Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Zerkleinern von pulverförmigen,s feinkörnigen und faserigen Mischgütern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen und Zerkleinern von pulverförmigen, feinkörnigen oder faserigen Mischgütern.
In der Mischtechnik werden Mischapparaturen verschiedener Art verwendet. Die meisten Mischapparaturen arbeiten nach dem Prinzip der Zwangsmischer. Die Mischwerkzeuge der Zwangsmischer bestehen aus gerade oder schräg gestellten Paddeln, Schneckenrührwerken oder einseitig bzw. doppelseitig arbeitenden, pflugscharähnlichen Mischelementen.
Die Mischwerkzeuge werden je nach dem vorliegenden Mischproblem und der Art der eingebauten Mischelemente entweder langsam, z. B. mit 1,5 bis 2,5 mlsec., oder schnell, z. B. mit 6 bis 12 m/sec., bei 100 cm Trommel-Durchmesser angetrieben. Die Drehzahl wird bei diesen Mischern so niedrig gehalten, dass die Bildung eines Mischgutringes am Trommelmantel unterbleibt. Bei langsam laufenden Zwangsmischern erfolgt der Mischvorgang im allgemeinen durch das Verschieben des Mischgutes in der Mischgutmasse, während bei den schnellaufenden Mischmaschinen vielfach der Nutzinhalt der Mischtrommel nur zu etwa 60-709/o ausgenutzt wird und Teile des Mischgutes fortlaufend aus den untenliegenden Mischgutmassen herausgehoben und in den oberhalb der Welle befindlichen Leerraum der Mischtrommel geschleudert werden.
Vielfach werden in der Mischtechnik auch Mischer verwendet, die aus einem nach unten konischen Trichter bestehen, in dem sich eine senkrecht stehende oder auch an der Wand des Konus vorbeistreichende Schnecke befindet, die das Material hochhebt und dann wieder fallen lässt.
Ein anderer Typ von Mischmaschinen, der besonders bei Haushalts- und Küchengeräten zur praktischen Verwendung gekommen ist, verwendet konische Trichter, an deren tiefster Stelle ein schnellrotierendes Messerkreuz eingebaut ist, durch das Teile des Mischgutes forflaufend erfasst, zerschlagen bzw. zerhackt und dann auf Grund der Messerstellung seitlich nach oben gedrückt werden. In der Mitte des Trichters fällt das Mischgut immer wieder auf das rotierende Messerkreuz herab, so dass das Mischgut in dem Trichter durch das Messerkreuz nicht nur zerschlagen bzw. zerhackt, sondern auch in ständiger Bewegung gehalten wird.
Apparaturen dieser Art sind bei rieselfähigen Produkten, jedoch nur bis zu Grössen von etwa 200-250 1, brauchbar, da die Zirkulation des Materials bei darüber hinausgehenden Grössen nicht mehr genügend gleichmässig erfolgt oder das Material bei schlecht rieselfähigem Mischgut durch Brückenbildung gar nicht mehr zurückfliesst und das Material dementsprechend nicht mehr von dem schnellrotierenden Messerkreuz verarbeitet wird.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man neuartige und überraschende Mischeffekte erreichen kann, wenn man das Prinzip des Zwangsmischers mit dem von schnellaufenden Zerhackern z. B. Messerkreuzen in geeigneter Weise kombiniert. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung der Art eines Zwangsmischers verwendet wird, die einen horizontalen Mischbehälter aufweist, in welchem neben Mischwerkzeugen mindestens ein Zerhacker vorgesehen ist, und das Mischgut während des Betriebes der Vorrichtung fortlaufend zum Zerhacker geführt wird, während der Zerhacker das Mischgut zerkleinert und fortlaufend in den Arbeitsbereich der Mischwerkzeuge zurückbefördert.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung obigen Verfahrens mit einem horizontalen Mischbehälter, mindestens einer durch den Mischbehälter horizontal verlaufenden, maschinell angetriebenen Welle, auf der Welle angeordneten Tragarmen und auf den Tragarmen angeordneten Mischwerkzeugen, ist durch mindestens einen maschinell angetriebenen Zerhacker im Mischbehälter und durch eine solche Anordnung und Form der Mischwerkzeuge und des Zerhackers gekennzeichnet, dass die Mischwerkzeuge das Mischgut während des Betriebes der Vorrichtung fortlaufend zum Zerhacker bewegen, während der Zerhacker das Mischgut zerkleinert und fortlaufend in den Arbeitsbereich der Mischwerkzeuge zurückbefördert.
Die Mischbehälter können z. B. die Form von muldenförmigen oder zylindrischen Behältern besitzen. Im allgemeinen ist es mit Rücksicht auf die Arbeit der Mischwerkzeuge zweckmässig, zylindrische oder muldenförmige Behälter zu verwenden. Zum Antrieb der Mischwerkzeuge wird zweckmässig eine durch den Mischraum laufende, durch Motor angetriebene Welle verwendet. Zweckmässig verläuft die Welle parallel zum Trommelmantel durch die Mitte des zylindrischen Mischraumes bzw. der untern Muldenform. Man kann eine oder mehrere Wellen anbringen. Die Mischwerkzeuge werden zweckmässig in an sich bekannter Weise mittels Tragarmen auf der Welle, und zwar vorzugsweise senkrecht zur Welle angeordnet und wendelförmig auf der Welle verteilt.
Der Teil des Mischraumes, der für die ungestörte Arbeit der Zerhacker benötigt wird, bleibt zweckmässig von den Mischwerkzeugen frei. Als Mischelemente sind alle Elemente zu gebrauchen, die befähigt sind, das Mischgut zu vermischen und dasselbe wechselweise den eingebauten Zerhackern zuzuführen. Wenn man langsamlaufende Mischwerkzeuge verwendet, erreicht man z. B. eine gute Wirkung mit Paddeln, die schräg gestellt sind und dadurch das Mischgut in Richtung auf die Zerhacker verschieben. Man kann aber auch schneckenförmige Mischwerkzeuge verwenden. Bei schnellaufenden Mischwerkzeugen empfiehlt sich die pflugschar ähnliche Form, die als einseitig oder doppelseitig arbeitendes Element ausgeführt werden kann. An den Kopfenden der Mischtrommel ist es jedoch vorteilhaft, einseitig wirkende Pflugscharen mit Wurfrichtung zum Trommelinnern anzubringen.
Die pflugscharähnlichen Mischelemente heben das Mischgut von der Trommelwand ab, bilden auch bei relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten keine verdichteten Mischgutringe, gehen mit sehr geringem Kraftaufwand durch das Mischgut hindurch und verbrauchen dementsprechend, trotz ihrer hohen Umlaufgeschwindigkeit, eine sehr geringe Menge Energie. Der Betrieb dieser Maschinen ist im Verhältnis zur erreichten Mischwirkung sehr wirtschaftlich.
Die Zerhacker werden vorteilhaft unterhalb der Mischerwelle in den Mischbehälter eingebaut, da unter diesen Umständen die kontinuierliche Zuführung des Mischgutes zum Zerhacker am leichtesten durchgeführt werden kann. Der Mischbehälter wird dabei im allgemeinen feststehend angeordnet.
Die Zerhacker bestehen zweckmässig aus je zwei messerartig ausgebildeten, sich kreuzenden Propellern.
Die Umdrehungszahl beträgt, wie bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art, bei einem Durchmesser von z. B. 200 mm etwa 3000 U. lmin. Die beschriebenen Mischer können in beliebigen Grössen, z. B. mit 30 000 Liter Inhalt, mit gleichem Misch- und Mahleffekt, auch für schlecht oder überhaupt nicht rieselfähige Mischgüter, hergestellt werden, da man beliebig viele Zerhacker einbauen kann und Mischelemente gewählt werden können, die mit geringstmöglichem Kraftaufwand arbeiten und mit grösster Geschwindigkeit dem Zerhacker wechselweise neues Material zubringen.
In der vorstehend beschriebenen Apparatur lassen sich Mischprobleme lösen, die man bisher weder in den Zwangsmischern noch in den mit schnellrotierenden Messerkreuzen arbeitenden Maschinen lösen konnte. Strichreine Produkte gleicher Mischqualität lassen sich, was besonders in der Farbenindustrie wichtig ist, wiederholt in überraschend kurzen Mischzeiten herstellen, wobei die Verwendung weiterer Hilfsmaschinen, wie Kugelmühlen, nicht mehr notwendig ist.
Weiterhin eignet sich die beschriebene Maschine sehr gut dazu, faserige Bestandteile, wie Asbest, Papiermehl, Linters usw., mit pulverförmigen Stoffen zu vermischen. Bisher wurden hierfür vielfach besondere Zerfaserungsapparaturen vorgeschaltet. Bei dem dann folgenden Vermischen in einem Zwangsmischer lässt sich jedoch kein homogenes Produkt erhalten, da sich in dem Mischer Flocken und Knötchen bilden, die durch die Mischwerkzeuge des Zwangsmischers nicht wieder zerstört werden. Durch den Einbau von Zerhackern in den Zwangsmischer gemäss Erfindung wird jedoch ein homogenes Produkt erhalten. Darüber hinaus ist es nicht mehr notwendig, einen Zerfaserer vorzuschalten, so dass in nur einem Arbeitsgang aus Fasern und pulverisierten Stoffen ein homogenes Mischprodukt hergestellt werden kann.
Ein besonderes Mischproblem, nämlich die Beimischung von geringen Mengen einer Flüssigkeit zu einem rieselfähigen Produkt unter Erhaltung der Rieselfähigkeit oder unter Granulatbildung, wird mit einer speziellen Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung in überraschend einfacher Weise gelöst. Während die Zerhacker, wie vorerwähnt, im allgemeinen aus zwei messerartig ausgebildeten, sich kreuzenden Messern bestehen, werden sie bei Zugabe von Flüssigkeit zweckmässig aus einer schnellrotierenden Scheibe von z. B. 150 mm Durchmesser gebildet, an deren Peripherie im Abstand von z. B.
10-90 Gad schräg gestellte, zum Zerhacken des Mischgutes geeignete Messer angebracht sind. Der Abstand der Messer richtet sich nach der Art des Mischgutes und der Viskosität der eingeführten Flüs- sigkeit. Bei der hohen Drehgeschwindigkeit dieses Zerhackers wird die z. B. nahe dem Mittelpunkt der Scheibe aufgegebene Flüssigkeit nach allen Richtungen sehr fein verteilt und schlägt sich in dieser fein verteilten Form auf die durch die schräg gestellten Messer pulverisierten oder zerfaserten festen Mischkomponenten nieder. Falls sich dabei kleine Agglomerationen bilden, werden diese sofort durch die an der Peripherie der Scheibe angebrachten Messer zerstört.
In der beigefügten Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Es zeigen:
Fig. I und II mit dem dazugehörigen Schnitt A-B, wie man einen Zerhacker, der zwecks Flüssigkeitszugabe als Schleuderscheibe ausgebildet ist, anordnen kann,
Fig. III und IV mit dem zugehörigen Schnitt C-D die Anordnung eines normalen Zerhackers in einem Zwangsmischer ohne Flüssigkeitszugabemöglichkeit.
In den Figuren ist der Mischbehälter mit 1 bezeichnet. Oben in der Mischtrommel befindet sich die Einfüllöffnung, die mit einem Deckel 2 verschlossen wird, der zur Vermeidung von Totraumbildung der Trommelrundung angepasst ist. An der tiefsten Stelle der Mischtrommel ist in der Mitte die Entleerungs öffnung angebracht, die mit einer der Trommelrundung angepassten Verschlussklappe 3 verschlossen wird. Zu Montage- und Reinigungszwecken ist seitlich an der Mischtrommel eine Reinigungsklappe 4 eingebaut.
In der Mitte der Mischtrommel, parallel zum Trommelmantel, befindet sich eine Welle 5, auf der am Umfang und auch in der Längsrichtung verteilt die Tragarme 6 für die Mischelemente 7, die alle bis dicht an den Trommelmantel gehen, angeordnet sind.
Als Mischelemente sind verschiedenartige Elemente zu gebrauchen. In der Zeichnung sind die dargestellten Mischelemente 7 pflugscharähnlich ausgebildet.
Mit 8 sind die Flanschmotoren für die Zerhacker 11 bzw. 12 und 13 bezeichnet. Die Wellenstummel 9 dieser Motoren werden mit entsprechender Dichtung durch den Trommelmantel hindurchgeführt, um mit gewissem Abstand vom Trommelmantel am Ende der Wellenstummel, wie in Fig. III und IV mit dem dazugehörigen Schnitt C-D dargestellt, die Zerhacker anzuordnen.
Mit 10 ist eine Keilriemenscheibe bezeichnet, die ausserhalb der Trommel auf der Zerhackerwelle sitzt und über die der Zerhacker mittels eines Keilriemens von einem Motor angetrieben werden kann. Das ist insbesondere dann zweckmässig, wenn die Zerhackerwelle ausgebohrt ist und die Flüssigkeit 16 (rechts in Fig. I) in Pfeilrichtung durch diese Welle zum Zerhacker geführt werden soll. Für die Flüssigkeitszugabe muss der Zerhacker, im Gegenteil zum einfachen Messerkreuzzerhacker 11 in Fig. IV, besonders ausgebildet sein, wie dieses in Fig. II dargestellt ist. Die Flüssigkeit strömt dann durch entsprechende Bohrlöcher auf den mittleren Teil 12 des Zerhackers, der als Schleuderscheibe ausgebildet ist. An der Peripherie der Schleuderscheibe sind die Zerhackermesser 13 angeordnet.
Wenn dieser Zerhacker hochtourig, etwa 3000 Umdrehungen pro Minute und noch mehr, angetrieben wird, dann strömt die Flüssigkeit, bedingt durch die Fliehkraft, vom mittleren Teil 12 des Zerhackers auf die an der Peripherie der Schleuderscheibe angeordneten Zerhackermesser 13 - und vermischt sich dabei feinst verteilt mit dem Trockenmischgut. Soweit sich hierbei kleine Agglomerationen bilden, werden dieselben von den Zerhackermessern 13 wieder zerschlagen. Man kann die Flüssigkeit auch in freien Fall aus einem ausserhalb der Mischtrommel angeordneten Gefäss 14 durch eine Rohrleitung 15 zur Schleuderscheibe 12 des Zerhackers bringen, wie dieses in Fig. I mit dem zugehörigen Schnitt A-B dargestellt ist.
Bei dieser Anordnung muss die Flüssigkeit aber, wie bereits erwähnt wurde, in die Nähe des Mittelpunktes der Schleuderscheibe gebracht werden, da sie andernfalls bedingt durch die Schleuderwirkung nicht angenommen würde.