EP3445480B1 - Vorrichtung zur dosierung von feststoffen, insbesondere faserigen stoffen - Google Patents

Vorrichtung zur dosierung von feststoffen, insbesondere faserigen stoffen Download PDF

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EP3445480B1
EP3445480B1 EP17721969.8A EP17721969A EP3445480B1 EP 3445480 B1 EP3445480 B1 EP 3445480B1 EP 17721969 A EP17721969 A EP 17721969A EP 3445480 B1 EP3445480 B1 EP 3445480B1
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EP
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screw
metering
stirrer
trough
region
Prior art date
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EP17721969.8A
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EP3445480A1 (de
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Norbert Marek
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BRABENDER TECHNOLOGIE & Co KG GmbH
Original Assignee
Brabender Technologie & Co KG GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/60—Mixing solids with solids
    • B01F23/64—Mixing solids with solids using rotatable mixing elements at the lower end of discharge hoppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/50—Mixing receptacles
    • B01F35/53—Mixing receptacles characterised by the configuration of the interior, e.g. baffles for facilitating the mixing of components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/75—Discharge mechanisms
    • B01F35/754—Discharge mechanisms characterised by the means for discharging the components from the mixer
    • B01F35/75455—Discharge mechanisms characterised by the means for discharging the components from the mixer using a rotary discharge means, e.g. a screw beneath the receptacle
    • B01F35/754551—Discharge mechanisms characterised by the means for discharging the components from the mixer using a rotary discharge means, e.g. a screw beneath the receptacle using helical screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/892—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed for solid materials, e.g. using belts, vibrations, hoppers with variable outlets or hoppers with rotating elements, e.g. screws, at their outlet

Definitions

  • the invention relates to a device for metering solids, in particular fibrous substances such as natural fibers, glass fibers or carbon fibers, but also, above all, for metering recyclates such as edge trimmings in film extrusion, recycling of valuable materials, etc. up to powders, according to the preamble of claim 1.
  • fibrous materials are natural and artificial long fibers (1 to 50 mm in length), scrim or fabric pieces, pressed mats (pieces), recycled materials, e.g. B. fiber-reinforced plastic recyclate.
  • the device should also be suitable for dosing other materials (powder, granules, fruit pieces).
  • the dosing of fiber materials, especially natural fibers, but also of other fibers and fiber-containing solids can lead to technical problems.
  • the fibers agglomerate easily and form balls that are very difficult to separate. It is therefore known in the prior art to use shredders or means for vibration to facilitate metering in order to bring the fiber product into the area of the metering screw, with which it is then conveyed to the outside.
  • Non-flowable materials do not get from the template to the discharge device and the discharge opening.
  • the fibrous materials agglomerate and the agglomerates cause an irregular flow of material.
  • the fiber lengths can be damaged or shortened.
  • further processing of the shortened fibers can lead to the production of rejects.
  • a device according to the preamble of claim 1 is known from the US 3,529,870 known. However, there are differences in the following characteristics: A trough-shaped interior with sloping, flat walls is provided below the stirrer shaft and above the dosing screw. This arrangement means that the space adjoining this trough with sloping, flat walls above the stirrer shaft contains considerable dead spaces that are not detected by the stirrer. Because of the inclined trough walls and the large number of dead spaces, bridging can occur. To avoid this, a so-called "jogger” (loosener) is provided above the stirrer, which is expressly attached to avoid bridging.
  • the dosing screw has no teeth. A height adjustment of the dosing screw is not recognizable.
  • the outlet is horizontal here and is made with compressed air. There is no central axial cavity at the end of the dosing screw.
  • Object of the invention With a device for metering solids, in particular fibrous substances such as natural fibers, glass fibers or carbon fibers, but also especially for the metering of recyclates such as edge trimming in film extrusion, recycling of valuable materials, etc. up to powders, according to the preamble of claim 1, a problem-free and uniform metering of fibers and fiber-containing material with fiber lengths of more than 10 mm by means of forced filling of the metering screw and can be achieved with residue-free funding without bridging, without having to use additional technical means such as looseners ("joggers").
  • looseners looseners
  • the problem is solved according to the invention with the stirrer, the use of a metering screw with teeth as a discharge element and the asymmetrical design of the agitator trough, the partially cylindrical design of the screw trough and the lateral filling of the metering screw via a slide, and by the semi-cylindrical shape of the central area (II) of the Dosing room.
  • the central area (II) of the metering space is designed as a semi-cylindrical trough, no dead spaces are formed there. Corners and edges where material that is not being conveyed can accumulate are also missing - unlike in the prior art.
  • a uniform conveyance on the side of the dosing chamber on which the dosing screw is filled, without obstacles such as recesses, is achieved in that the chute (13) is formed by the inclined plane, which is tangential to both the walls of the agitator trough (4) and also on the walls of the Snail trough (11) is present. Therefore, no residues of the fiber material remain in the feed path to the dosing screw.
  • the dosing screw (5) has teeth (23) on its outer circumference, agglomerates that arise, such as balls wrapped around the stirrer, are separated in a manner that is gentle on the material and a continuous discharge is made possible.
  • An essential difference of the fiber dosing device according to the invention in comparison to the references is the shape of the dosing space, namely:
  • the middle area of the dosing chamber, namely between the horizontal plane in which the stirrer shaft (3) lies and the horizontal plane directly above the dosing screw (5) is designed as a semi-cylindrical trough. The area swept by the impellers completely fills this area.
  • the area above this middle area i.e. above the stirrer shaft, has vertical walls.
  • the vertical walls directly adjoin the upper edge of the semi-cylindrical trough. Due to the shape of the central area, there is no bridging in this upper area and a "jogger" as in the US 3,529,870 is not necessary.
  • the lowest area, namely the partially cylindrical screw trough, is designed asymmetrically, with a free space (14) only on the side into which the stirrer is conveying.
  • the semi-cylindrical interior between the stirrer shaft (3) and the dosing screw is particularly important, which is symmetrical except for a small area that adjoins the free space (14) on the dosing screw.
  • the semi-cylindrical shape means that the interior of the device according to the invention is made considerably more compact. The many empty rooms are missing here as in the US 3,529,870 that favor bridging.
  • the teeth (23) are designed in such a way that fibrous substances are drawn out of the chute (13) into the dosing screw (5) without damaging or dissolving the fibrous substances.
  • the teeth (23), which are attached to the outer circumference of the dosing screw (5) have a shape like the tilting vibrations in the electronics. This means that the flank lying in front in the direction of movement drops steeply, the flank lying in the direction of movement falls flatly.
  • the opening roller mentioned, however, is not designed to feed the material into the screw.
  • the invention is adjusted to forced conveyance in the conveying of fibers (agitator, metering screw, speeds).
  • the invention is set as usual, that is to say without forced conveyance.
  • the synergistic interaction of active and passive flow support ensures continuous screw filling. There is a dwell time distribution.
  • the flow support is achieved actively by the stirrer (3) and passively by the design of the troughs and the chute (13) with the large lateral area.
  • the separation of agglomerates is made possible by a special discharge device.
  • the discharge device consists of a dosing screw (5). It is provided with teeth according to the invention.
  • the discharge can optionally be optimized with a rotating impeller (7).
  • the impeller is driven either by a vertical outlet with a drive or by a second shaft inside the dosing screw (5).
  • the conveying principle is based on pressing the incoming fibers onto the fibers in the chute.
  • the stirrer (3) presses the fibers into the side feed area of the dosing screw via the chute.
  • the dosing device can be adjusted according to different fiber lengths of the material to be dosed, in particular by means of the height adjustment of the dosing screw.
  • the distance between the stirrer and the dosing screw can be adjusted with the optional height adjustment. This enables the optimum distance between the stirrer and the dosing screw, depending on the dosing material, to be set.
  • the dosing screw consists of a shaft (also called a soul) and the screw blades (spiral).
  • the soul does not run over the entire helix length.
  • the soul ends in front of the screw tube (or discharge tube).
  • the cavity serves to reduce the material pressure in the screw tube by compression is caused.
  • the cavity is also required for the connection of the optional ejection support (impeller 7).
  • Step 1 The material to be dosed is fed into the add-on container (1a) or the asymmetrical agitator trough (4) manually or using upstream process technology.
  • Step 2 The material is picked up by the relatively slow rotating stirrer (3). Either the material falls into the empty space (14) or it already expresses it in that Room (14) existing material in the direction of the feed area and it is then drawn in through the teeth.
  • Step 3 The teeth (23) on the dosing screw (5) are able to separate agglomerates and thus ensure better filling of the dosing screw (5).
  • the material is conveyed in the axial direction through the screw tube to the end of the screw (16).
  • Step 4 The optional impeller (7) rotates at the discharge and supports the separation of agglomerates.
  • the impeller (7) rotates in the direction of rotation (20) of the dosing screw (5) and at a higher speed than the dosing screw (5).
  • the teeth (23) capture individual fibers (24) of the fiber ball and separate them.
  • the fibers (24) are pressed into the chute (13) via the stirrer. Subsequent material pushes the material in the chute towards the discharge element.
  • the side and large intake area and the teeth of the dosing screw ensure that it is optimally filled.
  • the height adjustment of the dosing screw can be used to improve the filling level of the dosing screw.
  • Another way to optimize the dosing screw filling level is to set the ratio between the dosing screw speed and the stirrer speed.
  • the above-mentioned materials to be dosed are the focus of particularly innovative industries, such as B. the automotive industry, the aerospace and defense industries.
  • the invention enables, among other things, the development of new fiber composite materials. It can also be used to advantage in recycled processes for fiber composites, since it is able to dose high-priced cut waste from fabric mats. The invention is therefore of great importance for the high-tech industry.
  • An asymmetrical trough 4 with a free space (14) is provided, with no dead spaces in the dosing space below the stirrer shaft (18), except in the area of the dosing screw (space (14)).
  • the dosing chamber has a rectangular cross section and vertical walls above the stirrer shaft (18).
  • a semi-cylindrical screw trough is provided below the stirrer shaft (18) and above the metering screw (5), which is adapted to the rotating arms of the stirrer shaft (18). In other words, the space swept by the stirrer blades (8) completely fills this area of the metering interior.
  • the asymmetry is essentially only provided in the area of the metering screw (5). This means that the area of the metering screw below the stirrer is asymmetrical and has a free space (14) on the side into which the stirrer is conveying.
  • the stirrer (3) has such a direction of rotation (19) so that the product is first conveyed downwards into the space (14) and only then to the metering screw (5).
  • the impellers (8) are wire-shaped.
  • a vertical outlet (15) with a drive and an impeller (7) is provided, the impeller (7) rotating faster than the metering screw (5).
  • a central axial cavity is also provided at the end of the metering screw.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen wie Naturfasern, Glasfasern oder Kohlefasern, aber auch vor allem zur Dosierung von Recyclaten wie Randbeschnitten bei Folienextrusion, Wertstoffrecycling, usw. bis hin zu Pulvern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Beispiele für faserige Materialien sind natürliche und künstliche Langfasern (1 bis 50 mm Länge), Gelege- oder Gewebestücke, gepresste Matten (Stücke), Recyclatmaterialien, z. B. faserverstärktes Kunststoff-Recyclat.
  • Die Vorrichtung soll aber auch zum Dosieren von anderen Materialien (Pulver, Granulate, Fruchtstücke) geeignet sein.
    • Stand der Technik
  • Das Dosieren von Fasermaterialien, insbesondere Naturfasern, aber auch von anderen Fasern und faserhaltigen Feststoffen kann zu technischen Problemen führen. Die Fasern agglomerieren nämlich leicht und bilden Knäuel, die nur sehr schwer wieder vereinzelt werden können. Daher ist es im Stand der Technik bekannt, zur Erleichterung der Dosierung Zerkleinerer oder Mittel zur Vibration einzusetzen, um das Faserprodukt in den Bereich der Dosierschnecke zu bringen, mit welcher es dann nach außen gefördert wird.
  • Vor allem lange Fasern mit einer Faserlänge von mehr als 10 mm führen zu Schwierigkeiten beim Dosieren mit Dosierschnecken. Dies gilt insbesondere für nachwachsende Rohstoffe, also für Naturfasern. Aber auch Recyclingprodukte, z. B. hergestellt aus glaserfaserverstärkten Kunststoffen sind aus diesem Grunde sehr schwer dosierbar.
  • Bislang verfügbare Feststoffdosierer lösen folgende Probleme nur unzureichend. Nicht fließfähige Materialien gelangen nicht von der Vorlage zum Austragsorgan und zur Austragsöffnung. Die faserigen Materialien agglomerieren und die Agglomerate verursachen einen unregelmäßigen Materialfluss. Bei dem Vereinzeln der Agglomerate kann es zu Beschädigungen bzw. zu einem Verkürzen der Faserlängen kommen. Die Weiterverarbeitung der verkürzten Fasern kann je nach Anwendung zur Produktion von Ausschussware führen.
  • Bekannte Feststoffdosiergeräte sind stark limitiert hinsichtlich der spezifischen Maße (Faserlängen) des zu dosierenden faserigen Materials und bedingen, dass die spezifischen Maße gleich bleiben.
  • Aufgrund dieser Probleme gibt es für einige faserige Materialien, insbesondere Fasern mit Längen von mehr als 10 mm noch kein geeignetes Feststoffdosiergerät im Stand der Technik.
  • Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US 3 529 870 A bekannt. Unterschiede gibt es aber bei folgenden Merkmalen:
    Unterhalb der Rührerwelle und oberhalb der Dosierschnecke ist ein trogförmiger Innenraum mit schrägen, ebenen Wänden vorgesehen. Diese Anordnung führt dazu, dass der sich an diesen Trog mit schrägen, ebenen Wänden anschließende Raum oberhalb der Rührerwelle erhebliche Toträume enthält, die vom Rührer nicht erfasst werden. Unter anderem auch aufgrund der schrägen Trogwände und der Vielzahl von Toträumen kann es daher zu Brückenbildung kommen. Um dies zu vermeiden, ist oberhalb des Rührers ein so genannter "Jogger" (Auflockerer) vorgesehen, der ausdrücklich zur Vermeidung von Brückenbildung angebracht ist.
  • Die Asymmetrie findet sich in der US 3 529 870 A nicht nur im Bereich der Dosierschnecke, sondern insbesondere auch im Bereich zwischen der Rührerwelle und der Dosierschneckenwelle.
  • Weitere Unterschiede: Die Dosierschnecke weist keine Zähne auf. Eine Höhenverstellung der Dosierschnecke ist nicht erkennbar. Der Auslauf ist hier horizontal und erfolgt mit Pressluft. Ein zentraler axialer Hohlraum am Ende der Dosierschnecke ist nicht vorhanden.
  • In der DE 41 24 714 A1 ist offenbart, dass zum Herauslösen von Einzelfasern aus einem Faserband Sägezähne oder Nadeln auf einer Auflösewalzenoberfläche in Form einer spiralförmigen Aufwicklung angeordnet sind.
    • Aufgabe und Lösung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung: Mit einer Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen wie Naturfasern, Glasfasern oder Kohlefasern, aber auch vor allem zur Dosierung von Recyclaten wie Randbeschnitten bei Folienextrusion, Wertstoffrecycling, usw. bis hin zu Pulvern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 soll eine problemlose und gleichmäßige Dosierung von Fasern und faserhaltigem Material mit Faserlängen von mehr als 10 mm mittels Zwangsbefüllung der Dosierschnecke und mit einer rückstandslosen Förderung ohne Brückenbildung erreicht werden, ohne dass zusätzliche technische Mittel wie Auflockerer ("Jogger") eingesetzt werden müssten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, nämlich durch eine
    Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen,
    mit einem Einlass (1) im oberen Bereich,
    mit einem Auslass in der Ausführung eines Schneckenrohrs (6) oder eines vertikalen Auslaufs (15) im unteren Bereich,
    mit einem unterhalb des Einlasses (1) angeordneten Rührer (3) mit einer horizontal angeordneten Rührer-Welle (18) und mit Rührflügeln (8),
    mit einer unterhalb des Rührers (3) angeordneten Dosierschnecke (5) mit einer parallel zur Rührer-Welle (18) angeordneten Drehachse (10),
    wobei der Rührer (3) von einem asymmetrischen Rührwerkstrog (4) umgeben ist,
    wobei die Dosierschnecke (5) von einem teilzylindrischen Schneckentrog (11) umgeben ist,
    wobei der asymmetrische Rührwerkstrog (4) über eine Rutsche (13) an den teilzylindrischen Schneckentrog (11) anschließt,
    wobei die Innenwand einer der beiden Anschlussbereiche zwischen dem asymmetrischen Rührwerkstrog (4) und dem teilzylindrischen Schneckentrog (11) als schräge Ebene in Form einer Rutsche (13) ausgebildet ist, so dass ein von den Rührflügeln (8) des Rührers (3) und der Schnecke (5) nicht erfasster Raum (14) sowie ein seitlicher und vergrößerter Einzugsbereich der Dosierschnecke gebildet wird,
    wobei der Rührer (3) und die Dosierschnecke (5) zum Rotieren in der gleichen Drehrichtung (19, 20) eingerichtet sind,
    wobei die Rührflügel (8) und die Dosierschnecke (5) sich bei der Rotation im Bereich der Rutsche (13) nach unten bewegen,
    wobei der Dosierraum in drei Bereiche, die vertikal übereinander liegen, unterteilbar ist,
    wobei der obere Bereich (I) oberhalb einer die Rührer-Welle (18) einschließenden horizontalen Ebene liegt,
    wobei der mittlere Bereich (II) unterhalb des oberen Bereichs (I) und oberhalb einer horizontalen Ebene liegt, die zwischen den Räumen angeordnet ist, die von den Rührflügeln (8) und der Dosierschnecke (5) überstrichen werden,
    wobei der untere Bereich (III) unterhalb des mittleren Bereichs (II) liegt,
    wobei der untere Bereich (III) des Dosierraumes als ein teilzylindrischer Trog ausgebildet ist,
    wobei der mittlere Bereich (II) und der untere Bereich (III) an der einen Seite unmittelbar aneinander angrenzen, so dass ein Rücksprung (27) gebildet wird,
    wobei an der anderen Seite der Übergang zwischen dem mittleren Bereich (II) und dem unteren Bereich (III) durch eine schräge Ebene gebildet wird, die tangential sowohl an den Wänden (26) des Rührwerkstrogs (4) als auch an den Wänden des Schneckentrogs (11) anliegt,
    die dadurch gekennzeichnet ist,
    dass der mittlere Bereich (II) des Dosierraumes als ein halbzylindrischer Trog ausgebildet ist,
    dass die Rutsche (13) durch die schräge Ebene gebildet wird, die tangential sowohl an den Wänden des Rührwerkstrogs (4) als auch an den Wänden des Schneckentrogs (11) anliegt,
    dass die Dosierschnecke (5) an ihrem äußeren Umfang Zähne (23) aufweist.
  • Besonders schwierig ist im Stand der Technik das gleichmäßige Befüllen des Austragsorgans. Gelöst wird das Problem erfindungsgemäß mit dem Rührer, der Verwendung einer Dosierschnecke mit Zähnen als Austragsorgan und der asymmetrischen Auslegung des Rührwerkstrogs, der teilzylindrischen Auslegung des Schneckentrogs und der seitlichen Befüllung der Dosierschnecke über eine Rutsche sowie durch die halbzylindrische Form des mittleren Bereichs (II) des Dosierraumes.
  • Dadurch, dass der mittlere Bereich (II) des Dosierraumes als ein halbzylindrischer Trog ausgebildet ist, bilden sich dort keine Toträume. Ecken und Kanten, an denen sich nicht gefördertes Material ansammeln kann, fehlen ebenfalls - anders als im Stand der Technik.
  • Eine gleichmäßige Förderung an derjenigen Seite des Dosierraumes, an der die Dosierschnecke befüllt wird, ohne Hindernisse wie Rücksprünge, wird erreicht dadurch, dass die Rutsche (13) durch die schräge Ebene gebildet wird, die tangential sowohl an den Wänden des Rührwerkstrogs (4) als auch an den Wänden des Schneckentrogs (11) anliegt. Daher verbleiben keine Reste des Fasermaterials im Zuführweg zur Dosierschnecke.
  • Dadurch, dass die Dosierschnecke (5) an ihrem äußeren Umfang Zähne (23) aufweist, werden entstehende Agglomerate, wie um den Rührer gewickelte Knäuel, materialschonend vereinzelt und ein kontinuierlicher Austrag wird ermöglicht.
  • Ein wesentlicher Unterschied des erfindungsgemäßen Faserdosierers im Vergleich zu den Entgegenhaltungen ist die Form des Dosierraumes, nämlich:
    Der mittlere Bereich des Dosierraumes, nämlich zwischen der horizontalen Ebene, in der die Rührerwelle (3) liegt, und der horizontalen Ebene direkt oberhalb der Dosierschnecke (5) ist als ein halbzylindrischer Trog ausgebildet. Der von den Rührflügeln überstrichene Raum füllt diesen Bereich vollständig aus.
  • Der Bereich oberhalb dieses mittleren Bereiches, also oberhalb der Rührerwelle, hat vertikale Wände. Die vertikalen Wände grenzen unmittelbar an den oberen Rand des halbzylindrischen Trogs an. Aufgrund der Form des mittleren Bereichs findet in diesem oberen Bereich keine Brückenbildung statt und ein "Jogger" wie in der US 3 529 870 A ist nicht notwendig.
  • Der unterste Bereich, nämlich der teilzylindrische Schneckentrog ist asymmetrisch ausgebildet, mit einem freien Raum (14) nur an derjenigen Seite, in die der Rührer fördert.
  • Besonders wichtig ist der halbzylindrische Innenraum zwischen der Rührerwelle (3) und der Dosierschnecke, welcher bis auf einen kleinen Bereich, der an den freien Raum (14) an der Dosierschnecke angrenzt, symmetrisch ist. Die halbzylindrische Form führt dazu, dass der Innenraum bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich kompakter ausgestaltet ist. Hier fehlen die vielen leeren Räume wie in der US 3 529 870 A , die eine Brückenbildung begünstigen.
  • Da der halbzylindrische Trog für die Dosierschnecke (5) direkt unten an den halbzylindrischen Trog des Rührers (3) angrenzt, erhält die Form des gesamten Innenraums einen Rücksprung. Wird dieser Rücksprung dadurch beseitigt, dass eine schräge Ebene tangential sowohl an den halbzylindrischen Schneckentrog als auch an den halbzylindrischen Rührertrog angelegt wird, verschwindet dieser Rücksprung. Der dadurch entstehende zusätzliche Raum ist der hier genannte "freie Raum (14)". Dies erfolgt nur an der einen Seite, wie es in Figur 7 der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist. Auf diese Weise erfolgt an dieser Seite ein Übergang vom halbzylindrischen Rührertrog zum halbzylindrischen Schneckentrog ohne Kante, also glatt. Der Übergang wird durch eine schräge Ebene gebildet, die hier als "Rutsche" bezeichnet wird.
  • Die Zähne (23) sind so gestaltet, dass faserige Stoffe aus der Rutsche (13) in die Dosierschnecke (5) gezogen werden, ohne die faserigen Stoffe zu beschädigen oder aufzulösen. Dazu haben die Zähne (23), die am äußeren Umfang der Dosierschnecke (5) angebracht sind, eine Form wie die Kippschwingungen in der Elektronik. Das heißt, die in Bewegungsrichtung vorne liegende Flanke fällt steil ab, die in Bewegungsrichtung hinten liegende Flanke fällt flach ab. Die in der DE 41 24 714 A1 genannte Auflösewalze ist dagegen nicht dazu ausgelegt, das Material in die Schnecke einzuziehen.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Erfindung bei der Förderung von Fasern auf Zwangsförderung eingestellt (Rührwerk, Dosierschnecke, Drehzahlen). Bei anderen zu dosierenden Materialien wird die Erfindung wie üblich eingestellt, das heißt ohne Zwangsförderung.
  • Unter anderem werden die folgenden Vorteile erreicht:
    Durch synergistisches Zusammenwirken von aktiver und passiver Fließunterstützung wird eine kontinuierliche Schneckenfüllung sichergestellt. Eine Verweilzeitverteilung liegt vor.
  • Die Fließunterstützung wird aktiv durch den Rührer (3) und passiv durch die Ausführung der Tröge und der Rutsche (13) mit dem seitlichen und großen Einzugsbereich erreicht.
  • Das Vereinzeln von Agglomeraten wird durch ein spezielles Austragsorgan ermöglicht. Das Austragsorgan besteht aus einer Dosierschnecke (5). Sie ist erfindungsgemäß mit Zähnen versehen. Der Abwurf kann optional mit einem rotierenden Flügelrad (7) optimiert werden. Das Flügelrad wird entweder durch einen vertikalen Auslauf mit Antrieb oder durch eine in der Dosierschnecke (5) innenliegende zweite Welle angetrieben.
  • Das Förderprinzip beruht auf dem Drücken der nachströmenden Fasern auf die in der Rutsche liegenden Fasern. Der Rührer (3) drückt über die Rutsche die Fasern in den seitlichen Einzugsbereich der Dosierschnecke.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. So wird außerdem vorgeschlagen,
    dass der von den Rührflügeln (8) überstrichene Raum den mittleren Bereich (II) vollständig ausfüllt,
    dass der obere Bereich (I) vertikale Wände (25) hat,
    dass die vertikalen Wände (25) des oberen Bereichs (I) tangential und ohne eine Kante in die Wände (26) des halbzylindrischen Rührwerkstrogs (4) übergehen,
    dass der obere Bereich (I) des Dosierraums einen rechteckigen Querschnitt hat,
    dass die Rührerwelle (18) und die Drehachse (10) der Dosierschnecke (5) vertikal übereinander angeordnet sind,
    dass der Abstand zwischen der Rührer-Welle (18) und der Drehachse (10) der Dosierschnecke (5) verstellbar ist, insbesondere mittels einer Höhenverstellung der Dosierschnecke (5),
    dass die Schnecke (5) am Austrags-Ende (16) ein Flügelrad (7) aufweist,
    dass das Verhältnis der Drehzahlen von Rührer zur Dosierschnecke einstellbar ist.
  • Das Dosiergerät kann entsprechend unterschiedlicher Faserlängen des zu dosierenden Materials eingestellt werden, insbesondere mittels der Höhenverstellung der Dosierschnecke.
  • Bislang nicht förderbare Materialien können nun in stabilen Prozessfenstern dosiert und somit industriell verarbeitet werden.
  • Mit der optionalen Höhenverstellung kann der Abstand zwischen Rührer und Dosierschnecke angepasst werden. Damit kann der optimale, vom Dosiergut abhängige Abstand zwischen Rührer und Dosierschnecke eingestellt werden.
  • Die Dosierschnecke besteht aus einer Welle (auch Seele genannt) und den Schneckenflügeln (Spirale). Die Seele verläuft nicht über die komplette Schneckenwendellänge. Vor dem Schneckenrohr (oder Austragsrohr) endet die Seele. Dort befindet sich ein zentraler axialer durchgehender Hohlraum. Der Hohlraum dient zur Reduzierung des Materialdrucks, die im Schneckenrohr durch Kompression hervorgerufen wird. Weiterhin wird der Hohlraum für die Anbindung der optionalen Abwurfunterstützung (Flügelrad 7) benötigt.
    • Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    eine perspektivische Darstellung der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Figur 2
    eine perspektivische Darstellung der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung, aber ohne den optionalen Aufsatzbehälter (1a) und ohne den vertikalen Auslauf mit Antrieb (15),
    Figur 3
    einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 1 senkrecht zur Rotationsachse des Rührers bzw. der Dosierschnecke, von der Frontseite gesehen,
    Figur 4
    einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 1 parallel zur Rotationsachse des Rührers bzw. der Dosierschnecke, von der rechten Seite gesehen,
    Figur 5
    eine perspektivische Darstellung der Dosierschnecke (5),
    Figur 6
    ein Detail A aus Figur 5,
    Figur 7
    eine schematische Darstellung der Arbeitsweise und
    Figur 8
    den Materialfluss durch Nachdrücken des Rührers auf das in der Rutsche befindliche Material.
    Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
    • Figur 1 zeigt die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Aufsatzbehälter (1) ist auf einem Troggehäuse (2) aufgesetzt. Der innenliegende asymmetrische Rührwerkstrog (4) umfasst den Rührer (3) und den teilzylindrischen Schneckentrog und die Dosierschnecke (5). Rührer (3) und Dosierschnecke (5) werden rückseitig von einem Antrieb (9) oder mehreren Antrieben in Rotation versetzt. Auf der Frontseite sitzt auf dem Schneckenrohr (6) der vertikale Auslauf mit Antrieb (15).
    • Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne den optionalen Aufsatzbehälter (1) und ohne den vertikalen Auslauf mit Antrieb (15).
    • Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung von der Frontansicht. Der Rührer (3) fördert, aus dieser Blickrichtung im Uhrzeigersinn, das Material bis zur Dosierschnecke (5). Die Drehrichtung wird durch die asymmetrische Gestaltung des Rührwerkstrogs (4) vorgegeben. Die Dosierschnecke (5) fördert das zu dosierende Material aus der Zeichnungsblattebene. Rührer (3) und Dosierschnecke (5) drehen im gleichen Drehsinn.
    • Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung, in einer Ansicht von der rechten Seite. Rührer (3) und die Dosierschnecke (5) können über zwei einzelne Antriebe oder über ein zusätzliches Getriebe und einen gemeinsamen Antrieb angetrieben werden. Der Abstand zwischen Rührer (3) und Dosierschnecke (5) kann verstellbar sein.
    • Figur 5 zeigt die Dosierschnecke (5). Die Außenkontur der dargestellten Dosierschnecke ist mit Zähnen (23) versehen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eingesetzt, um Feststoffe einem Prozess zuzuführen. Der Prozess kann kontinuierlich als auch diskontinuierlich ablaufen. Für folgende Industriezweige ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft:
    • Chemische Industrie
    • Kunststoff- und Gummi verarbeitende Industrie
    • (Tier-)Nahrungsmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie
    • und andere.
    Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
  • Im Betrieb erfolgen die nachfolgenden Schritte kontinuierlich und gleichzeitig (siehe auch Figuren 7 bis 8).
  • Schritt 1: Das zu dosierende Material wird manuell oder durch vorgeschaltete Verfahrenstechnik in den Aufsatzbehälter (1a) oder den asymmetrischen Rührwerkstrog (4) aufgegeben.
  • Schritt 2: Das Material wird vom relativ langsam rotierenden Rührer (3) erfasst. Entweder fällt das Material in den leeren Raum (14) oder es drückt das bereits in dem Raum (14) vorhandene Material in Richtung Einzugsbereich und es wird anschließend durch die Zähne eingezogen.
  • Schritt 3: Die Zähne (23) auf der Dosierschnecke (5) sind in der Lage, Agglomerate zu vereinzeln und sorgen so für eine bessere Befüllung der Dosierschnecke (5). Das Material wird in axialer Richtung durch das Schneckenrohr zum Ende der Schnecke (16) gefördert.
  • Schritt 4: Das optionale Flügelrad (7) rotiert am Abwurf und unterstützt die Vereinzelung von Agglomeraten. Das Flügelrad (7) dreht in Drehrichtung (20) der Dosierschnecke (5) und in einer höheren Drehzahl als die Dosierschnecke (5).
  • Falls die Fasern agglomerieren und ein Faserknäuel um den Rührer (3) bilden (Figur 8), erfassen die Zähne (23) einzelne Fasern (24) des Faserknäuels und vereinzeln diese.
  • Die Fasern (24) werden über den Rührer in die Rutsche (13) gedrückt. Nachgefördertes Material drückt das Material in der Rutsche zum Austragsorgan hin. Daraus ergibt sich die erfindungsgemäße vorteilhafte asymmetrische Gestaltung des Rührwerkstrogs (4) und des teilzylindrischen Schneckentrogs (11) sowie der Rutsche (13). Durch den seitlichen und großen Einzugsbereich und die Zähne der Dosierschnecke wird selbige optimal befüllt. Je nach spezifischer Geometrie des zu dosierenden Materials kann die Höhenverstellung der Dosierschnecke genutzt werden, um den Füllgrad der Dosierschnecke zu verbessern.
  • Eine weitere Möglichkeit, den Dosierschneckenfüllgrad zu optimieren, liegt in der Einstellung des Verhältnisses zwischen Dosierschneckendrehzahl und Rührerdrehzahl.
  • Die oben genannten zu dosierenden Materialien stehen im Fokus besonders innovativer Industrien, wie z. B. der Autoindustrie, der Luft- und Raumfahrt- sowie der Rüstungsindustrie. Die Erfindung ermöglicht unter anderem die Entwicklung neuer Faserverbundwerkstoffe. Sie kann außerdem mit Vorteil in Recyclatprozessen für Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden, da sie in der Lage ist, hochpreisige Zuschnittsabfälle von Gewebematten zu dosieren. Die Erfindung hat daher einen hohen Stellenwert für die Hochtechnologie-Industrie.
  • Die Geometrien der Dosierschnecke und des Förderwerks werden vorzugsweise auf den zu dosierenden Feststoff abgestimmt und darauf angepasst. Die im Ausführungsbeispiel dargestellten Teile dienen nur als Beispiele. Solche geometrischen Parameter sind beispielsweise:
    1. a. Durchmesser der Dosierschnecke
    2. b. Anzahl der Zähne auf der Dosierschnecke
    3. c. Größe und Länge der Zähne
    4. d. Länge der Rührwerksflügel
    5. e. Grundkörper des Rührwerksflügels (rund, flach...)
    6. f. Anbauten an dem Flügel (Scharen, Stifte ...)
    7. g. der Raum über der Rutsche
    8. h. Anzahl der Rührwerksflügel
    9. i. Ausrichtung der Rührwerksflügel zueinander
    10. j. Verhältnis von Durchmesser der Dosierschnecke zum Durchmesser des Schneckenrohrs
    11. k. Steigung der Dosierschnecke
    12. l. Unterschiedliche Steigungen an der Dosierschnecke zur Reduzierung des Drucks / der Kompaktierung im Schneckenrohr
    13. m. Gangtiefe der Dosierschnecke
    14. n. Eingängige oder mehrgängige Dosierschnecken
    15. o. Durchmesser des Schneckenrohrs
    16. p. Tiefe des asymmetrischen Rührwerkstrogs, des teilzylindrischen Schneckentrogs und der Rutsche
    17. q. Gestaltung / Auslegung des asymmetrischen Rührwerktrogs
    18. r. Gestaltung / Auslegung des teilzylindrischen Schneckentrogs
    19. s. Gestaltung / Auslegung der Rutsche
  • Zusammenfassend sind wichtige vorteilhafte Merkmale der neuartigen Vorrichtung:
    • der seitliche Einzugsbereich,
    • der große Einzugsbereich,
    • die Höhenverstellbarkeit der Dosierschnecke (5),
    • die Einstellbarkeit des Verhältnisses der Drehzahlen von Rührer zur Dosierschnecke,
    • die asymmetrische Auslegung des Rührwerktrogs,
    • die teilzylindrische Auslegung des Schneckentrogs,
    • die Rutsche,
    • der Raum über der Rutsche,
    • die Vergleichmäßigung des Abwurfs durch einen vertikalen Auslauf mit Antrieb,
    • die Zähne auf der Dosierschnecke und
    • die Gestaltung des Rührwerks bzw. der Rührwerksflügel.
    Weitere wichtige Merkmale:
  • Ein asymmetrischer Trog 4 mit einem freien Raum (14) ist vorgesehen, wobei keine Toträume im Dosierraum unterhalb der Rührerwelle (18), außer im Bereich der Dosierschnecke (Raum (14)), vorliegen.
  • Der Dosierraum hat oberhalb der Rührerwelle (18) einen rechteckigen Querschnitt und vertikale Wände.
  • Unterhalb der Rührerwelle (18) und oberhalb der Dosierschnecke (5) ist ein halbzylinderförmiger Schneckentrog vorgesehen, der an die rotierenden Arme der Rührerwelle (18) angepasst ist. Mit anderen Worten, der von den Rührerflügeln (8) überstrichene Raum füllt diesen Bereich des Dosierinnenraums vollständig aus.
  • Die vertikalen Wände oberhalb der Rührerwelle (18) schließen unmittelbar an den halbzylinderförmigen Trog (4) unterhalb der Rührerwelle (18) und oberhalb der Dosierschnecke (5) an.
  • Die Asymmetrie ist im Wesentlichen nur im Bereich der Dosierschnecke (5) vorgesehen. Das heißt, der Bereich der Dosierschnecke unterhalb des Rührers ist asymmetrisch und weist einen freien Raum (14) auf, und zwar an derjenigen Seite, in die der Rührer fördert.
  • Der Rührer (3) hat eine derartige Drehrichtung (19), so dass das Produkt zuerst nach unten in den Raum (14) und dann erst zur Dosierschnecke (5) gefördert wird.
  • Die Rührflügel (8) sind drahtförmig.
  • Ein vertikaler Auslauf (15) mit einem Antrieb und einem Flügelrad (7) ist vorgesehen, wobei das Flügelrad (7) schneller als die Dosierschnecke (5) rotiert.
  • Außerdem ist ein zentraler axialer Hohlraum am Ende der Dosierschnecke vorgesehen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einlass
    1a
    Aufsatzbehälter (optional)
    2
    Troggehäuse (optional)
    3
    Rührer
    4
    asymmetrischer Rührwerkstrog
    5
    Dosierschnecke
    6
    Schneckenrohr
    7
    Flügelrad
    8
    Rührflügel
    9
    Antrieb
    10
    Drehachse
    11
    teilzylindrischer Schneckentrog
    12
    Höhenverstellung Dosierschnecke
    13
    Rutsche, schräge Ebene
    14
    Raum
    15
    vertikaler Auslauf mit Antrieb
    16
    Ende der Schnecke
    18
    Rührer-Welle
    19
    Drehrichtung des Rührers 3
    20
    Drehrichtung der Dosierschnecke 5
    23
    Zahn
    24
    Fasermaterial
    25
    vertikale Wand des oberen Bereichs (I)
    26
    Wand des Rührwerkstrogs (4)
    27
    Rücksprung
    I
    der obere Bereich des Dosierraums
    II
    der mittlere Bereich des Dosierraums
    III
    der untere Bereich des Dosierraums

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen,
    mit einem Einlass (1) im oberen Bereich,
    mit einem Auslass in der Ausführung eines Schneckenrohrs (6) oder eines vertikalen Auslaufs (15) im unteren Bereich,
    mit einem unterhalb des Einlasses (1) angeordneten Rührer (3) mit einer horizontal angeordneten Rührer-Welle (18) und mit Rührflügeln (8),
    mit einer unterhalb des Rührers (3) angeordneten Dosierschnecke (5) mit einer parallel zur Rührer-Welle (18) angeordneten Drehachse (10),
    wobei der Rührer (3) von einem asymmetrischen Rührwerkstrog (4) umgeben ist,
    wobei die Dosierschnecke (5) von einem teilzylindrischen Schneckentrog (11) umgeben ist,
    wobei der asymmetrische Rührwerkstrog (4) über eine Rutsche (13) an den teilzylindrischen Schneckentrog (11) anschließt,
    wobei die Innenwand einer der beiden Anschlussbereiche zwischen dem asymmetrischen Rührwerkstrog (4) und dem teilzylindrischen Schneckentrog (11) als schräge Ebene in Form einer Rutsche (13) ausgebildet ist, so dass ein von den Rührflügeln (8) des Rührers (3) und der Schnecke (5) nicht erfasster Raum (14) sowie ein seitlicher und vergrößerter Einzugsbereich der Dosierschnecke gebildet wird,
    wobei der Rührer (3) und die Dosierschnecke (5) zum Rotieren in der gleichen Drehrichtung (19, 20) eingerichtet sind,
    wobei die Rührflügel (8) und die Dosierschnecke (5) sich bei der Rotation im Bereich der Rutsche (13) nach unten bewegen,
    wobei der Dosierraum in drei Bereiche, die vertikal übereinander liegen, unterteilbar ist,
    wobei der obere Bereich (I) oberhalb einer die Rührer-Welle (18) einschließenden horizontalen Ebene liegt,
    wobei der mittlere Bereich (II) unterhalb des oberen Bereichs (I) und oberhalb einer horizontalen Ebene liegt, die zwischen den Räumen angeordnet ist, die von den Rührflügeln (8) und der Dosierschnecke (5) überstrichen werden,
    wobei der untere Bereich (III) unterhalb des mittleren Bereichs (II) liegt,
    wobei der untere Bereich (III) des Dosierraumes als ein teilzylindrischer Trog ausgebildet ist,
    wobei der mittlere Bereich (II) und der untere Bereich (III) an der einen Seite unmittelbar aneinander angrenzen, so dass ein Rücksprung (27) gebildet wird,
    wobei an der anderen Seite der Übergang zwischen dem mittleren Bereich (II) und dem unteren Bereich (III) durch eine schräge Ebene gebildet wird, die tangential sowohl an den Wänden (26) des Rührwerkstrogs (4) als auch an den Wänden des Schneckentrogs (11) anliegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mittlere Bereich (II) des Dosierraumes als ein halbzylindrischer Trog ausgebildet ist,
    dass die Rutsche (13) durch die schräge Ebene gebildet wird, die tangential sowohl an den Wänden des Rührwerkstrogs (4) als auch an den Wänden des Schneckentrogs (11) anliegt,
    dass die Dosierschnecke (5) an ihrem äußeren Umfang Zähne (23) aufweist.
  2. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der von den Rührflügeln (8) überstrichene Raum den mittleren Bereich (II) vollständig ausfüllt.
  3. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der obere Bereich (I) vertikale Wände (25) hat.
  4. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die vertikalen Wände (25) des oberen Bereichs (I) tangential und ohne eine Kante in die Wände (26) des halbzylindrischen Rührwerkstrogs (4) übergehen.
  5. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der obere Bereich (I) des Dosierraums einen rechteckigen Querschnitt hat.
  6. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rührerwelle (18) und die Drehachse (10) der Dosierschnecke (5) vertikal übereinander angeordnet sind.
  7. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abstand zwischen der Rührer-Welle (18) und der Drehachse (10) der Dosierschnecke (5) verstellbar ist.
  8. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schnecke (5) am Austrags-Ende (16) ein Flügelrad (7) aufweist.
  9. Vorrichtung zur Dosierung von Feststoffen, insbesondere faserigen Stoffen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der Drehzahlen von Rührer zur Dosierschnecke einstellbar ist.
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