Verfahren und Vorrichtung zum Mischern und Agglomerieren pulveriger bis körniger, in der Wärme aggiomerierbarer chemischer Stoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen und Agglomerieren in der Wärme agglomerierbarer pulveriger bis körniger, chemischer Stoffe, z. B. Kunststoffe, denen gleichzeitig Zuschlagstoffe und/oder Weichmacher beigemischt werden können.
Es ist ein Mischverfahren bekannt, bei welchem dem zu mischenden Gut durch mechanische Energie Wärme zugeführt wird. Dieses bekannte Verfahren wird in einer Mischvorrichtung durchgeführt, die mit einem feststehenden und einem umlaufenden Stiftkranz ausgerüstet ist, wobei am umlaufenden Stiftkranz Messer beliebiger Form angebracht sind, die sich bis annähernd an die Wände des Mischbehälters erstrecken.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Bereitschaft der Einzelteilchen, sich infolge ihrer Wärmeenergieaufnahme mit benachbarten Teilchen zu agglomerieren, beim Passieren des Stiftkranzes wieder zunichte gemacht und die Agglomeratbildung verzögert wird, bis es schliesslich zur plötzlichen Bindung des gesamten im Behälter befindlichen Gutes kommt, was unter Umständen zum Blockieren der Maschine führen kann. Bei Entleerung der Mischvorrichtung in diesem Augenblick findet man eine kuchenartige Masse vor, die nur vorzugsweise durch Schneidmühlen wieder aufgeschlossen werden kann.
Eine andere bekannte Mischvorrichtung zeigt eine in einer vom Boden in den Behälter vorstehenden Nabe gelagerte Messerwelle, auf der ein in Bodennähe arbeitender Rührmessersatz, darüber mindestens ein Schneidmessersatz sowie ein Saugmessersatz und zu oberst ein Kopfmessersatz lösbar befestigt sind.
Diese bekannte mechanische Vorrichtung weist ebenso wie die zuvor erwähnte mehr oder weniger den Nachteil auf, dass sich beim Mischen von Stoffen, die Neigung zu starker elektrostatischer Aufladung habend, am oberen Teil dicke Produktionsschichten ablagern, die dem Mischvorgang entzogen werden.
Ausserdem ist die letztgenannte bekannte Mischvorrichtung nicht geeignet, genügend grosse zur Agglomeratbildung erforderliche Energie zu erzeugen.
-Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht einmal darin, die oben erwähnten Nachteile der Ablagerung des zu mischenden Gutes am Deckel und am oberen Behälterrand zu vermeiden. Zum anderen soll, und das ist wesentlich, durch die Erfindung das Problem gelöst werden, dass sich die Teilchen des zu mischenden Gutes mit benachbarten Teilchen ohne Klumpenbildung agglomerieren, so dass sich das Schüttgewicht gegenüber dem Ausgangsprodukt wesentlich erhöht. Dieses letztgenannte Problem kann mit keiner der bekannten Mischvorrichtungen zufriedenstellend gelöst werden.
Bei der Verwendung von Schnellmischern zur Herstellung von Vorgranulaten erfolgt leicht eine Klumpenbildung des Produktes, die darauf zurückzuführen ist, dass das stark aufgeheizte pulverförmige Produkt bei starker Weichmacherzugabe, z. B. bei der Herstellung von Kunststoffen, den Weichmacher schlagartig so stark bindet, dass eine lawinenförmige Klumpenbildung erfolgt. Diese Klumpenbildung führt zum Stillstand der Maschine und eine Austragung des Produktes in Körnerform ist nicht mehr möglich.
Das Produkt muss vielmehr in langwieriger und schwieriger Arbeit aus der Maschine entfernt und wieder zerkleinert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Mängel dieser bekannten Maschine vermeidet und eine wesentliche Zeitersparnis der Bearbeitung des Gutes, eine wesentliche Verringerung der Laufzeit der Maschine und eine erhebliche Erhöhung der Stundenleistung ermöglicht. Dabei soll der Ablauf des Granuliervorganges in sicherer Weise durchführbar sein, ohne dass Störungen dieses Vorganges auftreten und ohne dass Überlastungen und ein Festfahren der Maschine erfolgt. Gleichzeitig soll eine schnelle und vollständige Entleerung und eine leichte Reinigung der Maschine möglich sein.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass das zu mischende und zu agglomerierende Gut in einer mit einem Deckel geschlossenen Mischvorrichtung durch ein aus mehreren übereinander angeordneten Flügelsätzen bestehendes Mischorgan in eine wirbelartig verlaufende Strömung versetzt wird, wobei die Wärme den Teilchen so lange zugeführt wird, bis bei sich durch die Reibungswärme steigern der Temperatur benachbarte Teilchen agglomerieren.
Zweckmässig kann dem zu agglomerierenden Gut ausser der durch die Rührflügel verursachten Reibungswärme durch Beheizung des Behälters und/oder der Flügel Wärme zusätzlich zugeführt werden. Das fertig agglomerierte Gut wird vorzugsweise während des Umlaufs gekühlt.
Nach der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens durch foIgende Merkmale aus: - einen zylindrischen Behälter, dessen nach aussen gewölbter Boden eine in den Behälter koaxial vorstehende kegelige Nabe zur Lagerung der Antriebswelle aufweist und der durch einen Deckel verschliessbar ist, der einen in den Behälter koaxial vorstehenden, auf die Spitze gestellten Kegel oder anders begrenzte Drehkörper aufweist; - ein auf der Antriebswelle lösbar befestigter symmetrischer Bodenflügelsatz, dessen sich bis nahe an die Behälterwand erstreckende Flügelblätter in konstantem Abstand zu der Nabe und zum Boden verlaufen und einen, eine von der Nabe und vom Boden fortgerichtete Wurfkomponente erzeugenden Anstellwinkel, aufweisen;
- ein über dem Bodenflügelsatz lösbar angeordneter mittlerer Flügelsatz, der symmetrisch zur Welle angeordnete horizontale, sich bis nahe an die Behälterwand erstreckende Flügelblätter aufweist, die in einem solchen Winkel angestellt sind, dass sie über etwa 2A ihrer Länge, vom freien Ende gemessen, eine nach oben und über den übrigen Teil eine nach unten gerichtete Wurfkomponente erzeugen;
- ein über dem mittleren Flügelsatz lösbar angeordneter, oberer Flügel, dessen symmetrisch zur Welle liegende schräg aufwärts gerichtete Flügelblätter in einem solchen Winkel angestellt sind, dass sie eine zur Behälterwand gerichtete Wurfkomponente erzeugen und in solchem Abstand von der Behälterwand enden, dass die freie Durchtrittsfläche zwischen dem gedachten Drehkreis der Flügelspitzen und der Behälterwand kleiner als 1A der Behältergrundfläche ist.
Zweckmässig ist der obere Flügel so angeordnet und ausgebildet, dass die gedachte Verlängerung der Flügelblätter etwa den Behälterrand schneidet.
Die Flügel können auch mit mehr als zwei Flügelblättern versehen sein.
Zweckmässig ist der Behälter mit einem Doppelmantel, der wahlweise zum Kühlen oder Heizen verwendbar ist, ausgerüstet.
Schliesslich kann auf der die Werkzeuge tragenden Welle ein Sprühteller befestigt sein, durch den von oben auf den Teller aufgebrachte Flüssigkeit, insbesondere Weichmacher, zerstäubt und nach aussen etwa waagerecht in den Strom des zu bearbeitenden Gutes geführt wird. Auf die Oberfläche des Sprühtellers sind zweckmässig Rippen aufgesetzt, die zwischen sich Nuten oder Kanäle bilden, die von der Tellermitte radial nach aussen gerichtet sind. Der Sprühteller kann auf eine die Misch- und Rührwerkzeuge festspannende, auf dem Ende der Welle angebrachte Mutter aufgeschraubt sein. Die Aufgabe der Flüssigkeit auf den Sprühteller erfolgt zweckmässig axial von oben durch eine im Deckel des Mischbehälters angeordnete Aufgabevorrichtung.
Mehrere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen vertikalen Mittenschnitt der Mischvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht eines Mischflügels,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.
In der Zeichnung Fig. 1-4 ist die Mischmaschine als Ganzes mit 1, der Antriebsmotor, der vorzugsweise stufenlos regelbar ist, mit 2 und der Sockel, auf dem die Mischmaschine und der Motor angeordnet sind, mit 3 bezeichnet. Der Antriebsmotor 2 treibt über einen Riemen 4 die Welle 5 der Mischmaschine an. Der Behälter 6 hat einen nach unten gewölbten Boden 7, der einen nach oben vorstehenden Kegelansatz 8 aufweist, der zur Lagerung der Welle 5 dient. Unmittelbar über dem Kegel 8 ist auf der Welle 5 ein Bodenflügelsatz 9 lösbar befestigt, der in konstantem Abstand zum Kegel 8 und zum Behälterboden 7 verlaufend ausgebildet ist und etwa bis zur Behälterwand reicht.
Die Flügel des Bodenfiügelsatzes sind unter einem solchen Winkel angestellt, dass das auf dem Boden 7 lagernde Gut durch den sich parallel zum Kegel 8 erstreckenden Flügelteil schräg nach aussen zur Wand des Behälters 6 und durch den sich über dem Boden erstreckenden Flügelteil nach oben geschleudert wird.
Über dem Bodenflügelsatz ist ein mittlerer, sich horizontal bis in die Nähe der Wand des Behälters 6 erstreckender Flügelsatz 10 vorgesehen, dessen Flügel über etwa 2/3 ihrer Länge, von aussen gemessen, so angestellt sind, dass sie das Gut nach oben schleudern, während der übrige Teil der Flügel so angestellt ist, dass sie das Gut nach unten ziehen.
Über dem mittleren Flügelsatz ist ein oberer Flügelsatz 11 vorgesehen, dessen Flügel schräg aufwärts nach aussen gerichtet angeordnet sind. Die Flügel des oberen Flügelsatzes weisen einen Anstellwinkel auf, durch den das Gut nach aussen zur Behälterwandung hin gedrückt wird. Die Schrägstellung der Flügel des oberen Flügelsatzes 11 ist so gewählt, dass die gedachte Verlängerung der Flügel etwa den oberen Rand 12 des Behälters 6 schneidet.
Der Behälter 6 ist durch einen Deckel 13 verschliessbar, der in seiner Mitte einen in den Behälter 6 hineinragenden kegelförmigen Teil 14 aufweist, der aber auch als Rotationskörper mit einem anderen Axialschnitt ausgebildet sein kann.
Die Wirkungsweise der Mischvorrichtung soll nachfolgend beschrieben werden:
Die vom Bodenflügelsatz 9 erzeugte, aufwärts gerichtete Gutströmung wird durch den mittleren Flügelsatz 10 zunächst abgerissen, dann jedoch durch den äusseren Flügelteil schräg aufwärts nach aussen gerichtet wieder aufgebaut, während der entgegengesetzt angestellte innere Flügelteil eine Bewegungsrichtung des Gutes nach unten bewirkt. Der darüber angeordnete obere Flügelsatz 11 beschreibt in seiner Draufsicht einen Kreis, während seine Mantellinie einen auf den Kopf gestellten Kegelstumpf darstellt.
Der obere Flügelsatz 11 lenkt durch den Anstellwinkel seiner Flügel den aufwärts gerichteten Gut strom gegen die Behälterwand ab, so dass er mit grosser Geschwindigkeit durch den vom Flügeldrehkreis und von der Behälterwand gebildeten Kreisringquerschnitt hindurchtritt und gegen den dicht verschlossenen Behälterdeckel geschleudert wird.
Im Inneren des so erzeugten Strömungskopfes bildet sich eine Trombe, in die das Produkt, unterstützt durch die Umleitung mittels des am Deckel vorgesehenen Kegelansatzes 14 eintreten kann.
Der Einzug des Produktes in die Trombe wird ausserdem dadurch unterstützt, dass der Horizontalflü- gelsatz 10 auf dem inneren Drittel seiner Flügellänge das Gut nach unten fördert. Nach dem Passieren der Trombe und des Einzugteiles des Horizontalflügelsatzes 10 wird das Gut dem abgekröpften Teil des Bodenflügels zugeführt, erhält hier wieder seine Richtung nach aussen und im Fortlauf nimmt das Gut den vorerwähnten Strömungsweg an, wodurch eine absolute Homogenität der Mischung erreicht wird. Durch die ständige mechanische Energiezufuhr, die durch die Reibung der Flügelsätze erfolgt, heizen sich die Teilchen des Gutes im freien Fluge von aussen her auf, bis die Temperatur so hoch gestiegen ist, dass sie sich mit benachbarten Teilchen verbinden und im weiteren Verlauf ein Agglomerat bilden.
Die Anstellwinkel der Flügelsätze sowie ihre Drehzahl richten sich nach dem Schüttgewicht des Produktes. Um die Agglomerierung der Teilchen zu beschleunigen, können der Behälter und/oder die Flügelsätze zusätzlich beheizt werden. Es kann vorkommen, dass eine Kühlung erwünscht ist, wobei in diesem Falle anstatt des Heizmittels ein gekühltes Medium durch den Doppelmantel des Behälters geschickt wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 4 durch eine auf das Ende der Welle 5 aufgeschraubte Mutter 15, auf die ein Sprühteller 16 mittels Gewinde 16' aufge- schraubt ist. Auf der etwa waagerecht verlaufenden Oberfläche des Sprühtellers sind rippenartige Ansätze 17 vorgesehen, die zwischen sich Kanäle bilden, die von der Mitte des Tellers nach aussen gerichtet sind.
Die Aufgabe der in das Material einzubringenden Flüssigkeit, z. B. eines Weichmachers, erfolgt von oben axial mittels einer in den Deckel 13 eingesetzten Aufgabevorrichtung 18.
Der Sprühteller nach Fig. 5 ist zwar besonders vorteilhaft bei einer Mischmaschine nach Fig. 1 bis 4, ist jedoch auch bei Schnellmischern anderer Ausbildung mit Vorteil anwendbar.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 5 bewirkt der Sprühteller eine Zerstäubung der auf den Sprühteller aufgebrachten Flüssigkeit in feine Tröpfchen, die nach aussen in den Materialstrom geführt werden, so dass eine schlagartige Benetzung jedes einzelnen Materialteilchens erfolgt. Infolgedessen erfolgt die Gelierung mit so hoher Geschwindigkeit, dass nach beendeter Weichmacherzugabe, die nur wenige Sekunden erfordert, alle Materialteile durchgeliert sind und aus der Maschine ausgetragen werden können. Eine Klumpenbildung ist dabei vermieden.