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Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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In der Verfahrenstechnik ist es eine bekannte Aufgabe, verschiedene Stoffe in einer Mischeinrichtung homogen miteinander zu vermengen und homogen zu verteilen. Verschiedenste Ausgangsmaterialien mit unterschiedlichen Aggregatzuständen, physikalischen, sowie chemischen Eigenschaften werden dazu in einer dafür vorgesehenen Mischeinrichtung dosiert, wobei das Mischungsverhältnis der verfahrenstechnischen Aufgabe in der Weise angepasst wird, um das gewünschte homogene Mischungsprodukt, mit den gewünschten Eigenschaften in der vorgesehenen Konsistenz zu erhalten.
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Bei der Vermischung von Edukten mit unterschiedlichen Aggregatzuständen, bei der granulare, stückige oder pulverige Feststoffe, welche feste oder auch elastische Konsistenz besitzen, mit pastösen oder flüssigen Stoffen vermischt werden, wird, je nach Mischungsverhältnis und Eigenschaften der Ausgangsstoffe in der Mischeinrichtung ein Mischprodukt erzeugt, welches in seinen physikalischen Eigenschaften, trocken, pastös oder flüssig vorliegt. In der Regel wird dabei angestrebt, eine möglichst homogene Verteilung und homogene chemische und/oder physikalische Eigenschaften des Produktes zu erzielen. Störend auf die Produkteigenschaften können sich dabei Bereiche inhomogener Verteilung der Edukte, oder Agglomeratbildungen, welche durch adhäsive Eigenschaften, oder die Neigung zur Agglomeratbildung eines oder mehrerer Edukte verursacht werden. Die Aufgabe einer dafür geeigneten Mischeinrichtung ist es eine möglichst homogene Verteilung mindestens zweier zu mischender Edukte zu ermöglichen und aufgrund der Eigenschaften der Mischeinrichtung Agglomeratbildung der Edukte schon während des Mischvorganges zu verhindern, oder vor Ende des Mischvorganges wieder aufzulösen. Des weiteren wird von der Industrie gefordert, dass dieser Mischvorgang in einer möglichst kurzen Zeit und in einer möglichst kompakten Mischeinrichtung ermöglicht wird.
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Es sind seit langem Mischeinrichtungen bekannt, welche eine oder mehrere, in Längsrichtung der Mischerhauptförderungsachse angeordnete, drehbare Wellen aufweisen, z. B. Einwellenmischer oder Doppelwellenmischer. An den Umfang dieser Wellen werden zwecks Durchmischung der Edukte Mischpaddel in unterschiedlichster Form angebracht, welche die Aufgabe haben das Mischgut infolge ihres Eintauchens in das Mischgut partiell zu beschleunigen und durch die dabei auftretenden Differenzgeschwindigkeiten und Scherkräfte im Mischgut eine homogene Durchmischung zu erreichen. Gleichzeitig ist es bei den beschriebenen und dabei kontinuierlich arbeitenden Mischeinrichtungen nötig, dem Mischgut eine zur Mischerachse parallele Geschwindigkeitskomponente aufzuzwingen. Dies wird in der Reget dadurch erreicht, dass die genannten paddelförmig gestalteten Mischelemente am Umfang der drehbaren Welten mehr oder weniger schräg zur Drehachse angestellt werden. Diese Schrägstellung hat bei -drehung der Welle, oder der Wellen zur Folge dass die Mischpaddel das Mischgut, ähnlich einer schraubenförmigen Bewegung von der Aufgabeöffnung der Edukte zur Austrittsöffnung des fertigen Produktes fördern. Dies bedeutet für diese Mischeinrichtung, dass die hauptsächlich für die Mischung verantwortlichen Werkzeuge in der Mischeinrichtung, gleichzeitig Misch- und Förderaufgaben zu bewältigen haben. Insbesondere, jedoch nicht darauf beschränkt, in Anwendungen, bei denen feste Edukte mit einem oder mehreren pastösen Edukten vermischt werden sollen, können mehr oder weniger starke Adhäsionsneigungen des Mischgutes auftreten, welche oftmals in der Lage sind an den Mischpaddel anzuhaften und diese mit einer mehr oder minder starken Schicht zu bedecken. Bei Edukten welche in Ihrer Mischung zum Aushärten neigen, können diese Anhaftungen hart werden und zu einer dauerhaften Schicht an den Mischpaddel führen. Unkontrolliertes Abbrechen eines Teiles dieser ausgehärteten Anhaftung an den Mischpaddel kann dazu führen, dass das fertige Produkt mit Klumpen verunreinigt wird und dieses im schlimmsten Fall für den weiteren Prozess unbrauchbar wird. Anhaftungen an den Mischpaddel können aufgrund ihrer unkontrollierten Änderung an der äußeren Form der Mischpaddel dazu führen, dass die Mischqualität beeinträchtigt wird und das Produkt nicht die geforderten Eigenschaften wie Homogenität und Agglomeratfreiheit aufweist. Ebenso ist es aus dem gleichen Grund möglich, dass die Förderungseigenschaften der Mischpaddel verringert oder gar aufgehoben wird, wodurch die Kapazität des Mischers beeinträchtigt wird oder im schlimmsten Fall Verstopfungen der gesamten Mischeinrichtung auftreten. Ebenso können dabei auftretende mechanische Belastungen, Beschädigungen an Antrieben, Getrieben, Lagern, Wellen oder Mischpaddel hervorrufen. Um die vorgenannten Probleme zu beseitigen, wurden in der Vergangenheit mehrere Lösungen vorgeschlagen. Bei Mischeinrichtungen mit lediglich einer drehbar angeordneten Welle werden in ausgeführten Mischeinrichtungen, am äußeren Umfang der Mischeinrichtung beispielsweise sogenannte Rotor-Stator oder Zerhacker eingebaut. Diese bestehen aus, im Verhältnis zu den Haupt-Mischpaddel, kleine, sich drehende, Schneidmesser befinden sich in den Zonen am Umfang der Mischeinrichtung, welche durch die Mischpaddel der Hauptmischwelle nicht überstrichen werden. Diese haben die Aufgabe, Mischgut welches in ihren Wirkungsbereich gefördert wird, zu zerkleinern und dadurch die Agglomeratfreiheit des Mischproduktes zu gewährleisten. Diese Zerkleinerungseinheiten haben jedoch den Nachteil, dass eine gezielte Förderung des Mischgutes in den Wirkungsbereich der Rotor-Stator Zerhacker nicht stattfindet und daher nur einen mehr oder minder großen Anteil des Mischgutes bearbeiten können. Eine Agglomeratfreiheit kann daher nicht gewährleistet werden. Eine Reinigung der Mischpaddel der Hauptmischwelle ist mit diesem Verfahren nur unzureichend möglich. Bei Mischeinrichtungen mit mindestens zwei parallel angeordneten Mischwellen, sogenannten Doppelwellenmischern, wird der Achsabstand in der Regel so gewählt, dass die Mischpaddel der benachbarten Mischerwellen ineinander kämmen. Diese Anordnung hat zur Folge, dass der Umfang der an den drehenden Mischwellen angeordneten Mischpaddel wechselweise in den Umfang der benachbarten Welle eingreift. Dadurch sollen Verklebungen und Verklumpungen an benachbarten Mischpaddel entfernt werden und die Mischqualität und der Durchsatz der Mischeinrichtung aufrecht erhalten werden. Diese Anordnung weist jedoch den Schwachpunkt auf, dass infolge die zur Mischerachs-parallelen Förderung des Mischgutes notwendige Schrägstellung der Mischpaddel einen ausgedehnten achsparallelen Bereich an den Mischpaddel erzeugt, welcher nicht von an benachbarten Mischerwellen angebrachten Mischpaddel überstrichen werden kann, ohne eine Kollision der Mischpaddel zu verursachen. Dieser Umstand hat in der Praxis zur Folge, dass zwar durch das ineinander greifen der Mischpaddel eine Verstopfung der Mischeinrichtung durch übergroße Klumpenbildung verhindert wird. Anhaftungen an den Mischerpaddel können durch diese Methode nicht wirksam genug unterbunden werden, mit all den bereits beschriebenen Nachteilen für den Mischprozess.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Mischeinrichtung hoher spezifischer Leistung vorzustellen, welche auch und insbesondere bei der Mischung von einem oder mehreren Feststoffen mit einem oder mehreren pastösen, dampfförmigen oder flüssigen Mischgütern ein dauerhaft homogenes, agglomeratfreies und klumpenfreies Mischprodukt zu erzeugen. Ebenso soll durch die vorgeschlagene Ausführung die Anhaftung von Mischgut wirkungsvoll unterbunden werden, sodass die Mischqualität der Mischeinrichtung dadurch in keiner Weise beeinträchtigt werden kann.
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Die in (005) genannten Aufgaben werden durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
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Die vorgeschlagene, im bevorzugten Anwendungsbereich kontinuierlich arbeitende, Mischeinrichtung weist in Mischer-Hauptförderrichtung zwei Sektoren auf, wobei im ersten Sektor lediglich die Förderung der feststofflichen Mischedukte durch die gesamte Mischeinrichtung bewerkstelligt wird (Fördersektion). Im zweiten Sektor werden in der erfindungsgemäßen Ausführung zu dem, oder zu den festen Mischgütern, weitere feste, flüssige, gasförmige oder pastöse Mischedukte beigefügt. Der zweite Sektor übernimmt dabei lediglich die Aufgabe der Durchmischung, der vorher eingebrachten und zu mischenden Stoffe (Mischsektion). Das Produkt des durch die erfindungsgemäße Mischeinrichtung erzeugt wird, kann dabei trocken pulverig, feucht, pastös und flüssig sein, wobei die festen Edukte sowohl harte Feststoffe, elastische Feststoffe sowie plastisch verformbare Feststoffe sein können. Es ist zwar bekannt, bei den in Abschnitt (004) bereits beschriebenen Doppelwellenmischern im Einlaufbereich eines oder mehrerer Feststoffe Fördereinrichtungen, vorzugsweise kurze Schneckenförderer einzusetzen. Diese weisen aber nicht die erfindungsgemäße funktionelle und damit verfahrenstechnische Trennung vom Mischraum auf. Daher können diese nicht wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, ohne die Mitwirkung, der an den drehbaren Wellen angeordneten Mischelemente die Förderung des Mischgutes gewährleisten.
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Das erfindungsgemäße Merkmal der Trennung von Bereichen in der Mischeinrichtung welche die Aufgabe zur Förderung des Mischgutes übernehmen und Bereiche die ausschließlich die Durchmischung der Mischedukte übernehmen, beinhaltet den Vorteil, dass die jeweiligen, dazu nötigen Anlagenteile perfekt und ohne Kompromisse für ihre Aufgabe gestaltet werden können. Ebenso ist es dabei nicht unbedingt nötig, dass die Fördereinrichtung eine mechanische Verbindung mit den Mischelementen der Mischsektion aufweist. Es ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Fördereinrichtung die Förderung des Mischgutes ohne separate Förderwirkung der Mischelemente in der Mischsektion übernimmt. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich die Mischerwellen nicht parallel zur Förderrichtung der Fördersektion ausführt, wodurch eine besonders variable Gestaltung der gesamten Fördereinrichtung ermöglicht wird, die je nach Anwendung und Platzverhältnissen vorteilhaft sein kann. Dadurch, dass nicht ausschließlich makroskopisch trockene und nicht adhäsive Mischgüter erst im zweiten Bereich der Mischsektion eingebracht werden, wird gewährleistet, dass in der Fördersektion keine nennenswerten Anhaftungen an den sich drehenden Förderelementen entstehen. Bei der Gestaltung der Fördereinheit muss daher nicht gesondert auf deren Fähigkeit zur Selbstreinigung geachtet werden, da das Adhäsionspotential rein makroskopisch trockener Medien in der Regel sehr gering ist. Das makroskopisch trockene Milieu in der Fördersektion sorgt daher dafür, dass die Förderleistung des gesamten Mischers dauerhaft und sicher gewährleistet wird. Um die Förderung des Mischgutes durch die gesamte Mischsektion zu ermöglichen, muss bei der Wahl des geeigneten Förderprinzips darauf geachtet werden, dass dieses eine ausreichend Schubkraft auf das Mischgut ausüben kann. In einer vorzugsweisen Gestaltung der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung wird die Fördersektion als geschlossene Förderschnecke gestaltet. In besonders bevorzugter Gestaltung weist der Schneckenförderer in Förderrichtung nach dem Einlaufschacht oder den Einlaufschächten des Mischgutes im Förderschneckenrohr eine etwas geringere axiale Steigung der Schneckenwendeln auf. Aufgrund des dadurch erzeugten geringeren Fördervolumens wird eine erhöhte Reibung mit dem Förderschneckenrohr erzeugt, wodurch der maximale Förderdruck erhöht wird.
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In der zweiten Sektion hingegen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen oder mehrere nicht ausschließlich trockene Stoffe über eine geeignete Zugabeöffnung dem, die Fördersektion verlassenden und in die Mischsektion eintretenden Stoffstrom beizumengen. Die Mischsektion übernimmt, dabei lediglich die Aufgabe diese Stoffe möglichst homogen und agglomeratfrei zu mischen. Die aufgabenspezifische Gestaltung der Mischelemente in der Mischsektion führt ebenso dazu, dass die spezifische Mischungsleistung in Verhältnis zur Größe der gesamten Mischeinrichtung erheblich gesteigert werden kann, ohne Einbußen bei der Qualtät des Mischproduktes zu erleiden. Die Ausgestaltung der an einer oder mehrerer drehbaren Wellen angeordneten Mischelemente in der Mischsektion kann in der erfindungsgemäßen Ausführung ohne eine Schrägstellung zur Wellenachse und damit Hauptförderungsachse in der Mischeinrichtung erfolgen, da die Mischelemente in der Mischsektion keine Förderwirkung auf das Mischgut ausüben müssen. Dies hat zum einen zur Folge, dass die mögliche Relativgeschwindigkeit und damit die in das Mischgut eingebrachten Scherkräfte wesentlich erhöht werden können. Dadurch wird im Vergleich mit konventionellen Mischeinrichtungen ein homogenes und agglomeratarmes Mischprodukt ermöglicht. Zum zweiten wird eine ausgeprägte Schattenbildung am Umfang der Mischelemente, an der eventuell adhäsives Mischgut großflächig anhaften könnte, verhindert. In erfindungsgemäßer Ausführung greifen Mischelemente benachbarter drehbarer Wellen aufgrund ihrer bei der Drehung derselben beschreibenden Umlaufkreises in der Art ineinander, dass durch die dabei verursachte Scherwirkung benachbarter Mischelemente eine Selbstreinigung der Mischelemente erfolgen kann. Durch die fehlende Schrägstellung der Mischelemente zur Hauptförderachse kann der Abstand der einzelnen Mischelemente so klein gewählt werden, dass unter Berücksichtigung eines axialen Minimalabstandes in Hauptförderrichtung, die Selbstreinigung der Mischelemente außerordentlich effektiv gestaltet werden kann. Eine Verstopfung des Förderweges in Förder- und Mischsektion einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung ist somit ausgeschlossen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigt:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung in bevorzugter Ausführungsform.
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2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung in bevorzugter Ausführungsform
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3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung durch die Mischsektion in bevorzugter Ausführungsform
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3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung durch die Fördersektion in bevorzugter Ausführungsform
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Die In 1, 2, 3, 4 dargestellte Mischeinrichtung weist erkennbar eine räumliche Abgrenzung und funktionelle Trennung der Fördersektion 1 und Fördersektion 6 auf. In der Fördersektion 1 werden über eine oder mehrere geeignete Einlauföffnungen 2, makroskopisch trockene und zu vermischende Feststoffe der Mischeinrichtung beigefügt. Die Fördereinrichtung 3, welche in bevorzugter Ausführungsform aus an einem zwei oder mehreren drehbaren Mischerwellen 4 angeordneten Schneckenförderer 3 besteht, und durch einen oder mehrere Antriebe 5 in Rotation versetzt wird, fördert das Mischgut durch die Fördersektion 1 in die Mischsektion 6. In der Mischsektion 6 wird über eine oder mehrere geeignete Zuführungsöffnungen 8, makroskopisch trockenes oder in bevorzugter Ausführungsform feuchtes, pastöses oder flüssiges zu vermischendes Mischgut der Mischeinrichtung beigemengt. Es ist ebenfalls Bestandteil der erfindungsgemäßen Ausführung, dass die Fördersektion 1 und die Mischsektion 6 mit voneinander getrennten Mischerwellen 4 ausgeführt wird. In diesem Fall werden an beiden Sektionen Antriebe 5 angebracht. Dies hat zudem den Vorteil, dass die Drehgeschwindigkeit für beide Sektoren separat abgestimmt werden kann. Durch die ständige, durch die Fördereinheit/Fördereinheiten 3 erzwungene Nachförderung von trockenem Mischgut in die Mischsektion 6 wird das gesamte Mischgut durch die Mischsektion 6 bis zur Auslassöffnung 10 gedrückt, aus der das nun homogene Mischungsprodukt die Mischeinrichtung verlässt. In der Mischsektion 6 sind an einer oder in bevorzugter Ausführungsform mindestens zwei Mischerwellen geeignet gestaltete Mischelemente 7 angebracht. Diese verursachen durch ihre von der Drehung der Mischerwellen 4 erzeugte Bewegung durch das Mischgut eine Relativbewegung und Scherwirkung im Mischgut, wodurch das Mischgut homogenisiert wird. Ebenfalls Bestandteil einer erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin die Mischelemente 7 als Pflugschare, Mischzinke oder in einer anderen Form auszuführen, welche je nach Mischprozess als vorteilhaft erscheint. Die in 2 und 3 ersichtliche Überschneidung der sich durch die Rotation der Mischerwellen 4 ergebenden Wirkungsumkreise der Mischelemente 7 erzeugt ein Ineinander greifen benachbarter Mischelemente 7. Dieses ermöglicht aufgrund des vorzugsweise geringen Abstandes voneinander, eine hervorragende Selbstreinigung von eventuell adhäsiv anlagerndem oder anhaftendem Mischgut. Ebenfalls Bestandteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist es, dass am Umfang der Mischerwellen 4 in der Mischsektion 6 mehrere Mischelemente 7 in einer Ebene angebracht werden. Ebenso ist es Bestandteil der Erfindung, dass bei Anordnung von mindestens zweier Mischwellen 4 in der Mischsektion, auch in einem nicht parallelen Winkel zueinander angeordnet werden können. Dieses kann für bestimmte Anwendungen sinnvoll sein um eine konische Verjüngung oder Erweiterung des Mischerraumes zu erreichen.
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In 5 ist exemplarisch die Anordnung eines Mischelementes 12 einer in (004) erwähnten konventionellen Mischeinrichtung auf einer drehbaren Mischerwelle 11 dargestellt. Deutlich erkennbar ist die Schrägstellung der Mischelemente 12 zur Hauptförderrichtung parallel zur Mischerwelle 11. Diese ist nötig um dem Mischgut eine Geschwindigkeitskomponente aufzuprägen und die aktive Förderung des Mischgutes durch die Mischeinrichtung zu ermöglichen. Aufgrund der oben erwähnten Schrägstellung der Mischelemente 12 wird ein Schattenbereich 13 vor und hinter den Mischelementen 12 erzeugt, welcher nicht durch benachbarte Mischelemente 12, die an parallelen Mischerwellen 11 angebracht sind gereinigt werden können.
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In 6 ist die exemplarische Anordnung eines Mischelementes 7 welches an einer Mischwelle 4 angebracht ist in erfindungsgemäßer Ausführung. Durch die zur Hauptförderungsrichtung rechtwinklig angeordneten Mischelemente 7, ohne die in 6 dargestellte und zur Förderung des Mischgutes notwendige Schrägstellung des Mischelementes 12 einer in (004) erwähnten konventionellen Mischeinrichtung, wird der in 6 dargestellte Schattenbereich 14 fast vollständig vermieden. Dadurch bedingt, ist die mögliche Selbstreinigung der Mischelemente 7 in der erfindungsgemäßen Ausführung stark verbessert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fördersektion
- 2
- Einlauf Trockenstoffe Fördersektion
- 3
- Förderelemente
- 4
- Mischerwellen
- 5
- Antrieb Mischerwellen
- 6
- Mischsektion
- 7
- Mischelemente
- 8
- Einlauf Mischgüter Mischsektion
- 9
- Umlaufkreis Mischelemente
- 10
- Auslauf Mischsektion
- 11
- Mischerwelle konventioneller Mischer
- 12
- Mischpaddel konventioneller Mischer
- 13
- Schattenbereich konventionelles Mischelement
- 14
- Schattenbereich Mischelement erfindungsgemäßer Mischer
