DE2428153C3 - Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers, insbesondere Heiz- und Kühlmischers für die chemische Verfahrenstechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers, insbesondere Heiz- und Kühlmischers für die chemische Verfahrenstechnik, mit wenigstens einem um eine zu einer Hauptdrehachse eines Mischwerkes parallelen Achse umlaufenden rotationssymmetrischen Mischwerkzeug, das aus mehreren parallel zur Hauptdrehachse angeordneten Rührstäben besteht und eine planetarische Umlaufbewegung um die Hauptdrehachse ausführt, derart, daß der Drehsinn eines das Mischwerkzeug tragenden Mischwerkzeugträgers umgekehrt zum Drehsinn der Rotation des Mischwerkzeugs in seinem Lager ist. Ein solcher Antrieb ist z. B. aus der DT-PS 3 44 764, die eine Rührvorrichtung, insbesondere für Mayonnaisen u. dgl., beschreibt, bekannt.

Planetenmischer, zu denen der vorgenannte oder auch ein aus der DT-PS 12 04 632 bekannter gehören, haben gegenüber jenen Mischern, die lediglich einen im Zentrum des Mischbehälters rotierenden Flügel od. dgl. aufweisen, den Vorteil, daß auch in der Nähe der Hauptdrehachse des Mischwerks, gegebenenfalls also S der Behältermitte, eine beträchtliche Materialumrührung durch das Mischwerkzeug erfolgt

Man war auf dem einschlägigen Fachgebiet bisher der Ansicht daß zur Erzielung besonders guter Mischergebnisse die Drehzahl des Mischwerkzeugs gegenüber der

ίο Drehzahl der Planetenbewegung oder des Behälters verhältnismäßig hoch sein müsse. Solange keine Erwärmungseinflüsse zu beachten waren, hat eine derartige Betriebsweise auch nicht zu Beanstandungen geführt Soll ein derartiger Mischer jedoch als Heizmischer betrieben werden, bei dem die Mischguterwärmung durch innere und äußere Reibungseffekte im Mischgut und zwischen dem Mischgut und dem Mischwerkzeug hervorgerufen werden soll, dann sind dem Mischer durch die gebotenen Grenzen hinsichtlich der Erwärmung des Mischwerkzeugs an dessen äußeren Enden bei den herkömmlichen Mischern sehr bald Grenzen gesetzt Andererseits ist das Zentrum des Mischwerkzeugs relativ kühl, so daß sich eine ungleichmäßige Wärmeverteilung im Mischwerkzeug und Mischgut ergibt Besonders unangenehm macht sich dies bemerkbar, wenn durch die Materialerwärmung chemische oder physikalische Umsetzungsvorgänge hervorgerufen werden sollen, die dann infolge der ungleichmäßigen Wärmeverteilung ungleichmäßig ablaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art anzugeben, der es sicherstellt, daß an allen Punkten, an denen das Mischgut mit dem Mischwerkzeug in Berührung kommt, die für die Erwärmung maßgebliche Aufprallkomponente gleich groß ist.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß die Winkelgeschwindigkeit des Misch Werkzeugträgers im wesentlichen den gleichen Betrag wie die Winkelgeschwindigkeit mit der das Mischwerkzeug umläuft aufweist.

Betrachtet man sich einen Mischer, der mit einem solchen Antrieb ausgerüstet ist und stellt man sich den Mischbehälter feststehend vor und legt man die

45. Hauptdrehachse des Mischwerks, wie es günstigerweise der Fall sein wird, in die Behälterachse und verfolgt man die Bewegung des Mischwerkzeugs um die Behälterachse, so sieht man, daß das Mischwerkzeug scheinbar überhaupt keine Drehbewegung ausführt. Ein einzelner Punkt auf dem Mischwerkzeug beschreibt exzentrisch um die Behälterachse eine kreisförmige Bahn. Dies ist auc!: der Grund, weshalb man als Mischwerkzeug nicht Flügel oder Rechen verwenden kann, da sich an ihnen nicht in jeder Lage beim Mischgutaufprall die geforderten Bedingungen einstellen können und sie auch nicht den gesamten Behälterquerschnitt erfassen können. Es ist daher notwendig, daß das Mischwerkzeug aus einer Vielzahl von auf wenigstens einem zur Rotationsachse des Mischwerkzeugs zentrischen Kreis ring in vorzugsweise regelmäßigen Abständen angeord neten Stäben besteht, die sich parallel zu den Rotationsachsen erstrecken. Wenn hier von Behälterquerschnitt die Rede ist, so ist damit immer nur der von einem einzelnen Mischwerkzeug überstrichene Quer schnitt des Behälters gemeint.

Die nachfolgenden Betrachtungen gelten, wie schon die vorausgegangenen unter der Annahme, daß die Hauptdrehachse des Mischwerks mit der

Mischbehälteraehse zusammenfällt.

Da gemäß der Erfindung das Mischwerkzeug um seine Rotationsachse bei einem einzelnen Planetenumlauf selbst nur eine einzige Umdrehung ausführt, gestaltet sich der Antrieb besonders einfach. Es genügt eine einfache getriebestarre Verbindung zwischen der Antriebsachse des Mischwerkzeugs und der Behälterachse. So können z. B. auf der Achse des Mischwerkzeugs und der Behälterachse je ein Zahnrad von einander gleicher Größe befestigt sein, die beide in einem gemeinsamen, frei laufenden Verbindungszahnrad kämmen, das an dem Träger gelagert ist, der die Behälterachse und die Mischwerkzeugachse miteinander verbindet und mit dem Mischwerkzeug umläuft Es ist aber auch möglich, auf beiden Achsen je eine Riemenscheibe einander gleichen Durchmessers zu befestigen und um diese einen Riemen zu führen, wobei Riemenscheiben und Riemen zweckmäßigerweise gezahnt sind. Dieser Riemen bewirkt nach Art einer Parallelogrammführung, daß sich die Achse des Mischwerkzeugs in bezug auf die Achse des Behälters bei der Planetenbewegung selbst nicht dreht Siellt man sich das Mischwerkzeug von oben gesehen als eine Kompaßrose vor, dann zeigt beim Umlauf um die Behälterachse dessen Nordpol stets nach Norden. An diesem Beispiel wird der Unterschied des erfindungsgemäßen Mischers gegenüber den bekannten Mischern besonders deutlich.

Ein weiterer wichtiger Vorteil gegenüber den bekannten Antrieben liegt bei der Erfindung darin, daß bei gleichen Behälterabmessungen und gleichen maximalen Aufprallgeschwindigkeiten zwischen Mischgut und Rührstäben die dem Mischgut zum Zwecke der Erwärmung zuführbare kinetische Energie bei Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebs dreimal so hoch ist wie bei Mischern mit bekannten Antrieben.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs liegt darin begründet, daß die einzelnen Rührstäbe des Mischwerkzeugs während eines Umlaufs auf der Planetenbahn von dem Mischgut von allen Seiten umspült werden, weshalb es nicht zu Schattenbildungen und Mischgutanlagerungen an den Rührstäben kommen kann. Damit ist eine lästige Begleiterscheinung der meisten bekannten Mischer vermieden.

Die Erfindung, ihre Wirkungsweise und vorteilhafte Ausgestaltungen seien unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Mischwerkzeug zur Verwendung in einem mit dem erfindungsgemäßen Antrieb ausgestatteten Mischer,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung von Mischwerkzeug und Mischbehälter von oben gesehen,

Fig.3 bis 5 graphische Darstellungen bezüglich der Aufprallvektoren bei verschiedenen Ausführungsformen von Mischern, die mit erfindungsgemäßen Antrieben versehen sind.

Fig.6 und 7 Prinzipdarstellungen für Ausführungsformen von getriebestarren Kupplungen zwischen der Mischbehälterachse und der Antriebsachse des Mischwerkzeugs von oben gesehen.

Ein Mischwerkzeug, dessen Antrieb in der erfindungsgemäßen Weise erfolgen soll, ist perspektivisch in Fig. 1 dargestellt. Dieses Mischwerkzeug 1 besteht aus einer Vielzahl von Stäben 2, die auf einer Mehrzahl von Kreisringen konzentrisch um die Rotationsachse 4 des Mischwerkzeugs in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind und parallel zur Drehachse 4 verlaufen. Die Stäbe 2 sind vorzugsweise nur oben von einer kreisförmigen Platte 3 getragen. Beim Herausheben des Mischwerkzeugs aus dem Behälter kann dann das Mischgut von den freien Enden der Stäbe 2 gut abfallen, z. B. abtropfen.

F i g. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der gegenseitigen Anordnung von Mischwerkzeug 1 und Behälter 5 bei einem mit einem erfindungsgemäßen Antrieb ausgerüsteten Mischer. In der Zeichnung ist im Behälter 5 nur ein einziges Mischwerkzeug 1 dargestellt, es sei jedoch

ίο betont, daß bei den dargestellten Abmessungen diametral gegenüber dem einen Mischwerkzeug zweckmäßigerweise noch ein zweites im Behälter angeordnet ist Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Mischwerkzeugs etwa die Hälfte des Behälterdurchmessers D. Die Exzentrizität e der Achse P des Mischwerkzeugs 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dann etwa DIA. Das Mischwerkzeug 1 berührt somit annähernd die Achse O des Mischbehälters 5 und die Innenwand 6 am Punkt R. Die Bewegungsrichtung der Planetenbew%:j ung der Achse P und die Rotationsrichtung des Misch.ve-kzeugs I um seine Achse P sind durch entsprechende Pfeile in F i g. 2 dargestellt.

Fig.3 zeigt eine graphische Darstellung der Größe der Aufp^rallvektoren, wie sie an einem Mischwerkzeug nach den F i g. 1 und 2 auftreten. An der gestrichelten Linie 7 enden diejenigen Vektorpfeile, die sich ergeben, wenn man das Mischwerkzeug mit starrer Achse um die Behälterachse O herumführt. Die Bahngeschwindigkeit hat den Wert O im Mittelpunkt O der Rotationsbewegung und seinen Maximalwert V>am Punkt R, d. h. nahe des Behälterrandes.

Dieser Drehbewegung überlagert ist eine zweite Drehbewegung, deren Drehpunkt P im Abstand von DIA von der Behälterachse O entfernt liegt. Die Winkelgeschwindigkeit dieser Drehbewegung, die genauso groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit ω der Pianetenbewegung, führt zu einer maximalen Geschwindigkeit von Vmj, die sich aufgrund des gewählten Drehsinnes von der Geschwindigkeit, die durch die Plan .tenbewegung hervorgerufen wird, abzieht. Die Enden der Vektorpfeile, die dieser Rotationsbewegung des Mischwerkzeugs entsprechen, liegen auf der strichpunktierten Linie 8a. Da sich die Vektoren voneinander abziehen, ergeben sich resultierende Vektoren, die zwischen den Linien 7 und 8a liegen und über den gesamten Halbmesser D/2 des Behälters gleiche Größe haben, wie die Pfeile zwischen den Linien 7 und 8a zeigen. Die resultierende Geschwindigkeit V_r ist genauso groß wie die Bahngeschwindigkeit, mit der die Achse Pdes Mischwerkzeugs 1 um die Behälterachse O kreist.

F i g ■■} zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mischers, bei dem der Durchmesser des Mischwerkzeugs kleiner als beim zuvor beschriebenen Ausführungs'ue^:spiel ist. Eine solche Ausführungsan kommt dort in Betracht, wo die Behälterachse keinen vernachlässigbaren Durchmesser hat, wo beispielsweise der Mischwerkzeugträger an einer Welle gelagert ist, die durch einen hohlen Zapfen im Mischbehälter verläuft. Die Exzentrizität der Rotationsachse P des Mischwerkzeugs ist daher größer als im vorgenannten Beispiel, bei gleiche! Winkelgeschwindigkeit ist daher die Maximalgeschwindigkeit Vjwi» die sich am äußeren Rand des Mischwerkzeugs ergibt, kleiner als beim vorgenannten Beispiel. Die resultierende Aufprallgeschwindigkeit V_r ist daher größer als beim vorgenannten Beispiel, weshalb in F i g. 4 die zueinander parallelen Linien 7 und Sb bei

gleicher Größe von Vp einen größeren Abstand aufweisen als beim vorgenannten Beispiel.

F i g. 5 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Exzentrizität des Mischwerkzeugs kleiner ist als D/4, der Durchmesser des Mischwerkzeugs also größer ist als der Halbmesser des Behälters. Die Winkelgeschwindigkeiten von Planetenbewegung und Mischwerkzeugdrehung haben wiederum gleiche Größe und sind wieder einander entgegengerichtet. Wieder ergeben sich zwei parallellaufende Linien 7 und 8c, die Maximalgeschwindigkeit Km₁. am äußeren Ende des Mischwerkzeugs ist daher größer als im erstgenannten Beispiel. Die resultierende Aufprallgeschwindigkeit V₁. ist daher kleiner als in den beiden vorgenannten Beispielen.

Man sieht aus den F i g. 3 bis 5, daß bei Befolgung der von der Erfindung gegebenen Lehre bei beliebigen Exzentrizitäten e des Mischwerkzeues über den ganzen vom Mischwerkzeug iiberstrichenen Bereich sich konstante Aufprallgeschwindigkeiten an den Rührstäben ergeben. Die diesen Figuren entsprechenden verschiedenen Ausführungsformen bei gegebenen Behälterabmessungen und Drehzahlen jedoch unterschiedliche Aufprallgeschwindigkeiten. Soll daher ein erfindungsgemäßer Mischer so betrieben werden, daß gerade die maximal zulässige Aufprallgeschwindigkeit an den Rührstäben erreicht wird, so sind die Drehzahlen im Beispiel nach Fig.4 im Vergleich zum Beispiel nach Fig.3 entsprechend herabzusetzen, im Beispiel nach F i g. 5 entsprechend heraufzusetzen.

Es ist bereits erwähnt worden, daß die Kupplung von Behälterachse und Antriebsachse des Mischwerkzeugs bei dem erfindungsgemäßen Mischer in besonders einfacher Weise möglich ist. Ausführungsbeispiele hierfür sind in den F i g. 6 und 7 dargestellt. F i g. 6 zeigt eine gegenseitige Verkupplung von Hauptdrehachse C und Drehachse 4 des Mischwerkzeugs t über eine Zahnradanordnung, bestehend aus einem starren, mit der Behälterachse verbundenen Antriebszahnrad 9 und einem mit der Antriebsachse des Mischwerkzeugs 1 starr verbundenen Ritzel 10 von gleichem Druchmesser

ίο wie das Antriebszahnrad 9. Beide Zahnräder kämmen mit einem gemeinsamen Zwischenzahnrad 11, das in dem um die Hauptdrehachse O drehbar gelagerten, ir der Zeichnung nicht dargestellten Haltearm für das Mischwerkzeug 1 frei drehbar gelagert ist.

Fig. 7 zeigt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hauptdrehachse O und der Drehachse 4 des Mischwerkzeugs 1 über zwei Riemenscheiben 12 und 13 die jeweils starr mit den zugehörigen Achsen verbunder sind und gleichen Durchmesser aufweisen. Über diese isi ein Riemen 14 gelegt. Er stellt eine Verbindung zwischen den Riemenscheiben 12 und 13 her nach An einer Parallelogrammführung, die, wie auch in derr Ausführungsbeispiel nach Fig.6, bewirkt, daß bei dei Planetenbewegung in Pfeilrichtung A sich das Misch werkzeug 1 in entgegengesetzter Richtung B dreht unc somit ir bezug auf die Behälterachse überhaupt kein« Drehbewegung vollführt.

Es ist auch möglich, die Kupplung zwischer Planetenbewegung und Drehbewegung durch ändert Maßnahmen, z. B. von außerhalb des Behälters her zi steuern, z. B. durch miteinander synchronisierte Einzel antriebe.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers, insbesondere Heiz- und Kühlmischers für die chemische Verfahrenstechnik, mit wenigstens einem um eine zu einer Hauptdrehachse eines Mischwerkes parallelen Achse umlaufenden rotationssymmetrischen Mischwerkzeug, das aus mehreren parallel zur Hauptdrehachse angeordneten Rührstäben besteht und eine planetarische Umlaufbewegung um die Hauptdrehachse ausführt, derart, daß der Drehsinn eines das Mischwerkzeug tragenden Mischwerkzeugträgers umgekehrt zum Drehsinn der Rotation des Mischwerkzeugs in seinem Lager ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit {ω_ρ des Mischwerkzeugträgers im wesentlichen den gleichen Betrag wie die Winkelgeschwindigkeit (o>m), mit der das Mischwerkzeug umläuft, aufweist

2. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptdrehachse (0) und der Drehachse (4) des Mischwerkzeugs (1) eine getriebestarre Verbindung besteht

3. Antrieb für Mischwerkzeug.^ eines Mischers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß auf dem um die Hauptdrehachse (0) umlaufenden Mischwerkzeugträger die Drehachse (4) des Mischwerkzeugs (1) mit einem starr daran befestigten Ritzel (10) angeordnet ist wobei das Ritzel mit einem auf dem Mischwerkzeugf-äger frei laufend gelagerten Zwischenzahnrad (11) kämmt, das seinerseits von einem starr mit der Hauptdrehachse verbundenen Antriebszahnrad (9) angetrieben ist, und daß der Durchmesser für das Ritzel und das Antriebszahnrad gleich groß sind.

4. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß auf der Hauptdrehachse (0) und der Drehachse (4) des Mischwerkzeugs (1) starr je eine Riemenscheibe (12, 13) einander identischen Durchmessers befestigt sind, um die ein Riemen (14) gelegt ist.

5. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen (14) unc die Riemenscheiben (12, 13) gezahnt sind.