-
Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen mehrerer Stoffe Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen mehrerer Stoffe,
insbesondere viskoser Flüssigkeiten, enthaltend eine in einem zylindrischen Gehäuse
angeordnete Schnecke, deren Drehachse mit der Gehäuseachse zusammenfällt.
-
Derartige Mischvorrichtungen finden vorzugsweise in der chemischen
Industrie, beispielsweise bei der Kunststoffherstellung Verwendung. Beim Mischen
viskoser Stoffe wird besonderer Wert auf eine gute, schnelle und homogene Durchmischung
der einzelnen Stoffe, beispielsweise mehrerer Zugabestoffe mit einem Hauptprodukt
gelegt. Insbesondere soll eine Strähnenbildung am Mischerende bzw. eine unzureichende
Homogenität vermieden werden.
-
Es sind bereits verschiedene Mischer mit rotierenden Mischschnecken
bekannt. Die Förderleistung dieser bekannten Einrichtungen ist zwar gut, jedoch
ist die Mischleistung, insbesondere wenn es sich um Einschneckenmaschinen handelt,
durchweg für die meisten Anwendungsgebiete nicht ausreichend. Bei erhöhten Anforderungen
an die Mischleistung sind deshalb bislang stets aufwendige Zusatzmaßnahmen erforderlich,
z. B. die Venvendung von Schnecken-Sonderprofilen (gegebenenfalls mit zugeordneten
zahnartigen Gehäusevorsprüngen, die in die Lücken des Schneckengewindes eingreifen)
oder von Paddelwellen. Häufig wird auch eine Anordnung mit mehreren, teilweise gegenläufigen
Schnecken verwendet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für
viskose Flüssigkeiten geeigneten Mischer zu schaffen, der nur eine einzige, konventionell
konstruierte Schnecke benötigt und der es gestattet, bei verhältnismäßig geringem
Druckverlust und gutem Leistungsvermögen in möglichst kurzer Zeit eine sehr gute,
schonende Durchmischung zu erzielen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß die geometrische Achse der Schnecke exzentrisch zur Drehachse der Schnecke
versetzt angeordnet ist.
-
Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daß bei den bisherigen
Schneckenmaschinen die für die Mischleistung erforderlichen Relativbewegungen innerhalb
des Materials nicht oder nur in sehr geringem Maße gegeben sind. Diese Relativbewegungen
sind bei dem Vorschlag der Erfindung dagegen vorhanden. Durch die exzentrische Anordnung
der Schnecke ergibt sich ein großer Fördereffekt im Bereich des schmalen Spaltes
zwischen den Außenkanten der Schneckengänge und der Gehäuseinnenwandung, während
im Bereich des breiten Spieles zwischen der Schnecke und dem Gehäuse, der dem
schmalen
Spalt gegenüberliegt, sich ein entsprechend verminderter Fördereffekt einstellt.
Demgemäß bewegt sich das Material innerhalb des Mischers in Axialrichtung mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten durch eine vorgegebene Querschnittsebene hindurch, so daß in der
gewünschten Weise eine axiale Relativbewegung innerhalb des Materials gegeben ist.
Zusätzlich dazu bewirkt die exzentrische Schnecke eine Verdrängung des geförderten
Materials in Radialrichtung, wobei das Maximum dieser Verdrängung schraubenförmig
längs der Gehäuseachse vorrückt. Mithin weist die maximale Verdrängung innerhalb
einer vorgegebenen Querschnittsebene zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Richtungen
auf, so daß im zeitlichen Mittel in der besagten Querschnittsebene unterschiedliche
Radialbewegungen erzeugt werden. Darüber hinaus bewirkt die exzentrisch rotierende
Schnecke natürlich auch eine gewisse Bewegung des Materials in Umfangsrichtung,
wobei auch diese letztgenannte Bewegung von dem jeweiligen Abstand zwischen Schnecke
und Gehäuse abhängt. Zusammenfassend findet also eine Überlagerung statt zwischen
veränderlichen Relativbewegungen in axialer und radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung,
was zu dem Ergebnis einer ausgezeichneten Gesamtmischleistung bei guter Förderleistung
führt.
-
Die Querschnittsform des Grundkörpers der bei dem Vorschlag der Erfindung
verwendeten Schnecke kann verschieden ausgebildet sein, beispielsweise als Ellipse,
bei der die Drehachse der Mischschnecke vorzugsweise durch einen der Brennpunkte
verläuft oder auch kreisförmig, wobei dann die Drehachse mit einem Abstand gegenüber
dem Kreismittelpunkt vorgesehen ist. Es sind aber natürlich auch andere
Querschnittsformen
des Schneckengrundkörpers möglich.
-
Zweckmäßig ist die Schneckenwelle im Gehäuse so gelagert, daß die
Schneckengänge im Bereich ihres größten Abstandes von der Rotationsachse nur einen
verhältnismäßig geringen Abstand gegenüber der Gehäusewandung aufweisen, während
im diametral gegenüberliegenden Bereich ein etwas größerer Abstand zwischen Mischschnecke
und Gehäusewandung verbleibt.
-
Zur Erreichung einer bestimmten Mischleistung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können innerhalb des Mischergehäuses mehrere Mischschnecken der erfindungsgemäßen
Form hintereinander vorgesehen sein, bei denen die geometrischen Achsen in unterschiedlichen
Richtungen der gemeinsamen Drehachse exzentrisch versetzt angeordnet sind und bei
denen auch der Abstand der Schneckengänge untereinander unterschiedlich sein kann.
Weiterhin können die Schnecken je nach Wahl der Drehrichtung gegenläufig oder gleichläufig
zur Hauptströmungsrichtung des Gutes wirken.
-
Zur weiteren Verbesserung des Mischvorganges kann im Bereich der
Zuführung der Zusatzstoffe, vorzugsweise an einem Ende des Gehäuses ein Verteilerring
in den Gehäusemantel eingebaut sein, durch den die Zusatzstoffe mit Überdruck in
feiner Verteilung in die Mischvorrichtung bzw. in den in den Mischraum bereits vorher
eingeleiteten Hauptstrom gegeben werden.
-
In der Nähe des Austrittsendes kann die Mischschnecke weiterhin mit
einer axialen Wellenverlängerung ausgerüstet sein, an deren Ende eine mit der Schnecke
rotierende Scheibe angeordnet ist, die mit Oberflächenprofil versehen ist, wobei
die der Scheibe beidseitig in geringem Abstand gegenüberstehende Gehäusewandung
mit entsprechenden Gegenprofilen ausgerüstet ist, die mit der rotierenden Scheibe
der Mischschnecke zusammenwirken und eine nochmalige Durchmischung verursachen.
Ähnliche Profilscheiben können auch kurz nach den Stoffzuführungen im Mischergehäuse
angeordnet sein, um eine Vormischung der einzelnen Bestandteile vorzunehmen.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen
stellen dar Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung
im Längsschnitt, Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls
im Längsschnitt.
-
In F i g. 1 ist im Längsschnitt die Grundform einer Mischvorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt.
-
Innerhalb eines vorzugsweise zylindrischen Mischergehäuses 3 ist eine
rotierend angetriebene Mischschnecke 4 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Mischschnecke einseitig mit einer Antriebswelle 23 in geeigneter Weise in
einem Gehäusedeckel 24 gelagert. Das Wellenlager ist in üblicher Weise durch eine
Stopfbuchse 25 abgedichtet. Natürlich ist es aber auch möglich, die Mischschnecke
4 beidendig zu lagern.
-
Das Gehäuse 3 ist von einem im Prinzip bekannten Heiz- oder Kühlmantel
1 umgeben. Für die Zufuhr und Entnahme des Heiz- bzw. Kühlmediums ist ein Eintrittsstutzen
2 sowie ein Austrittsstutzen 2 a im Kühlmedium vorgesehen. Je nach dem Verwendungs-
zweck
kann aber natürlich gegebenenfalls auch auf eine derartige Heiz- bzw. Kühleinrichtung
verzichtet werden.
-
Die miteinander zu mischenden Stoffe werden in der Nähe des einen
Endes der Mischschnecke über Stutzen S und 6 dem Mischer zugeführt. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind nur Eintrittsstutzen für zwei miteinander zu mischende
Medien vorgesehen. Die Anzahl der Einlaßstutzen hängt natürlich von der Anzahl der
zu mischenden Medien ab. Die zugeführten Stoffe werden in Längsrichtung durch das
Gehäuse 3 geführt und am gegenüberliegenden Ende nach intensiver Durchmischung durch
die Schnecke 4 über einen Austrittsstutzen 7 wieder entnommen.
-
Zur Erzielung einer besonders intensiven Durchmischung ist die Mischschnecke
4 gemäß der Erfindung exzentrisch rotierend gelagert, d. h., die geometrische Achse
29 der Schnecke 4 ist exzentrisch zur Schneckendrehachse 27 angeordnet. Der Querschnitt
des Schneckengrundkörpers 26 kann dabei verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise
kreisförmig ausgebildet sein mit exzentrischer Anordnung der Drehachse 27 oder auch
ellipsenähnlich, wobei dann zweckmäßigerweise die Drehachse durch einen der Brennpunkte
verläuft. Grundsätzlich sind aber auch noch andere Querschnittsformen des Schneckengrundkörpers
26 möglich und geeignet.
-
Auf dem Schneckengrundkörper 26 sind die Schneckengänge 28 in üblicher
Weise gleichläufig oder gegenläufig mit der Bewegungsrichtung der mit einander zu
vermischenden Stoffe angeordnet.
-
Vorteilhaftenveise sind die Dimensionsverhältnisse der Schnecke und
des Mischergehäuses 3 so gewählt, daß der Schneckenbereich mit dem Maximalradius
einschließlich der aufgesetzten Schneckengänge nur etwas kleiner ist als der Innenradius
des Mischergehäuses, so daß bei der Rotation der Schnecke dieser Schneckenbereich
ständig in Umfangsrichtung an der Innenwandung des Mischergehäuses entlang wandert.
-
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß F i g. 2 ist im Prinzip
wie das der F i g. 1 aufgebaut.
-
Aus Gründen der- Übersichtlichkeit sind deshalb gleiche oder gleichwertige
Konstruktionselemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Um bereits eine gewisse Vormischung der Stoffe zu erzielen, werden
bei dem Mischer gemäß F i g. 2 die einzelnen Stoffe in Förderrichtung mit einem
Abstand voneinander zugeführt. So ist der Eintrittsstutzen 6 beispielsweise für
den Hauptstoff am äußeren Ende des Gehäuses 3 und der Eintrittsstutzen 5 für einen
Zusatzstoff mit einem gewissen Abstand gegenüber dem Eintrittsstutzen 6 im Gehäuse
angeordnet. Der Eintrittsstutzen 5 mündet dabei nicht unmittelbar in das Gehäuse,
sondern in einen um den Gehäusemantel herumgeführten Umlaufkanal 8. Im Bereich dieses
Umlaufkanals ist das Mischergehäuse als Lochmantel 9 mit mehreren siebartig angeordneten
Bohrungen versehen. Der einzuführende Zusatzstoff wird unter Überdruck in den Umlaulkanal
8 und durch die Bohrungen des Lochmantels gepreßt.
-
Dadurch gelangt der Zusatzstoff in feiner Verteilung in das Gehäuse
bzw. in den über den Stutzen 6 eingeführten Hauptstrom. Damit findet bereits unmittelbar
im Bereich des Eintritts eine gewisse Vermischung der Stoffe statt. Innerhalb des
Mischergehäuses erfolgt dann die weitere Mischung in der bereits im
Zusammenhang
mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschriebenen vorteilhaften Weise durch die
Schnecke 4.
-
Für eine weitere Verbesserung der Durchmischung ist bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 am Austrittsende vor dem Stutzen 7 ein mit der Schnecke rotierender
Teller 12 vorgesehen, dessen Oberfläche mit noppenartigen Erhöhungen 11 bzw. mit
Rillen versehen ist. Zur Lagerung dieses Mischtellers ist die Schnecke 4 mit einer
wellenförmigen Verlängerung 10 versehen, an deren Ende der Mischteller 12 befestigt
ist. An den Mischteller schließt sich dann der Auslaßstutzen 7 an. Der rotierende
Mischteller bewegt sich innerhalb eines Gehäuses 13, deren innere, dem Mischteller
12 zugekehrte Oberfläche ebenfalls mit noppenartigen Erhöhungen 11 bzw. mit Rillen
versehen sind, wobei die einander zugekehrten Profile jeweils zweckmäßigerweise
ineinandergreifen.
-
Das Gehäuse 13 kann auch mit einem Heiz- oder Kühlmantel versehen
sein. Das aus dem Mischergehäuse 3 austretende durchmischte Medium tritt radial
in die zwischen Teller 12 und Gehäuse 13 bzw. zwischen den Erhöhungen 11 verbleibenden
Zwischenräume ein und gelangt schließlich unter ständiger Durchmischung durch den
rotierenden Teller in den Auslaßstutzen 7.
-
Zur Steigerung der durch den Teller 12 erzielten Wirkung können weitere
in Axialrichtung aufeinanderfolgende Mischteller gleicher oder ähnlicher Ausgestaltung
auf der wellenartigen Verlängerung 10 vorgesehen sein. In entsprechender Weise könnten
im Bereich der Stoffzuführung, d. h. also in Strömungsrichtung unmittelbar hinter
den Eintrittsstutzen 5 und 6, ebenfalls Mischteller vorgesehen sein.
-
Bei den zeichnerisch dargestellten Beispielen ist angenommen, daß
die Schnecken das Material innerhalb des Mischers in Richtung der Schwerkraft abwärts
fördert. Die Schnecke kann jedoch ohne weiteres auch so angeordnet sein, daß sie
das Material gegen die abwärts gerichtete Schwerkraft aufwärts fördert. Bei einer
solchen Anordnung ist in den schmalen Spaltbereichen ein starker Aufwärts-Fördereffekt
vorhanden, während in den breiten Spaltbereichen die Förderwirkung nicht nur entsprechend
dem vergrößerten Abstand zwischen Schnecke und Gehäuse verringert wird, sondern
zusätzlich auch noch durch die der Schneckenförderwirkung entgegengerichtete Schwerkraftströmung.
-
Natürlich lassen sich dabei alle Parameter so aufeinander abstimmen,
daß insgesamt noch eine positive, nach oben gerichtete Förderleistung herauskommt.