DE1213385B

DE1213385B - Mischmaschine

Info

Publication number: DE1213385B
Application number: DED32359A
Authority: DE
Inventors: Kaspar Engels
Original assignee: Draiswerke GmbH
Current assignee: Draiswerke GmbH
Priority date: 1960-01-16
Filing date: 1960-01-16
Publication date: 1966-03-31
Also published as: DE1213385C2; US3163403A

Description

Mischmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich arbeitende Mischmaschine, die zum Mischen von Stoffen aller Art dient, vorwiegend jedoch in solchen Fällen Verwendung zu finden hat, in denen wenigstens eine Mischkomponente aus staubförmigen Stoffen besteht. Für solche Zwecke kennt man Mischmaschinen, die aus einer Mischtrommel bestehen mit einem Materialzulauf an dem einen Ende und einem Materialabgang am anderen Ende der Trommel. In der Trommel ist bei solchen Mischmaschinen die Mischwerkswelle mit den zugehörigen Mischwerkzeugen gelagert und diese Mischwerkswelle ist mit einem Antrieb versehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Mischmaschine so auszugestalten bzw. in einer solchen Weise zu betreiben, daß auch unabhängig von den jeweils zu vermischenden Stoffen und in ausreichenden Grenzen auch unabhängig von etwaigen Durchsatzschwankungen eine bis zur Mikrofeinheit treibbare völlig gleichmäßige Durchmischung der der Mischmaschine aufzugebenden Stoffe erreicht wird, und zwar auch dann, wenn es sich darum handelt, auch leichtest fliegende Bestandteile in das Gut unterzumischen. Dies alles soll geschehen bei einer Mischmaschine, die kontinuierlich betrieben werden kann.
Die Erfindung besteht demzufolge darin, daß der Antrieb der Mischwerkswelle mit einer solchen Drehzahl erfolgt, daß an der Trommelinnenwandung ein Materialring sich einstellt und daß die Materialzutrittsöffnung und die Materialaustrittsöffnung stirnseitig zur Trommel liegen, und zwar derart, daß diese oeffnungen innerhalb der Kreisfläche sich befinden, die von dem Materialring umgeben wird.
Kontinuierlich arbeitende Mischmaschinen, die mit solch hohen Mischwerksdrehzahlen arbeiten, sind bisher nur in sehr geringem Maß bekanntgeworden.
Diese mit hohen Mischweilsdrehzahlen arbeitenden Mischmaschinen sind jedoch nicht geeignet, der genannten Erfindungsaufgabe zu entsprechen. Diese bekannten Mischmaschinen haben nämlich den Nachteil, daß sie auf der Einlaufseite einen tangentialen Materialzufluß besitzen und ebenso auch ein tangentiales Auswerfen des Materials auf der Auslaufseite sich vollzieht. Dadurch ergibt sich, daß eine Regelung des gleichzeitig in der Mischmaschine arbeitenden Materials im wesentlichen nur durch die Menge der zugegebenen Bestandteile und weiterhin durch eine Drosselung der Auslaßstelle möglich ist. Austrittsdrosselungen, im Querschnitt dem durchtretenden Produkt angepaßt, sind aber nur äußerst schwer regulierbar. Geringste Schwankungen in der Struktur der Bestandteile und/oder der Durchsatzmengen führen äußerst leicht zu Verstopfungen. Läßt man diese Auslaßdrosselungen aber zu weit auf, so sind sie praktisch ohne Einfluß auf die Mischerfüllung und damit auf die Verweilzeit, d. h. auf die Dauer der Mischbehandlung. Der tangentiale Materialeintritt und der tangentiale Materialaustritt wirken sich im übrigen auch störend auf die gemäß der Erfindung bewußt angestrebte Materialringbildung an der Innenfläche der Mischtrommel aus.
Andererseits ist es bei diesen bekannten Maschinen während des Betriebes nicht vermeidbar, daß zur Mischwerkswelle hin ein luft- bzw. gasgefüllter oder zumindest gasangereicherter Raum entsteht, in dem zwar eine erhebliche Luftwirbelbildung sich vollzieht, die aber es nicht verhindert, daß z. B. bei sehr leicht staubförmigen Zusatzprodukten in diesem Innenraum, durch die Luft mitgerissen, eine Durchlaufgeschwindigkeit dieser schwebenden Pulverbestandteile entsteht, die abweichend ist von der im übrigen sich einstellenden Mischzeit. Dadurch fehlt die bei diesen hochtourigen Mischern gemäß der Erfindung angestrebte starke Mischbeanspruchung. Die Komponenten, die bei dem Mischvorgang gerade in das übrige Mischgut untergemischt werden sollen, treten nur wenig oder gar nicht gemischt als freier überlagerter Materialdurchfluß auf der Austrittsseite wieder aus.
Dadurch, daß im Gegensatz zu den bekannten hochtourig arbeitenden Mischmaschinen der genannten Art die Materialzutrittsöffnung und die Materialaustrittsöffnung stirnseitig zur Trommel liegen, und zwar derart, daß diese Öffnungen innerhalb der Kreisfläche sich befinden, die von dem Materialring umgeben wird, ergibt sich der Zustand, daß die gewünschte Materialringbildung in weitestgehendem Ausmaß ohne störende Einflüsse sich vollzieht, und die Mischwerkzeuge der hochtourig arbeitenden Mischwerkswelle üben im Bereich dieses Materialringes die starke Mischbeanspruchung des Materials aus, die für das angestrebte gute Mischerzeugnis von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Vorteilhafterweise werden die Materialzutrittsöffnung und die Materialaustrittsöffnung kreisförmig gestaltet und befinden sich zentral zur Mischwerkswelle. Statt der Kreisringöffnungen können aber auch eine oder mehrere Einzelöffnungen vorgesehen werden, die bei geringerer Öffnungsfläche auch außermittig liegen können. Dadurch, daß diese Öffnungen innerhalb der Kreisfläche sich befinden, die durch den beim Arbeitsprozeß sich einstellenden Materialring umgeben sind, tragen diese entsprechend angeordneten Öffnungen dazu bei, daß im Zusammenhang mit der Drehzahl der Mischwerkswelle auch die Höhe des sich einstellenden Materialringes bestimmt wird. Die Öffnungen müssen andererseits so groß sein, daß sie durch den durch die Maschine wandernden Mischgutstrom niemals ganz ausgefüllt werden, weil anderenfalls diese Öffnungen anstatt einer Durchsatzregulierung durch Überlauf eine Drosselregulierung mit den entsprechenden nachteiligen Folgen zur Folge haben.
Die Mischmaschine gemäß der Erfindung ist also so angeordnet, daß die vom Mischwerk erfaßten und gegen die Trommelwand geschleuderten Materialien die Materialzufuhr nicht mehr beeinflussen können.
Die Größe der Materialaustrittsöffnung bestimmt überwiegend die jeweils im Mischtrog befindliche Materialmenge. Leichte Schwankungen in dieser Materialmenge können bei der Maschine nach der Erfindung nur dann noch auftreten, wenn eine schwankende Materialzugabe erfolgt, ein Zustand, der normalerweise im Dauerbetrieb sich in äußerst engen Grenzen hält.
Die z. B. kreisförmige Austrittsöffnung kann durch eine Staublende geschaffen werden, die auswechselbar angeordnet ist mit anderen Staublenden, deren Austrittsöffnung unterschiedliche Größen aufweisen.
Durch die jeweils erfolgende Wahl der Staublende mit einer bestimmten Austrittsöffnung können bestimmte Verweilzeiten bei gegebenem Durchsatz für das Füllmischvolumen erreicht werden.
Die Durchlaufgeschwindigkeit des Materials selbst ist im allgemeinen gegeben durch ein fließförmiges Verhalten aller Stoffe bei dieser hohen Beweoungsintensität, wobei der Fließdruck durch die hohen Zentrifugalkräfte noch unterstützt wird. Es können aber zusätzliche Bewegungskräfte ausgeübt werden durch eine entsprechende Transportstellung der Mischwerksarme bzw. der an diesen Mischwerksarmen befindlichen Mischwerkzeuge. Diese zusätzlichen Bewegungskräfte können auch erreicht werden durch eine Anordnung des Mischers in einer mehr oder weniger horizontalen oder vertikalen Lage.
Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist es, wenn in der Mischmaschine zusätzlich an der Mischwerkswelle eine oder mehrere mitumlaufende Scheiben angeordnet sind, deren Größe so gewählt ist, daß diese Scheiben beim Arbeitsprozeß in den sich bildenden Materialring eintauchen. Hierdurch erfolgt eine Unterbindung des unkontrollierten Durchtritts leichter oder eventuell schwebender Pulverbestandteile im freien Innenraum des Materialringes. Auch zum Schweben neigende Zumischbestandteile werden auf diese Art und Weise gezwungen, durch den kompakten Materialring hindurchzutreten Hierdurch werden aucb diese Be- standteile in den Mischvorgang zwangsweise mit einbezogen. Durch die hohe Mischintensität werden die Mischgutbestände so nahe zueinander gebracht, daß teilweise Oberflächenkräfte zu einer Mischhaftung führen, in Grenzfällen sogar je nach dem Produkt gewisse Verschweißungen auftreten können.
Die Anzahl dieser umlaufenden Scheiben richtet sich nach der Art des Mischproduktes und der Mischaufgabe. Im allgemeinen dürften drei Scheiben dieser Art völlig ausreichend sein.
Eine in diesem Sinne gemäß der Erfindung ausgebildete Mischmaschine bringt mit ihren hohen Drehzahlen eine Materialbeanspruchung, die es gestattet, auch solche Produkte zu mischen, die entweder durch Mischungsaversion oder durch Agglomeratbildung aller oder eines Bestandteiles eine Mischung im Mikrobereich nur schwer ermöglichen. Durch die hohe Bewegungsintensität und Beanspruchung der Mischkomponenten sind trotzdem äußerst kurze Mischzeiten möglich. Bedingt durch diese kurzen Mischzeiten erübrigt sich in den meisten Fällen eine Abführung der entstehenden Mischreibungswärme durch zusätzliche Kühlmaßnahmen. In solchen Fällen aber, in denen aus irgendwelchen Gründen die Mischzeit etwas länger ausgedehnt werden muß, z. B. bei einer Mischzeit von einer Minute oder mehr, empfiehlt sich bei allen empfindlichen Produkten eine Kühlung der Mischtrommel, unter anderem auch der Mischwelle.
In mancherlei Fällen wird jedoch eine mehr oder weniger starke Erwärmung des Mischgutes sogar erwünscht sein, z. B. dann, wenn das gemischte Produkt anschließend auf Maschinen, wo es notwendigerweise ebenfalls erhitzt werden muß, weiterverarbeitet werden soll, oder aber wenn durch die Mischerwärmung ein Troclaiungsprozeß, sei es in der Abdampfung unerwünschter Flüssigkeiten oder Einarbeitung z. B. irgendwelcher Weichmachungsmittel erzielt werden soll.
Nach der Erfindung ist es ferner anstrehenswert, die Differenzgeschwindigkeit zwischen der Mischt trommelwandung und dem Mischgut herabzusetzen, andererseits aber die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Mischwerk und dem Mischgut zu steigern.
Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die Mitnahmefläche des Mischwerkes zu mindern und die proportionale Reibhaftfläche auf der Trommelwand zu vergrößeren. Der Mischer gemäß der Erfindung kann deshalb mit Mischarmen bzw. Mischwerkzeugen an diesen Mischarmen ausgerüstet werden, die nur einen Teil der Trommeiwandung, z. B. 40 bis 70°lo der Länge dieser Trommel, bestreichen. Die vermeintliche Gefahr, daß sich hier das Mischgut dem Mischvorgang entziehen könnte, ist durch die hohe Mischwerksdrehzahl und die dadurch bedingte Beschleunigung von Mischgutmassenteilchen zu Mischgutmassenteilehen nicht gegeben. Im Gegenteil, diese größere nicht von den Mischwerkzeugen bestrichene Fläche ist von Vorteil, um hier eine gewisse Abbremsung des Mischgutes zu erzielen, so daß anschließend wieder eine entsprechende hohe Differenzgeschwindigkeit zwischen Mischgut und Mischarmen und damit eine entsprechende Massenbeanspruchung gegeben ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erflndungsgegenstandes wiedergegeben. Es zeigt Fig. 1 eine kontinuierlich arbeitende Mischtrommelmaschine im Längsschnitt, Fig.2 einen Schnitt nach der LinieA-A der F i g. 1, in Pfeilrichtung gesehen, F i g. 3 einen Querschnitt B-S mit starrer Austrittsöffnung, ebenfalls in Pfeilrichtung, gesehen, F i g. 4 einen Schnitt gemäß Fig. 3 mit zusätze licher Anordnung von während des Betriebes verstellbaren Einsätzen zur Änderung der Austrittsöffnung.
Der Mischtrog 1 ist mit der Einlaufstirnwand 2 mit Einlauftrichter 3 und der Auslaufstirnwand 4 versehen. In einem kurzen Abstand vor der Auslaufstirnwand 4 befindet sich die Staublende 14, deren Auslauföffnung 5 die Größe des Materialringes bestimmt, der sich dann einstellt, wenn die Mischwerkswelle in eine entsprechend hohe Drehbewegung versetzt wird. Am Auslaufende der Mischtrommel zwischen der Staublende 14 und der Auslaufstirnwand 4 befindet sich der Auslaufstutzen 6 mit zugehörigem Flansch.
In der Einlaufstirnwand 2 befindet sich die Einlauföffnung 7. Diese Einlauföffnung 7 liegt hinsichtlich ihrer Größenausdehnung innerhalb der Kreisringauslauföffnung 5, und diese Einlauföffnung 7 liegt demzufolge auch innerhalb der Kreisringfläche, die durch den beim Arbeitsprozeß entstehenden Materialring umgeben wird.
Die Mischwerkswelle 8 ist mit den Mischarmen 9 versehen, deren freie Enden verschränkt sind, um damit als Mischwerkzeuge zu wirken. Die Mischarme bzw. Mischwerkzeuge können aber im übrigen eine beliebige Ausführung erhalten, und zwar auch so, daß sie eine an die Trommelwand anpressende oder von der Trommelwand abhebende Wirkung haben. Die Mischwerkswelle 8 ist in Lagern 10 gehalten. Im Bereich des Ein- und Austritts in den Mischer ist die Mischwerkswelle 8 mit Rücklaufgewinde 11 versehen. Der Antrieb der Mischwerkswelle 9 erfolgt über die Kupplungshälfte 12. Der Antriebsmotor ist nicht gezeichnet. Statt eines direkt gekuppelten Motors kann aber auch jeder andere beliebige Antrieb Verwendung finden.
Die Drehzahl der Mischwerkswelle wird so gewählt, daß sich die bereits erwähnte Materialringbildung einstellt. Diese Drehzahl entspricht etwa dem vierfachen Wert der kritischen Drehzahl; diese Drehzahl kann jedoch noch höher gewählt werden. Hierbei ist als kritische Geschwindigkeit diejenige Geschwindigkeit zu verstehen, bei welcher in der Trommel umlaufende Massen im höchsten Punkt Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, die der Erdbeschleunigung entsprechen.
Zwischen den Mischwerksarmen 9 befinden sich auf der Mischwerkswelle 8 Scheiben 13, die mit der Mischwerkswelle 8 umlaufen und die in ihrem Durchmesser so groß gehalten sind, daß sie mit ihrer Peripherie in den sich bildenden Material ring hineintauchen.
Die Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 zeigt den Mischtrog 1 mit der Einlaufstirnwand 2 und dem Einlauftrichter 3. Die Einlauföffnung 7 ist in diesem Fall als kreisrunde öffnung gestrichelt eingezeichnet.
Auf der Mischwerkswelle 8 sind in der F i g. 2 zwei Mischarme 9 dargestellt, die um 1800 versetzt sind.
Vorteilhafterweise werden sämtliche Mischarme für dieses System jeweils um 1800 versetzt. Es kann aber auch jeder andere Winkel versetzt vorgesehen werden, vor allen Dingen auch eine schraubenlinienförmige Anordnung, die je nach ihrer Steigungsrichtung ohne besondere weitere Maßnahmen den Materialdurchtritt begünstigt oder hemmt.
In der F i g. 3 ist wiederum der Mischtrog 1 dargestellt mit der Staublende 14 und deren Austrittsringöffnung 5 sowie dem Auslaufstutzen 6. Gemäß F i g. 3 ist die Staublende 14 nicht mit einer Regeleinrichtung versehen zur Veränderung der Größe der Ringöffnung 5. Die Staublende 14 ist jedoch leicht auswechselbar in dem Mischtrogl angeordnet, um die vorhandene Staublende gegen andere Staublenden mit unterschiedlicher Austrittsöffnung austauschen zu können. Durch diese Maßnahmen können unterschiedliche Füllvolumina und unterschiedliche Verweilzeiten des Mischgutes bei konstanter Durchsatzleistung oder Anpassung des Füllvolumens an verschiedene Leistungen erreicht werden.
Die Fig. 4 zeigt eine ganz ähnliche Anordnung wie die Fig. 3, jedoch mit einer Einrichtung, um die Austrittsöffnung auch während des Betriebes hinsichtlich des Austrittsquerschnittes regeln zu können.
Zu diesem Zweck sind auf der Staublende 14 Segmente 15 angebracht, die durch einen gemeinsamen, nicht gezeichneten Mechanismus um die Stifte 16 derart schwenken können, daß sie die Öffnung 5 in ihrem Querschnitt vermindern. Der Deutlichkeit halber sind nur drei Schwenksegmente eingezeichnet.
Es können jedoch so viele Segmente Anwendung finden, daß auch bei Einschwenkung dieser Segmente in die freie Durchtrittsöffnung diese annähernd eine I(reisform beibehält. Man kann sich hier auch einer Regeleinrichtung bedienen, wie sie etwa bei Photoapparaten bekannt ist. Man kann zur Erzielung unterschiedlicher Austrittsöffnungen auch andere bekannte Vorrichtungen verwenden, wie z. B. einen Muconschieber, einzelne radial verstellbare Segmente u. ä.

Claims

Patentansprüche: 1. Mischmaschine zum kontinuierlichen Mischen von Stoffen aller Art, vorwiegend zum Mischen von staubförmigen Stoffen, bestehend aus einer Mischtrommel mit einem Materialzulauf an dem einen Ende und einem Materialabgang am anderen Ende der Trommel sowie mit einer mit einem Antrieb versehenen Mischwerkswelle, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Antrieb der Mischwerkswelle (8) in an sich bekannter Weise mit einer solchen Drehzahl erfolgt, daß an der Trommelinnenwandung sich ein Materialring einstellt und daß die Materialzutrittsöffnung (7) und die Materialaustrittsöffnung (5) derart stirnseitig zur Trommel (1) liegen, daß diese Öffnungen sich innerhalb der Kreisfläche befinden, die von dem Materialring umgeben wird.
2. Mischmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialzutrittsöffnung (7) und die Materialaustrittsöffnung (5) vorzugsweise kreisförmig und zentral zur Mischwerkswelle (8) vorgesehen sind und daß die Materialzutrittsöffnung (7) kleiner ist als die Materialaustrittsöffnung (5).
3. Mischmaschine nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Anordnung einer oder mehrerer mit der Mischwerkswelle (8) umlaufender Scheiben (13), die so groß gehalten sind, daß sie in den während des Arbeitsprozesses entstehenden Materiafring eintauchen.
4. Mischmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerksarme (9) bzw. Mischwerkzeuge an den Enden der Mischwerksarme nur etwa 40 bis 70 O/o der Länge des Mischtroges (1) bestreichen.
5. Mischmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Austrittsöffnung (5) aufweisende Staublende (14) gegen andere Staublenden mit abweichenden Durchmessern der Austrittsöffnungen auswechselbar angeordnet ist.
6. Mischmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (5) der Staublende (14) während des Betriebes hinsichtlich ihrer Größe veränderbar ist, z. B. durch Anordnung verstellbarer Segmente (15).
7. Mischmaschine nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anordnung von an sich bekannten Rücklaufgewinden (11) an der Ein-und Austrittsstelle der Mischwerkswelle (8).
8. Mischmaschine nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anordnung eines an sich bekannten Doppelmantels am Mischtrog (1) zum Zweck des Kühlens oder Erhitzens.
9. Mischmaschine nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Bohrung in der Mischwerkswelle(8), die der Zu- bzw. Abführung eines Heiz- oder Kühlmittels, gegebenenfalls auch der Zuführung von dem Mischgut zuzumischenden Stoffen dient.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 044 757.