混合和输送聚合物熔液的装置 本发明涉及一种用来混合和输送聚合物熔液的、按权利要求1前序部分的装置以及用来混合和输送聚合物熔液的按权利要求2前序部分的装置。
在加工热塑性塑料时材料事先例如通过挤出机熔化，并作为聚合物熔液输送给后续加工工序。为此用一个输送装置输送聚合物熔液。对于聚合物熔液的后续加工除熔液逗留时间外熔液的均匀性是一个重要的评判标准。为了得到足够的熔液均匀性，因此将熔液借助于混合器混合。特别是在混入添加剂或填充材料对质量有高的要求时熔液流通量和充分混合的程度必须相互协调。
例如由EP0636190已知一种装置，其中混合器和输送装置组合成一台设备。这里混合器的混合轴与输送装置一起驱动。这时混合轴的转速由输送装置的输送功率决定，因此混合结果间接地取决于输送装置。在已知装置中聚合物熔液的主流在混合腔内借助于旋转的混合轴混合，接着借助于输送装置分成支流，并输送到一个纺丝喷嘴。这时特别重要的是，支流均匀地和匀，以便在接着的后续加工时，在这里的情况下是纺织，得到均匀的产品质量。
由US4,128,342已知一种装置，在此装置中混合器的混合轴在末端装一个挤出机螺杆，并通过挤出机螺杆驱动。这里混合轴的转速由输送装置-在这种情况下是挤出机螺杆的转速确定。
因此在这种已知装置中混合结果决定于混合轴的转速和混合腔地长度。为了在比较小的转速时得到剧烈的混合，在大的流通量时混合腔从而还有混合轴必须做得非常长。
本发明的目的是，这样地构成开头所述这一类装置，尽管混合器的转速较低在混合器结构尽可能紧凑的情况下仍然保持聚合物熔液剧烈的充分混合。
这个目的用带有权利要求1特征的装置和用带有权利要求2特征的装置来解决。
本发明的特征在于，在混合腔内形成一个内混合腔(内腔)和一个外混合腔(外腔)，它们各自以相反的流动方向流通熔液，并分别以一个混合轴混合。由此已经达到聚合物熔液在混合腔内几乎双倍的逗留时间。此外熔液流的流动反向导致不形成混合不太剧烈的边缘区。在内腔的外边缘区内的聚合物熔液在液流反向后变成外腔的内边缘区。因此边缘区进行剧烈的充分混合。因此聚合物熔液均匀地和匀。此外聚合物熔液通过混合器内腔的熔液入口。在内腔内通过内混合轴(内轴)的旋转进行聚合物熔液的充分混合。在内腔的与熔液入口相对的一端处外混合轴(外轴)的末端上形成一个通道，它是内腔和外腔之间的边界。聚合物熔液从内腔经过通道流入外腔。在外腔内由于外轴的旋转聚合物熔液进一步充分混合。聚合物熔液通过熔液出口流出外腔，熔液出口最好在混合腔的与通道相对的末端处通入混合腔。
但是熔液入口和熔液出口也可以交换，使进入混合腔的熔液首先在外腔内，接着在内腔内混合。
由此特别是得到相对于已知技术水平的优点，使得本身在大的流通量和较低的转速时达到熔液剧烈的充分混合。通过聚合物熔液在混合腔内的流动反向尤其是避免了径向温度差。
在按本发明的混合器中存在这样的可能性，内轴固定地安装在混合腔内。其中通过最好是具有混合元件的外轴的旋转达到足够的充分混合。
不管混合元件的结构如何，例如它可以做成柱销、蜗杆齿或叶片，内轴和外轴既可以同方向驱动，也可以反方向驱动。在采用带有输送效果的混合元件时以同方向旋转的混合轴为好。
根据按权利要求5的本发明的一种具体结构混合轴可以优良地通过一个驱动装置和输送装置一起驱动。
根据按权利要求6的本发明的一种优良的具体结构在空心圆柱形外轴内部形成的内腔特别适合于将聚合物熔液在混合腔整个横截面上均匀地和透。其特殊的优点是，内混合腔具有旋转的腔壁。因此可以充分利用各自设有向混合腔内伸出的混合元件的内轴和外轴的旋转，以充分混合熔液。
为了得到剧烈的充分混合，这里按权利要求7的具体结构特别有好处。
在按权利要求8的本发明的一种特别优选的实施形式中在内轴上这样地罩上一根管子，使得在内轴和管子之间形成内腔，外轴和管子之内形成一个中间空腔(中间腔)。管子的一端上有一个通道，以便使内腔和中间腔连接。这里通道最好设置在内腔的与熔液入口相对的一端上。本发明的这种具体结构使得混合腔内从熔液入口到熔液出口的熔液流多次改变其流动方向。混合腔顺序连接的分腔先后有聚合物熔液流过。这里相邻分腔内聚合物熔液的流动方向相反。例如熔液从管子的夹持端流入内腔并在内腔内通过内轴混合。熔液流过内腔并通过例如在管子自由端和壳体之间形成的缝隙形通道到达中间腔。在反方向流过中间腔时熔液通过外轴混合。接着中间腔的熔液通过在外轴末端上形成的通道从中间腔进入外腔，在那里进行进一步混合。在流过外腔后熔液通过熔液出口离开混合器。
为了在内腔外壁位置固定的情况下得到均匀的充分混合，按权利要求9的本发明的装置的具体结构是有益的。
根据按权利要求10的本发明的一种特别优选的结构混合腔可以有利地扩展。因此内腔混合路程可以有利地延长。
为了聚合物熔液在中间腔内充分混合，按权利要求11的本发明的装置可以有利地实现。
为了达到混合器特别紧凑的结构，优选采用按权利要求12的具体结构。这里中间腔主要通过管子表面上多个槽形凹陷和外轴内壳面上的多个凹陷构成。外轴和管子的凹陷相互这样地布置，使得从轴线方向看，一个表面的凹陷轴向局部覆盖另一个表面的两个依次设置的凹陷的端部区域，使流过混合器的熔液不断交替地从一个表面的凹陷转入另一个表面的凹陷。其中两个表面在圆周方向相向的相对运动导致，使一个凹陷内填充物的成分由于分别部分地转移到另一个表面的两个或多个凹陷内使其组成不断细化。从而达到非常好的混合结果。
在按权利要求13的本发明一个特别优选的具体结构中外腔同样主要通过混合腔壁上许多槽形凹陷和外轴外壳面上的许多凹陷构成。凹陷相互这样地布置，使处于高压下的熔液交替流过外轴上和混合腔内的凹陷体系，进行混合并一直反复地在作为凹陷边界的剪切棱的剪切和细分。其结果导致熔液的整体组成部分特别均匀的细分和混合。
为了将尽可能小的剪切能引入聚合物熔液内，建议，外轴在圆周上设置径向凸起的混合元件，它们基本上穿过外腔。从而可以混合特别难处理的热塑性塑料。
如果用挤出螺杆作为输送装置，本发明按权利要求15的具体结构特别优良。这里内轴或外轴可以直接做成挤出机螺杆的延长部分。
在本发明按权利要求16的一种特别优选的结构中，混合器和一个分配泵相组合。对于在纺丝设备中将熔液主流分成许多支流，这种结构特别适合。通过剧烈的充分混合也可以在将要分成支流之前优良地充分混合加入主流内的添加剂或输送给主流的支流。
为了能够尽可能均匀地驱动分配泵和混合轴，优选采用本发明权利要求17的具体结构。这里多路齿轮泵的齿轮副和混合轴通过一个驱动轴共同驱动。
按本发明的用来混合聚合物熔液的装置的特征是在比较低的混合轴转速时熔液的剧烈混合。此外通过混合器之内的液流反向避免死区和死角。
下面借助于附图对一些实施例作较详细的说明。
其中表示：
图1按本发明的装置的第一个实施例的剖视图；
图2按本发明的装置的另一个实施例的剖视图；
图3图2中实施例的示意顶视图；
图4和图5混合器的另一个实施例；
图6图4中实施例的内轴的示意横截面；
图7按本发明的装置的另一个实施例的剖视图。
图1中示意表示按本发明的装置的第一个实施例的剖视图。该装置由一个混合器和一个输送装置2组成。输出装置2由一个挤出机螺杆13组成，它在圆筒14内旋转。在图1中挤出螺杆13以其在圆筒14末端的悬伸段表示，挤出螺杆13在这一段上具有连续分布的螺杆螺线，以便将熔液输出圆筒并建立恒定的压力。混合腔3连接在圆筒末端上。这里圆筒14以其一端通入混合腔3，从而形成一个熔液入口6。在挤出螺杆13的自由端处在其轴向延长线上装上内轴4。内轴4借助于挤出螺杆13和它的驱动装置驱动。
内轴4在圆周上具有许多径向伸出的混合元件17。这里混合元件17均匀地分布在内轴4的圆周上。这里混合元件17例如可以由销柱、凸轮或叶片构成。
混合腔3内基本上与内轴4同心地设置一个空心圆柱形外轴5。外轴5一端22可旋转地支承在混合腔壁11或圆筒14的外壳上。为此设有轴承15。在轴端22上固定一个齿环20，它与驱动装置16啮合以驱动外轴5。外轴5这样地伸入混合腔3，使得在轴端12和混合腔壁11之间形成一个环形通道10。由此混合腔3被分为在内轴4和外轴5之间形成的内腔8和在外轴5和混合腔壁11之间延伸的外腔9。内腔8和外腔9通过通道10相互连接。外轴5在外面外壳面上具有许多径向伸出的混合元件19。在内部同样设有许多混合元件18。外轴5的混合元件18和内轴4的混合元件17相互错开伸入内腔8并相互重叠。外轴的混合元件18和19例如可以做成销柱、凸轮或叶片。
混合腔3与通道相对的一端在混合腔壁11上设有一个熔液出口7。
在图1中所示的装置中聚合物熔液由挤出螺杆13从圆筒14中通过熔液入口6输入混合器1的内腔8。内轴4与挤出螺杆13以相同的转速同方向旋转。外轴5通过驱动装置16驱动。这里外轴5以与内轴4相同的或相反的旋转方向驱动。在这两种情况下内腔8内的聚合物熔液通过内轴4的混合元件17和外轴5的混合元件18搅拌。通过输送压力聚合物熔液沿轴向流动直到内腔8的末端。在内腔8的末端聚合物熔液通过通道10到达相邻的外腔9。现在聚合物熔液沿轴向方向反向流过外腔9。这时聚合物熔液通过外轴5圆周上的混合元件19进一步混合。在外腔9的末端聚合物熔液通过熔液出口7输出。
在图1所示的装置中混合器前面连接一个输送装置。因此这种结构特别适合于聚合物熔液在通过挤出机熔化以后立即进行混合的场合。
图2和3中表示按本发明的装置的另一个实施例，其中输送装置2连接在混合器1的后面。这里图2示意表示装置的剖视图，图3示意表示装置的顶视图。因此下述说明适用于图2和3。
在这种情况下输送装置2做成分配泵。所示分配泵是一个具有太阳轮23的齿轮泵。太阳轮23通过一个共同的驱动轴24驱动。驱动端可以通过一个键槽25看出来。太阳轮23和三个行星轮26、27和28啮合。这些行星轮沿圆周方向各自错开120°。行星轮可自由旋转地支承在小轴29上。由此得到分别由太阳轮23和行星轮26、27和28之一组成的三对齿轮副。每对齿轮副构成一个分泵。
因此在图2中所示的输送装置涉及到一个六路泵。也就是说还有第二组齿轮，同样由太阳轮23以及行星轮26、27和28组成，通过共同的驱动轴24驱动。为了看得清楚起见应该注意，这两组齿轮的相应齿轮支承在同一个轴上。这两组齿轮通过壳体板30和31携带。这些壳体板30和31具有空缺部位，太阳轮和行星轮分别安装在这些空缺部位内。这两组齿轮通过隔板32相互分开。这组泵在其各自的另一侧通过盖板33和34封闭。
在泵的驱动侧对面在盖板上加工出输入通道35。输入通道35与混合器1的外腔9连接。为此混合器以其壳体36法兰连接在盖板33上。在壳体36内混合腔3与驱动轴24同心安装。驱动轴24上背向驱动侧的末端上装有一个内轴4和一个外轴5。因此驱动轴以内轴4和外轴5伸入混合腔3。在与混合器轴4和5相对的一侧上混合腔壁11上同心地装入一根管子37。管子37以其自由端伸入混合腔3，其中管子37包围内抽4。通过管子37形成一个内腔8。在混合腔3内管子37的自由端上做一个通道40，内腔8通过此通道与管子37和外轴5之间的中间腔39相连。中间腔39又通过一个在外轴5自由端上形成的通道10与外腔9相连。外腔9在它一侧壳体36的法兰末端上与分配泵的输入通道35相连。
在按本发明装置的图2中表示的结构中熔液流通过一个中央输入通道38引入混合器1的内腔8。在内轴4的圆周上径向悬伸地设置许多混合元件17，使得在内轴旋转时聚合物熔液在内腔8内充分混合。这里内轴4和外轴5通过共同的驱动轴24驱动。在熔液轴向流过内腔8后，熔液在管子37自由端处通过通道40进入相邻的中间腔39。熔液沿轴线方向与内腔8内的流动方向相反地流过中间腔39。中间腔39由许多固定在外轴5内壳上的混合元件18穿透。在外轴5的自由端处熔液通过通道10引入相邻的外腔9。外腔9借助于装在外轴5圆周上的混合元件19混合，直到聚合物熔液在外腔9末端到达分配泵的输入通道35。在分配泵内熔液流通过分泵分成一共六股支流，并分别输送给一个纺丝喷嘴。
在图2中所示的结构中内轴做成这样，使其自由端伸入中央输入通道38以延长混合腔。
在这个实施例中主流在其即将分成支流之前进行剧烈的充分混合。这里主流的整体横截面区域相互混合。由此达到，整个支流不仅本身而且相互之间也是均匀的，并具有均匀的温度和粘度。这种类型的装置主要用在纺丝设备中，其中热塑性塑料通过挤出机熔化并在压力作用下输送给分配泵。
图4和5中表示混合器的另一个实施例，它例如可以用于按图1的装置或按图2的装置中。为了看得更清楚起见这里具有相同功能的构件用相同的参考符号表示。下面一起说明图4和5，只要没有特别的说明。
混合腔3设置在壳体36内。壳体36与一个轴承部分21连接，混合腔3通过这个轴承部件对外界封闭。驱动轴41支承在该轴承部件21内。在驱动轴41自由端上中央固定一个内轴4，内轴4同心地固定一个外轴8。内轴4和外轴8伸入混合腔3内。在轴承部件对面的混合腔3端面上混合腔壁11上固定一个管子37。管子37伸入内轴4和外轴8之间的环形空间内。在混合腔3内管子37的自由端上形成一个通道40。在管子37和内轴4之间形成的内腔8通过通道40与外轴9和管子37之间形成的中间腔39连接。在外轴5的自由端上设有一个通道10，它连接中间腔39和外腔9。混合腔3具有一个熔液入口6和一个熔液出口7。熔液入口6通入内腔8。熔液出口7与外腔9相连。
在内轴4的圆周上设有许多相互平行分布的混合齿圈45，它们径向伸出并基本上穿过内腔直至管子37的内径处。图6中表示内腔8的横截面。内轴4以混合齿圈45(Mischkranz)无间隙可旋转地安装在管子37内。混合齿圈45由设置在内轴圆周上同一个平面内的许多混合元件46组成。混合元件46沿径向穿过内腔8，使得在内轴旋转时基本上充分混合由管子37和内轴4之间的环形空间形成的内腔8。齿圈45这样地安装在内轴4的圆周上，使相邻混合齿圈的混合元件46沿轴线方向相互错开设置。
在图4中的混合器实施例中外轴5内壳面上这样地固定许多柱销42，使它们沿径向基本上穿透中间腔39。柱销42同样沿轴向相互错开设置。
在按图4和5的实施例中外腔9由混合腔壁11上的许多凹槽43和外轴5外壳面上的许多凹槽44构成。这里凹槽43和44尤其是做成轴线平行的槽。它们在沿轴向接连排列的具有有限伸展长度的区域内分别有规则地分布在圆周上，并在轴线方向这样地设置，使外轴5表面上的凹槽44和混合腔壁11上的凹槽43在其末端区域内各自部分重叠。外轴5外径和混合腔3内径之间形成一个窄的缝隙。因此聚合物熔液在外腔9之内被迫交替地从一个凹槽流到相对的另一个凹槽并反之亦然。
在图5中所示的混合器实施例中中间腔39以同样的方式由外轴5内壳面上的许多凹陷47和管子37外壳面上的与之共同作用的凹陷48构成。这里熔液流在中间腔39内交替地从一个凹陷流入相对的凹陷并反之亦然。
在图4和5中所示的实施例中聚合物熔液在压力作用下通过熔液入口6进入内腔8。在聚合物熔液通过熔液出口离开混合腔以前，它一个接一个地在内腔8、中间腔39和外腔9内充分混合。这里混合轴4和5通过驱动轴41同方向驱动。在图4和5中所示的实施例中原则上也可以将熔液入口和熔液出口交换，使熔液流在混合器入口处通入外腔9。
图7中表示按本发明的装置的另一个实施例。这里混合腔3做在一个圆筒49的末端处。在圆筒49内可旋转地支承一个挤出螺杆50。挤出螺杆末端处内轴4和外轴5与挤出螺杆50相连接。外轴5和内轴4悬臂地伸入混合腔3。在轴的自由端对面一个端盖51密封地装在圆筒49内。在端盖51朝向混合腔3的一侧上固定一个管子37。如前所述，外轴5、管子37和内轴4相互这样地布置，使得形成一个外腔9、中间腔39和一个内腔8。外腔通过通道10与中间腔39相连。中间腔39通过通道40与内腔8连接。在这个实施例中外轴分别具有位于内部的和位于外部的混合元件18和19。内轴4设有螺杆螺旋53。
通过挤出螺杆50输送的聚合物熔液从圆筒49的输送腔52到达在轴向与之紧靠着的外腔9。聚合物熔液为了充分混合先后沿轴向流过外腔9、中间腔39和内腔8后，通过做在端盖51中央的熔液出口7离开内腔8。
在图7所示的装置中也存在这样的可能性，在内轴4的圆周上和外轴5的内径上分别设置螺杆螺旋线。由此通过中间腔和内腔输送聚合物熔液。这种类型的结构有这样的优点，特别是在于挤出螺杆相组合时不形成大的压力损失。
原则上在各个实施例中所表示的所有类型的混合器都可以用于按图1、图2或图7的装置中。
参考符号表1.混合器 28.行星轮2.输送装置 29.小轴3.混合腔 30.壳体板4.内轴 31.壳体板5.外轴 32.隔板6.熔液入口 33.盖板7.熔液出 34.盖板8.内腔 35.输入通道9.外腔 36.壳体10.通道 37.管子11.混合腔壁 38.入口12.轴端 39.中间腔13.挤出螺杆 40.通道14.圆筒 41.驱动轴15.轴承 42.柱销16.驱动装置 43.凹槽17.混合元件 44.凹槽18.混合元件 45.混合齿圈19.混合元件 46.混合元件20.齿圈 47.凹陷21.轴承部件 48.凹陷22.轴端 49.凹陷23.太阳轮 50.挤出螺杆24.驱动轴 51.端盖25.键槽 52.输送腔26.行星轮 53.螺杆螺旋线27.星轮