlaufenden Nuten 3 tief sind.

Die Breite der Zwischenstege 4 sowohl zwischen den flach verlaufend Nuten 3 als auch den steil verlaufenden Nuten 3 beträgt je nach Dur messer der Walzen 1 und 2, für jede Walze zwischen 10 und 75 mm. Di Werte beziehen sich auf Walzendurchmesser von ca. 100 bis 500 mm. D Mantelfläche 7 der Zwischenstege 4 als auch der, durch die überschn düngen der zueinander verschiedenen Nutensteigungen, gebildeten rau tenförmigen Zwischensegmente 6, können mit einer Flächenstruktur ve sehen sein.

Außerdem ist es vorgesehen, daß sowohl die flach verlaufenden Nute 3, als auch die steil verlaufenden Nuten 3 zur Materialabnahmeseit 9 hin relativ flach, bis auf etwa die halbe sonst vorgesehene Tief auslaufen können. Auf der Seite der Materialabnahme 9 kann ein nut 5 freier Mantelabschnitt 10 bei allen hier beschriebenen Walzwerkaus führungen vorgesehen sein. In diesem Rahmen ist es auch vorgesehen daß die Lager 11 der Walzen 1 und 2 axial zueinander versetzt ange ordnet sein können.

10 Auch ist daran gedacht, daß bei derartigen Walzwerkausführungen di Abmessungen und Anordnungen der einzelnen Nuten 3 den jeweiligen Eigenschaften des Materials 18 und seiner spezifischen Bearbeitung angepaßt werden können. Dabei kann besonders der Querschnitt der N ten 3 abgestuft sein. Außerdem kann die Umfangsgeschw ndigkeit der

15 Walzen 1 und 2 nicht nur wie bereits aus dem Stande der Technik be kannt zueinander unterschiedl ch und regulierbar sein, sondern die Drehzahl der Walzen 1 nd 2 kann intermittierend während des Bearbe tungsprozesses veränderlich sein.

2.0 Die beschriebenen Ausführungen der Walzen 1 und 2 können, wie die

Figuren 5 bis 10 zeigen, in einem, insbesondere dicht verschließba mit Beobachtungsfenster 13 und/oder mit Materialaufgabevorrichtung 8 und Materialabnahmevorrichtungen 9 versehenen, Gehäuse 12 angeord sein. Das Gehäuse 12 kann einen kreiszylindrischen Querschnitt besi 5 zen und drehbar, reversierbar, mit einem eigenen, insbesondere rege baren, Antrieb versehen sein. Die Rotationsachse 14 des Gehäuses 12

kann dabei parallelverlaufend und symmetrisch zu den Walzenachsen angeordnet sein. Die Innenmantelfläche 15 des Gehäuses 12 kann bis auf einen Plastifizierungsspalt 16a zu jeder Walze 1 und 2 benach¬ bart sein. Die Länge und die Stärke des Plastifizierungsspaltes 16a entspricht im wesentlichen den Abmessungen des Plastifizierungsspal tes 16 der zwischen den Walzen 1 und 2 vorgesehen ist, wie die Fig. und 8 näher zeigen. Aus diesen Figuren ist auch ersichtlich, daß dort die Walzen 1 und 2 außerhalb des Gehäuses einseitig gelagert sind. 8 bezeichnet die Materialaufgabevorrichtung und 9 bezeichnet die konzentrisch angeordnete Materialabnahmevorrichtung, welche in der vorliegenden Anordnung als Düse ausgebildet sein kann.

Insbesondere eine Walzwerkausführung nach den Fig. 7 und 8 ermögli eine vorteilhafte Bearbeitung besonders niedrigviskosem Material 1 zumal neben dem relativ engen Plastifizierungsspalt 16 zwischen de Walzen 1 und 2 zwei weitere Spalte 16a zwischen den Walzen 1 und 2 einerseits und der, den Walzen 1 und 2 eng benachbarten Innenmantel fläche 15, andererseits wirksam angeordnet sind.

Außerdem ermöglicht diese Ausführung einen kontinuierlichen Mischb trieb mit innentemperierten Walzen 1, 2 und/oder unter Vakuum- ode in Lösungsmittelatmosphäre im Innern des Gehäuses 12, auch wenn ei Befüllung und/oder Entleerung über nicht näher gezeigte Schleusen chargenweise erfolgt. Die Lager 11 der Walzen 1 und 2 können unmit telbar am Deckel 22 des Gehäus_es 12, erforderlichenfalls axial ver setzt, angeordnet sein.

Das Walzwerk nach Fig. 9 und 10 besteht im wesentlichen aus den W zen 1 und 2, die bis auf den Plastifizierungsspalt 16 zueinander nachbart im Gehäuse 12 angeordnet sind. Die Walzen 1 und 2 können auch in dieser Ausführung insbesondere einseitig außerhalb des Ge häuses 12 gelagert sein. Das Gehäuse 12 ummantelt die beiden Walz 1 und 2 bis auf einen Bereich beidseitig des Plastifizierungsspal 16 relativ eng, wobei der Abstand der Innenmantelflächen 15 zu de Mantelflächen 7 der Walzen 1, 2 der Größe des Plastifizieruegsspa entsprechen kann. 8 bezeichnet eine Materialaufgabevorrichtung un eine insbesondere düsenförmige Materialabnahmevorrichtung am Gehä 12. Diese Walzwerkausführung ist relativ robust und benötigt für schwierige Homogenisierungsaufgaben keine .besonderen Knetelemente Das Material 18 wird dort in relativ dünner Schicht im Plastifizi rungsspalt 16 bearbeitet. Dieses Walzwerk ist selbstreinigend. Di Walzen 1, 2 sind mit den zuvor beschriebenen Nuten 3 profiliert. bei ist es vorgesehen, daß die Nuten 3 im Bereich der Materialauf bevorrichtung 8 relativ tief geschnitten sind und in Richtung Ma terialabnahmevorrichtung 9 flach auslaufend oder weniger tief ge¬ schnitten sind, um die Bearbeitungsintensität und den Druckaufbau die düsenförmige Materialabnahmevorrichtung 9 zu steigern.