DE2720685A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von teilchenfoermigem material - Google Patents

Description

William Boulton Limited A 35 719 6O/st

a British Company of Providence
Engineering Works

Navigation Road, Burslem, Stoke-on-Trent Staffordshire, England

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von teilchenförmigem Material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von teilchenförmigem Material, nach Patent ... (Patentanmeldung P 22 26 973.4).

Es sind verschiedene Arten von Mischmaschinen zum Mischen von Granulaten oder anderen körnigen Materialien bekannt. Einige solcher Maschinen arbeiten durch Aufbringung einer Vibrationsbewegung auf eine zu mischende Materialcharge, die in einer Misch- oder Behandlungskammer vorgesehen ist. Derartige Maschinen arbeiten zwar bei einer Mischung unterschiedlicher granulatförmiger Materialien oder unterschiedlicher pulverförmiger Materialien zufriedenstellend, wenn die zu mischenden Materialien eine ähnliche Dichte aufweisen, jedoch ergeben sich Probleme beim Mischen von Materialien unterschiedlicher Dichte dadurch, daß diese Materialien eine Neigung zur Trennung besitzen, wobei sich das schwerere Material am Boden des Behandlungsgefäßes sammelt, während das leichtere Material zur Oberseite des Gefäßes hin aufsteigt.

Im Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 22 26 973.4) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Granulat mit pulverförmigem Material bekannt, wobei eine Charge aus Granulat und pulverförmigem Material in ein Gefäß einge-

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führt wird, das einer komplexen Vibrationsbewegung ausgesetzt ist, die eine drehende Oszillation um eine im wesentlichen vertikale Achse mit einer aufwärts und abwärts gerichteten Bewegungskomponente aufweist, wodurch die Charge entlang einer Bewegungsbahn geführt wird und dabei kreisförmige Bewegungen in im wesentlichen vertikalen Ebenen ausführt, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Gutes entlang der Bewegungsbahn liegen.

Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren zum Mischen von Materialien mit unterschiedlicher Dichte verwendet werden kann, ohne daß eine Auftrennung der Materialien in der weiter oben erläuterten Weise auftritt.

Daher betrifft die Erfindung eine Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatents ... (Patentanmeldung P 22 26 973.4) und schafft ein Verfahren zum Mischen von Materialien mit unterschiedlicher Dichte, bei dem eine Charge aus Materialien unterschiedlicher Dichte in ein Behandlungsgefäß eingeführt und das Behandlungsgefäß einer komplexen Vibrationsbewegung mit hoher Frequenz und geringer Amplitude ausgesetzt wird, wobei die Vibrationsbewegung eine kreisförmige Oszillation um eine im wesentlichen vertikale Achse mit einer aufwärts und abwärts gerichteten Bewegungskomponente aufweist.

Die Vibrationsbewegung hat bevorzugt eine Frequenz in der Größenordnung von 900 bis 3000 Umdrehungen pro Minute bzw. 15 bis 50 Hertz und eine Amplitude zwischen etwa 0,4 mm und 9,5 mm.

Mit der Erfindung wird weiterhin eine Mischvorrichtung geschaffen, die eine federnd gelagerte Behandlungskammer und eine Einrichtung zur Erteilung einer komplexen Vibrationsbevegung mit hoher Frequenz und geringer Amplitude an die Kammer auf, vobei

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die Vibrationsbewegung eine kreisförmige Oszillation um eine im wesentlichen vertikale Achse mit einer aufwärts und abwärts gerichteten Bewegungskomponente aufweist.

Vorzugsweise sind in der Kammer feste Ablenkelemente angebracht, welche die Ausbildung von Toträumen im mittleren Bereich der Materialcharge vermeiden sollen.

Die Behandlungskammer ist bevorzugt in Draufsicht ringförmig mit aufrechten inneren und äußeren Wänden und einem bogenförmigen Boden ausgebildet.

Die Vorrichtung weist bevorzugt ein abnehmbares Oberteil oder einen abnehmbaren Deckel für die Behandlungskammer auf und kann eine Einrichtung besitzen, mit der die inneren Behandlungsbedingungen in der Kammer wie die Temperatur und/oder der Feuchtigkeitsgehalt und/oder der Druck je nach Bedarf eingestellt werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den zusätzlichen Ansprüchen.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch vereinfacht einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 der Fig. 1 entsprechende Ansichten anderer Ausführungsund 4 formen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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Wie die Fig. 1 und 2 veranschaulichen, weist die Vorrichtung einen Sockel 2 von im wesentlichen zylindrischer Form auf, der von einem horizontalen Flansch 3 an seiner Oberseite umgeben ist, an dem eine Anzahl vertikaler Schraubenfedern 4 ringförmig verteilt gelagert ist. Die oberen Enden der Federn 4 sind an eine horizontale Ringplatte 5 angeschlossen, an deren Mittelteil eine zentrale zylindrische Hülse 6 befestigt ist. An der Innenwand der Buchse oder Hülse 6 sind oben und unten Stützarme oder Stützringe 7, 8 angebracht, die einen Elektromotor tragen, wobei die Achse der Motorwelle 10 in vertikaler Richtung und in der vertikalen Mittellinie der Vorrichtung liegt. Auf der Welle 10 sind unabhängig voneinander winkelverstellbare obere und untere Gewichte exzentrisch gelagert, die zur Erzeugung oder Veränderung der Vibrationsbewegung der Platte 5 und des von ihr gehaltenen Aufbaus, der auf den Federn 4 ruht, aus dem Gleichgewicht gebracht werden können. Die Gewichte 11, 12, die sich drehende, exzentrisch gelagerte Massen zur Erzeugung einer Unwucht bilden, rufen eine rotierende oder kreisförmige Vibrationsbewegung mit einer aufwärts und abwärts gerichteten Bewegungskomponente und hoher Frequenz sowie niedriger Amplitude hervor.

Die Buchse oder Hülse 6 stützt eine Bearbeitungskammer 13 ab, welche einen durch die Innenwand 13a der Kammer 13 gebildeten oder begrenzten zentralen Raum 14 umgibt, wobei die Innenwand 13a und die Außenwand 13b der Kammer 13 in ihren Oberteilen vertikal angeordnet sind und in ihren unteren Abschnitten weich gebogen sind, so daß sie eine halbkreis- oder wulstförmige Bodenwand 13c bilden. Die aufrechten Wände ermöglichen einen Betrieb der Maschine mit der gewünschten Frequenz ohne einen Austrag des Gemisches und tragen zur Erzeugung der gewünschten Bewegung der Charge bei. Der Innenraum der Kammer ist mit einem Futter 13d aus synthetischem Gummi ausgelegt, der an die Kammer anvulkanisiert ist.

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Feste Ablenkelemente I3e sind in der Kammer 13 angeordnet und liegen in gegenseitigen Winkelabständen von 120°. Die Ablenkelemente weisen messerförmige Glieder von umgekehrter V-Form auf und sind mit Eckblechen I3f an jedem Ende (vgl. Fig. 2) an dem gebogenen Teil 13c der Kammer befestigt. Die Ablenkele— mente sind so angeordnet, daß ihre Spitzen etwa mit dem Mittelpunkt der Masse der zu mischenden Materialcharge zusammenfallen. Die Verwendung derartiger Ablenkelemente beeinträchtigt nicht den Materialfluß in der Kammer, sondern dient zur Ablenkung oder Beaufschlagung des mittleren Bereiches der vibrierenden Masse während deren Bewegung und verhindert die Ausbildung einer Totzone. Hierdurch wird nicht nur die Vermischung der unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Partikelgröße und unterschiedlicher Dichte verbessert, sondern wird auch die Zeit erheblich reduziert, die zur Erzeugung eines homogenen Gemisches erforderlich ist.

Ein Aufgabetrichter 15 dient zur Aufnahme eines Vorrats von zu vermischendem Material. Eines der Materialien wird durch Schwerkraft an ein Meßgefäß 15a weitergegeben, welches je nach Bedarf über das Volumen oder das Gewicht eine Menge des Materials zumißt und es über eine Schütte 15b in die Kammer 13 einführt. Ein getrennter Behälter 16 mit einer zugeordneten Beschickungsvorrichtung 17 beschickt die Kammer 13 mit einem eingestellten Volumen oder Gewicht des anderen Materials. Nach der vollständigen Durchmischung der Materialien erfolgt der Austrag der Mischung durch eine Austragöffnung 18 (vgl. Fig.2). Eine insgesamt mit 19 bezeichnete Steuereinrichtung weist eine Zeitsteuerung, Ventile, Schalter, Relais und sonstige Einrichtungen auf, welche eine Anpassung des Betriebszyklus der Vorrichtung an unterschiedliche Mischbestandteile und Mischzeiten oder sonstige Parameter ermöglichen, und dient zur Ingangsetzung der automatischen Beladung und Entladung mit den Materialien.

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Im Betrieb werden die gewünschten Mengen der zu vermischenden Materialien unterschiedlicher Dichte in die Behandlungskammer eingeführt, und wird die Behandlungskammer in Vibration versetzt. Während des Betriebs der Maschine bewegt sich die Charge in einer Bewegungsbahn entlang der Kammer um diese herum und ist überdies kreisförmigen Bewegungen in im wesentlichen vertikalen Ebenen ausgesetzt, die im wesentlichen im rechten Winkel zur Richtung der Bewegungsbahn des Gutes um die Kammer herum stehen, wie dies durch die Pfeile M in Fig. 1 veranschaulicht ist. Diese Art der Bewegung im Zusammenwirken mit den Ablenkelementen I3e erzeugt eine besonders innige Durchmischung der Materialien.

Die kombinierte kreisförmige und translatorische Bewegung der Charge in der Kammer ist eine weiche kontinuierliche Bewegung, die lediglich durch die Einwirkung der festen Ablenkelemente unterbrochen ist, so daß eine gleichförmige und innige Durchmischung erzielt wird. Dabei sind keine beweglichen Rührelemente oder sonstige mechanischen Rührorgane vorgesehen, die sich in die Schüssel oder Kammer erstrecken und die die vergleichsweise weiche und kontinuierliche Bewegung der Charge behindern würden und so zu einer Verminderung der Wirksamkeit des Verfahrens führen würden.

Die Frequenz und die Amplitude der Vibrationsbewegung kann je nach Bedarf abgeändert werden, jedoch sind Frequenzen in dem Bereich von 900 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, also mit 15 bis 50 Hertz, und Amplituden zwischen etwa 0,4 mm und 9,5 mm für die meisten Mischvorgänge geeignet.

Wenn die Behandlung in einer ausreichend langen Zeitspanne durchgeführt worden ist, die entsprechend den jeweiligen Materialien und dem gewünschten Durchmischungsgrad unterschiedlich ist und durch die Steuereinrichtung 19 voreingestellt wer-

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den kann, so wird die Auslaßöffnung 18 geöffnet, während der Motor 9 weiterläuft. Das Gemisch wird unter dem Einfluß der Vibrationsbewegung sodann automatisch ausgetrager.. Die Vorrichtung ist sodann zur Behandlung einer neuen Charge bereit.

Im allgemeinen zirkuliert eine Charge mehreremal um die Kammer herum, bevor der Austrag erfolgt, jedoch kann in manchen Fällen eine ausreichende Durchmischung auch bereits bei einem Umlauf um die Kammer erzielt werden. In solchen Fällen kann die Kammer im Einlaßbereich geschlossen und so angeordnet werden, daß der Austragbereich offenendig ausgeführt ist, so daß keine erneute Einführung des Gutes in die Kreisbahn erfolgt und anstelle einer chargenweisen Behandlung eine kontinuierliche Behandlung möglich ist. Die Geschwindigkeit, mit der das Gut sich um die Kammer herum bewegt, kann durch Einstellung der Gewichte 11 und 12 gesteuert werden.

Die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Maschine kann automatisch arbeiten, so daß die Beschickung, die Durchmischung und der Austrag an der Steuereinrichtung 19 voreinstellbar sind. Jedoch kann die Beschickung im Bedarfsfalle auch von Hand vorgenommen werden und kann die Meßbeschickungseinrichtung mit den Teilen 15 bis 17 bei einfacheren Maschinenausführungen auch weggelassen werden.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, deren Behandlungskammer 20 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen konischen oder konvexen Boden 21 sowie einen spiralförmigen Kanal 22 aufweist, der sich entlang der Kammerwände nach oben erstreckt. Die zu mischenden Materialien werden durch den Mittelteil der Spirale von den Zufuhrsystemen 23 und 24 in die Kammer einge—

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geben, und die Kammer ist auf Federn 25 gelagert und wird über einen Motor mit Exzentergevichten in Vibration versetzt, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert ist. Die Kammer und/ oder der Kanal sind mit Gummi ausgefüttert.

Im Betrieb führt die Vibrationsbewegung des konischen Bodens dazu, daß das Gut nach außen zu den Kammerwänden hin bewegt wird und entlang des Kanales 20 in Umlauf gesetzt wird sowie sich nach oben bewegt, wobei eine Kreisbewegung in im wesentlichen vertikalen Ebenen erzeugt wird. Der Spiralkanal kann jede gewünschte Anzahl von Spiralwindungen aufweisen, wobei beim Erreichen der Oberseite die Mischung vollständig erfolgt ist und das gemischte Material durch einen Avä.aß 26 ausgetragen wird. Die Bewegungsrichtungen der Materialien durch die Vorrichtung sind durch Pfeile angedeutet.

In Fig. 4 ist eine weitere Abwandlung veranschaulicht, in der eine Kammer 30 ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1 und 2 verwendet wird, die jedoch eine spiralförmige Bodenwand 31 besitzt. Die Materialien werden über Zufuhrsysteme 32 und 33 über eine Aufgabeschütte 34, die zum unteren Ende der Spirale führt, aufgegeben, und die Materialmischung wird durch einen Auslaß 35 am oberen Ende der Spirale ausgetragen. In sonstiger Hinsicht entspricht die Ausführungsform gemäß Fig. 4 derjenigen gemäß Fig. 1 und 2.

Obwohl in der Zeichnung nicht näher dargestellt, ist die aus dem Motor und den Exzentergewichten bestehende Vibrationseinheit vorzugsweise einstellbar an der Maschine gelagert, so daß sie in unterschiedliche Vertikalpositionen je nach der Dichte und der Partikelgröße der zu mischenden Materialien gebracht werden kann. Hierdurch kann die Vibrationsbewegung geändert werden, so daß die Art der jeweiligen Charge berücksichtigt werden kann und eine schnelle und innige Durchmischung in einem breiten Bereich unterschiedlicher Materialien sicherge-

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stellt werden kann.

Die erläuterten Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine schnelle und innige Durchmischung und können insbesondere im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 sehr leicht gereinigt werden. Die Leichtigkeit der Reinigung ist dann von besonderer Bedeutung, wenn Chargen unterschiedlicher Materialien nacheinander in derselben Maschine durchmischt werden müssen.

Vielfache Abwandlungen und Abänderungen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So sind die Behandlungskammern zwar an ihrer Oberseite offenendig veranschaulicht, jedoch werden sie vorzugsweise durch einen abnehmbaren Deckel abgeschlossen, der wenigstens ein Kontrollfenster besitzt. Der Deckel kann zu Reinigungs- oder Reparaturzwecken abgenommen werden und ermöglicht, wenn er angebracht ist, eine Steuerung der Temperatur, des Druckes oder des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft in der Kammer. Zur Erzeugung der Vibration ist bei den erläuterten Ausführungsformen ein Elektromotor mit Exzentergewichten vorgesehen, jedoch kann die erforderliche Bewegung auch auf andere Weise in die Charge eingeführt werden, beispielsweise mittels elektromagnetischer oder piezoelektrischer Vibratoren oder mittels Druckluft- oder Hydraulikantrieben, die mit Gewichten versehen sind. Die Winkelstellungen der Gewichte könnten während des Betriebs oder bei einer Umkehrung der Drehrichtung des Motors von einer entfernten Stelle aus einstellbar gehalten sein, um so beispielsweise die Art der Vibration in verschiedenen Stufen des Verfahrens zu ändern, oder um einen Austrag der Charge dadurch zu ermöglichen, daß das Gut über ein eingesetztes Wehr oder ähnliches Hindernis in eine höher gelegene Austragszone klettert. Die Kammer könnte anstelle von Schraubenfedern auch auf Luftfedern oder auf sonstige Weise federnd gelagert sein. Wenn der Austrag durch eine

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Austragöffnung ähnlich der in Fig. 2 veranschaulichten Art erfolgt, so wird hierfür bevorzugt ein motorbetriebener, schnell öffnender Verschluß verwendet, jedoch könnte ein solcher Verschluß der Austragöffnung auch von Hand betätigt werden. In einer weiteren Abwandlung könnte der Vibrationsmotor oder eine andere Vibrationseinheit auch im Raum 14 angeordnet werden. Im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 4 könnten die Materialien am oberen Ende des Kanals in die Maschine eingegeben werden und könnten die gemischten Materialien am unteren Ende ausgetragen werden.

'·' Π 9 B U 8 / 0 8 B

Claims (16)

2 7 Γ η Π S 5 A 35 719 60/st Ansprüche

1. Verfahren zum Mischen von Materialien unterschiedlicher Dichte, bei dem eine Charge der Materialien in ein Behandlungsgefäß eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß (13) einer zusammengesetzten Vibrationsbewegung hoher Frequenz und geringer Amplitude ausgesetzt wird, die eine drehende oder im wesentlichen kreisförmige Schwingbewegung um eine im wesentlichen vertikale Achse mit einer Aufwärts- und Abwärtskomponente in der Bewegung enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelbereich der Charge zur Vermeidung einer Totzone Bewegung eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbewegung eine Frequenz in der Größenordnung von 15 bis 50 Hertz und eine Amplitude von etwa 0,4 mm und 9,5 nun besitzt.

4. Mischvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine federnd gelagerte Behandlungskammer (13) und eine Antriebseinrichtung (9 bis 12), welche der Kammer eine zusammengesetzte Vibrationsbewegung hoher Frequenz und geringer Amplitude erteilt, die eine drehende oder kreisförmige Schwingung um eine im wesentlichen vertikale Achse mit einer Aufwärts- und Abwärtskomponente in der Bewegung besitzt.

ORIGINAL INSPECTED

5. Mischvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Ausbildung einer Totzone im Mittelbereich der Charge feste Ablenkelemente (i3e) in der Kammer (13) vorgesehen sind.

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente (i3e) messerschneidenartige Teile aufweisen, welche sich rechtwinklig zur Richtung der Bewegung des Materials entlang der Kammer (13) erstrecken.

7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes messerschneidenartige Teil umgekehrte V-Form aufweist.

8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der V—förmigen Teile so angeordnet sind, daß sie wenigstens annähernd mit dem Mittelpunkt der Masse der zu vermischenden Materialien zusammenfallen.

9. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13) in der Draufsicht ringförmig ausgebildet ist und innere und äußere aufrechte Wände (i3a, 13b) und eine gebogene Bodenwand (I3c) aufweist.

10. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die messerschneidenartigen Teile (I3e) in Winkelabständen von 120° gleichmäßig um den Umfang der Kammer (13) verteilt angeordnet sind.

11. Mischvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwand (13c) der Kammer (13) horizontal verläuft.

12. Mischvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Bodenwand (31 ) der Kammer (30) spiralförmig verläuft.

13. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbewegung eine Frequenz in der Größenordnung von 15 bis 50 Hertz und eine Amplitude zwischen etwa 0,4 mm und 9,5 mm aufweist.

14. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13) mit einem abnehmbaren Deckel verschließbar ist und daß eine Einrichtung zur Steuerung der inneren Behandlungsbedingungen in der Kammer wie der Temperatur, des Feuchtigkeitsgehaltes und des Druckes, vorgesehen ist.

15. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zur Erzeugung der Vibrationsbewegung der Kammer (13) einen Motor (9) aufweist, dessen Welle (io) vertikal angeordnet und mit oberen und unteren Exzentergewichten (11, 12) versehen ist.

16. Mischvorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (9) und die Gewichte (11, 12) bezüglich der Kammer (13) vertikal einstellbar gelagert sind.

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