Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen aus körnigen undloder feinen Feststoffteilchen mit thermoplastischen Bindemitteln
Die bekannten Mischvorrichtungen zur Herstellung von Mischungen aus körnigen und/oder feinen Feststoffteilen mit einem thermoplastischen Bindemittel weisen entweder eine umlaufende Welle mit an dieser angeordneten Wurfschaufeln auf, oder es sind zwei gegenläufig rotierende, ebenfalls mit Wurfschaufeln versehene, parallel nebeneinanderliegende Wellen vorgesehen, wobei sich die durch die Wurfschaufeln gebildeten Hüllzylinder etwa um Wurfschaufelblattbreite überschneiden.
Bei der letzteren Ausführung, die in der Hauptsache angewandt wird, wird das ursprünglich nach der Einschüttung bis zur Achshöhe den Mischraum füllende Mischgut durch die umlaufenden Mischorgane von den seitlichen Sektoren des Mischerbodens zur Mischermitte geschoben. Durch die entgegengesetzt gerichteten Materialschübe wird zwischen den Wellen eine diese überdeckende Aufböschung des Materials bewirkt, von der es wieder in die seitlichen Sektoren herabfällt bzw. rutscht. Hierbei ist die Höhe der Materialaufböschung von dem spezifischen Ge wicht, der Riesel- bzw. Fliessfähigkeit, der Temperatur der Feststoffe und der Viskosität des Bindemittels sowie der Umfangsgeschwindigkeit der Mischarme abhängig.
Der eigentliche Mischprozess vollzieht sich nun so, dass während der beschriebenen Vorgänge das Bindemittel von oben in beliebiger Art zugeführt wird und sich durch das ständige Ineinanderschieben und Umwälzen der Feststoffe mit dir sen vermischt. Eine gute Verteilung des Bindemittels ist bei diesem Prozess nicht oder nur nach sehr langer Mischzeit gegeben.
Weiter sind Verfahren bekannt, bei denen die Umlaufgeschwindigkeit der Mischorgane so eingerichtet ist, dass sich die Aufböschung in eine Schwebe- zone oberhalb der Schaufelhüllyzlinder auflöst, die sich etwa in der horizontalen Ebene über der gesamten Mischeroberfläche ausbreitet und auf die das Bindemittel unter Flüssigkeitsdruck in feiner Dispersion aufgesprüht wird. Diese Verfahren haben insbesondere den Vorteil kurzer Mischzeiten. Da jedoch die Stärke dieser Schwebezone in sich sehr verschieden ist, ist keine Gewähr für eine gleichmässige Bindemittelverteilung gegeben.
Weitere Nachteile sind, dass man, um eine räumlich befriedigende Ausbreitung dieser Zone zu erreichen, was für die bedingte Wirksamkeit dieses Verfahrens Voraussetzung ist, die freie Oberfläche über den Mischorganen sehr gross halten muss, was zwangläufig zu einer Überdimensionierung des Mischers führt. In der Praxis bedeutet dies, dass bei richtiger Ausübung dieses Verfahrens der eigentliche Mischraum während des Mischprozesses zum grossen Teil feststoffrei ist und damit nicht ausgenutzt wird. Darüber hinaus ist noch nachteilig, dass der Energieaufwand bei dieser hohen Undangsgeschwindigkeit verhältnismässig gross ist.
Der Versuch, eine vernünftige Kompromisslösung zwischen den beiden Extremen Schweben und Kneten durch entsprechende Einstellung der Umfangsgeschwindigkeit auf ein nur eine gube Auflok- kerung der Feststoffe gewährleistendes Mass zu erreichen, befriedigt nicht. In diesem Fall findet für den Mischvorgang eine nur ungenügende Oberflächendarbietung der Feststoffe für das von oben einwirkende Bindemittel statt, und der in der mittleren Zone des Mischers sich vollziehende Knetprozess wird durch die aufgelockerte Art des Guttransportes mehr oder weniger wirkungslos.
Aus diesen Tatsachen resultiert die Aufgabenstellung, den Mischvorgang in zwei sich ständig wie derholenden Phasen, das heisst in eine Knet- und eine Auflockerungsphase, einzuteilen, von denen jede für sich voll wirksam ist. Dies bedeutet, dass in der Auflockerungsphase eine ausreichende Oberflächendarbietung der Feststoffe für das von oben in feiner Dispersion einwirkende Bindemittel gegeben sein muss, so dass eine gleichmässige Bindemittelbenetzung der Feststoffe erfolgt. In der Knetphase muss ein genügender Stauwiderstand für die vollkommene Homogenisierung des Mischgutes gewährleistet sein.
Diese Aufgabe lässt sich, wie vorstehend begründet, keinesfalls durch einfache Drehzahlmanipulationen erreichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht deshalb vor, dass die zwischen den beiden gegenläufig in der oberen Hälfte nach aussen rotierenden Mischwellen sich aufböschenden und anhebenden Feststoffe gestaut und nach der Stauung schleierförmig aufgelockert werden und in diesem Zustand durch vernebelte Bindemittel innerhalb der durch die Hüllzylinder begrenzten Zone benetzt werden. Hierbei ist der Mischeffekt besonders wirksam, wenn die Benetzung der aufgelockerten Massen in spitzem Winkel bzw. im Gegen strom zu deren Hauptwurfrichtung erfolgt. Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sieht vor, die Stauung im Mischtrog zwischen den beiden Wellen oberhalb der sich schneidenden Hüllzylinder der Wurfschaufeln durch ein diesen angepasstes, nach beiden Seiten gewölbtes Formstück herbeizuführen.
Die Stauwirkung kann dabei durch eine dem Formstück zugeordnete Höhenverstelleinrichtung und der Grad der Auflockerung durch einen Drehzahlregler eingestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt. Im einzelnen zeigt die Fig. 1 einen Querschnitt, der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt im Schema die beim Mischprozess nach dem erfindungsgemässen Verfahren verschieden wirksam werdenden Zonen.
Wie Fig. 1 erkennen lässt, sind im Mischtrog 1 zwei in der oberen Hälfte gegenläufig nach aussen rotierende Wellen 2, 3 gelagert. An diesen beiden Wellen 2,3 ist eine Anahl von Armen 4, 5 befestigt, an deren Enden die Wurfschaufeln 6, 7 angeordnet sind. Die Länge jedes Armes einschliesslich der beiden zugehörigen Wurfschaufeln 6, 7 ist um etwa eine Schaufeibreite grösser als der Abstand der beiden Wellen 2, 3 voneinander, so dass sich die Wurfschaufeln 6, 7 um ein geringes überschneiden. Zwischen den Wellen 2, 3 ist oberhalb der sich schneidenden Hüllzylinder 9, 10 der Wurfschaufeln 6, 7 ein den Hüllzylindern 9, 10 engepasstes, nach beiden Seiten gewölbtes Formstück 8 angebracht.
Das Formstück 8 ist an den Mischerstirnwänden befestigt und in der Vertikalen verstellbar nach einer hier nicht besonders gezeichneten, aber bekannten Vorrichtung.
Oberhalb der Hüllzylinder 9, 10 sind Düsen 11, 12 dergestalt angeordnet, dass deren Haup'tsprührichtung mit der Hauptwurfrichtung der Wurfschaufeln 6, 7 einen spitzen Winkel bildet. Auf diese Weise erfolgt die Benetzung im Gegenstrom, das heisst die Mischkomponenten werden im Gegenstrom zusammengeführt. Der Mischer wird durch ein vorzugsweise als Rundschieber 13 ausgebildetes Konstruk tionseiement entleert.
In Fig. 2 ist die Zone I unterhalb der Verbindungslinie der beiden Wellen die Füll- und Knetzone, in der sich beim normalen Knetmischer die ausschliessliche Knet- und Mischarbeit vollzieht. Zone II zeigt den durch das Formstück begrenzten Stauraum, der als zusätzlicher Knetraum bzw. Mischraum wirksam ist. In Zone III vollzieht sich die oben erwähnte schleierförmige Auflockerung der Feststoffkomponente und deren Benetzung durch das im Gegen strom eingebrachte Bindemittel.
Die physikalischen Eigenschaften der Feststoffe in Zusammenwirkung mit der Umfangsgeschwindigkeit der Mischorgane sind massgebend für die richtige Ausbildung dieser drei Zonen I, II und III. Ist die Umfangsgeschwindigkeit entsprechend dem oben Gesagten abgestimmt, so entwickelt sich ein Stau unter dem Formstück, der sich an den äusseren, in Drehrichtung der Mischorgane liegenden Grenzen des Formstückes als gleichmässiger Schleifer in den durch die Hüllzylinder begrenzten Raum nach beiden Seiten parabelförmig gerichtet auflöst.
Diese Umfangsgeschwindigkeit beträgt z. B. bei der Verarbeitung der im bituminösen Strassenbau üblichen Mineralien etwa 2 m/sec.
Method and device for the production of mixtures of granular and / or fine solid particles with thermoplastic binders
The known mixing devices for the production of mixtures of granular and / or fine solid parts with a thermoplastic binder either have a rotating shaft with throwing vanes arranged on it, or two counter-rotating, also provided with throwing vanes, parallel adjacent shafts are provided Overlap the envelope cylinder formed by the throwing blades by about the width of the throwing blade.
In the latter version, which is mainly used, the mix originally filling the mixing space after being poured up to the shaft height is pushed by the rotating mixing elements from the side sectors of the mixer base to the center of the mixer. Due to the oppositely directed material thrusts, an overhanging slope of the material is created between the waves, from which it falls or slides again into the lateral sectors. The height of the material slope depends on the specific weight, the flowability, the temperature of the solids and the viscosity of the binder and the peripheral speed of the mixing arms.
The actual mixing process now takes place in such a way that the binding agent is fed in from above in any desired manner during the processes described and is mixed with you through the constant pushing and circulating of the solids. In this process, the binder is not properly distributed or only after a very long mixing time.
Methods are also known in which the speed of rotation of the mixing elements is set up in such a way that the slope dissolves into a floating zone above the blade shell, which spreads approximately in the horizontal plane over the entire mixer surface and onto which the binding agent under liquid pressure finely Dispersion is sprayed on. These processes have the particular advantage of short mixing times. However, since the strength of this floating zone is very different, there is no guarantee that the binder will be evenly distributed.
Further disadvantages are that in order to achieve a spatially satisfactory expansion of this zone, which is a prerequisite for the limited effectiveness of this method, the free surface above the mixing elements must be kept very large, which inevitably leads to overdimensioning of the mixer. In practice, this means that if this process is carried out correctly, the actual mixing space is largely free of solids during the mixing process and is therefore not used. In addition, it is also disadvantageous that the energy expenditure is comparatively large at this high inevitable speed.
The attempt to achieve a sensible compromise solution between the two extremes of floating and kneading by setting the circumferential speed accordingly to a level that only ensures a good loosening of the solids is unsatisfactory. In this case, the surface area of the solids for the binding agent acting from above is insufficient for the mixing process, and the kneading process taking place in the middle zone of the mixer is more or less ineffective due to the loosened type of material transport.
From these facts, the task of dividing the mixing process into two constantly repeating phases, that is, into a kneading and a loosening phase, each of which is fully effective in itself. This means that in the loosening phase there must be sufficient surface presentation of the solids for the binding agent acting from above in a fine dispersion, so that the solids are evenly wetted by the binding agent. In the kneading phase, sufficient accumulation resistance must be guaranteed for complete homogenization of the mix.
As explained above, this task can in no way be achieved by simple speed manipulation.
The method according to the invention therefore provides that the solids that rise up and rise between the two mixing shafts rotating in opposite directions in the upper half are dammed up and loosened up in a veil after damming and in this state are wetted by nebulized binding agents within the zone delimited by the envelope cylinder . The mixing effect is particularly effective if the loosened masses are wetted at an acute angle or in a countercurrent to their main direction of throw. The device for carrying out the method according to the invention provides for the stagnation in the mixing trough between the two shafts above the intersecting envelope cylinder of the throwing vanes to be brought about by a shaped piece which is adapted to this and curved on both sides.
The damming effect can be adjusted by a height adjustment device assigned to the fitting and the degree of loosening can be adjusted by a speed controller.
An embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 and 2 of the drawing. In detail, FIG. 1 shows a cross section of the device necessary for carrying out the method.
FIG. 2 shows in a diagram the zones which become differently effective during the mixing process according to the method according to the invention.
As can be seen from FIG. 1, two shafts 2, 3 rotating in opposite directions outward in the upper half are supported in the mixing trough 1. A number of arms 4, 5 are attached to these two shafts 2, 3, at the ends of which the throwing blades 6, 7 are arranged. The length of each arm, including the two associated throwing blades 6, 7, is approximately one blade width greater than the distance between the two shafts 2, 3, so that the throwing blades 6, 7 overlap slightly. Between the shafts 2, 3, above the intersecting enveloping cylinders 9, 10 of the throwing blades 6, 7, a shaped piece 8, which fits closely to the enveloping cylinders 9, 10 and is curved on both sides, is attached.
The shaped piece 8 is fastened to the mixer end walls and is vertically adjustable according to a device not specifically shown here, but known.
Nozzles 11, 12 are arranged above the envelope cylinder 9, 10 in such a way that their main spray direction forms an acute angle with the main throwing direction of the throwing blades 6, 7. In this way, wetting takes place in countercurrent, i.e. the mixed components are brought together in countercurrent. The mixer is emptied tionseiement by a preferably designed as a round slide 13 construction.
In Fig. 2, zone I below the connecting line of the two shafts is the filling and kneading zone, in which the normal kneading mixer performs the exclusive kneading and mixing work. Zone II shows the storage space limited by the fitting, which is effective as an additional kneading space or mixing space. In zone III, the above-mentioned veil-like loosening of the solid component and its wetting by the binder introduced in the countercurrent takes place.
The physical properties of the solids in conjunction with the peripheral speed of the mixing elements are decisive for the correct formation of these three zones I, II and III. If the circumferential speed is adjusted according to the above, a jam develops under the fitting, which dissolves at the outer limits of the fitting in the direction of rotation of the mixing elements as a uniform grinder in the space delimited by the envelope cylinder on both sides in a parabolic manner.
This peripheral speed is z. B. when processing the usual in bituminous road construction minerals about 2 m / sec.