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Schnellmischer
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Mischen, Emulgieren, Auflockern, Zerkleinern, Homogenisieren, Abrunden, Benetzen und Umhüllen von Stoffen, insbesondere zur Be- und Verarbeitung viskoser und pulver-
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Ein derartiger Mischer besitzt einen drehenden Behälter, in dem exzentrisch und parallel zu seiner Drehachse ein oder mehrere Rotoren gelagert sind. Der Antrieb der Rotoren kann von der Drehzahl des Behälters abhängig als auch unabhängig sein. Die Zuführung des Behandlungsgutes in den Arbeitsbereich der Rotoren geschieht durch die Drehung des Behälters.
Obwohl derartige bekannte Einrichtungen in der Mehrzahl der Fälle zufriedenstellend arbeiten, konnten doch wesentliche Nachteile nicht übersehen werden.
So ist es beispielsweise nicht möglich, eine zum Emulgieren dienende Vorrichtung ohne grössere Umbauten zum Mischen oder auch Zerkleinern von festem und grobstückigem Material einzurichten. Auch wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit der Rotoren zur Durchführung bestimmter Mischaufgaben nicht ausreicht. Bisher galt es für nahezu unmöglich, die Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren, ohne eine Vergrösserung der Motorleistung, wesentlich zu erhöhen.
Bekanntlich steigt der Energieaufwand mit der Steigerung der Geschwindigkeit im Quadrat.
Soll also die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors z. B. verdoppelt werden, so bedingt dieses Vorhaben, bei an sich gleicher Belastung des Rotors während einer Umdrehung, eine Vervierfachung der Antriebsleistung. Ein weiter Regelbereich in der Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren bedingte nach der bisherigen Meinung einen für die höchstmögliche Drehzahl ausgelegten Antriebsmotor, weil sich ansonsten der Rotor im Mischgut festfahren würde.
Fernerhin wurde festgestellt, dass die Zuführung des Mischgutes in dem Arbeitsbereich des Rotors sehr weitgehend von der physikalischen Beschaffenheit des Gutes abhängig ist. So wird pulveriges, trockenes Material leicht durch die Drehung der Trommel in den Arbeitsbereich des Rotors gelangen, hingegen eine viskose Masse sehr schwer, weil diese an der Trommelwandung anhaften und eine gewisse Zeit zur Ablösung benötigen. Stückiges Gut weicht dem Rotor schnell aus, wenn der Einzugswinkel zu klein bemessen ist, wird indessen dieser Winkel zu gross, so wird durch den Rotor zuviel Material erfasst. Die Last im Anzug wird für den Antriebsmotor zu gross, so dass dieser nicht anlaufen kann.
Hiebei ist der Einzugswinkel jener Winkel, der gebildet wird zwischen zwei Tangenten, wobei die eine der Tangenten senkrecht zum durch den Rotormittelpunkt gehenden Trommelhalbmesser gelegen ist und den Trommelumfang am Orte des kürzesten Abstandes zum Rotor berührt, während die andere Tangente den Berührungspunkt schneidet und den Rotorumfang berührt.
Zweck der Erfindung ist es, einen Mischer zu schaffen, der weitgehendst universal anwendbar ist, sich für die verschiedensten Mischaufgaben einstellen lässt, dessen Antriebsleistung genügend klein gehalten werden kann und mit hoher Drehzahl zu betreiben ist.
Gemäss der Erfindung ist bei einem Schnellmischer mit umlaufender Trommel und exzentrisch zur Trommelachse angeordnetem Rotor, der unabhängig von der Drehbewegung der Trommel angetrieben wird, der Rotor in den Seitenwänden der umlaufenden, allseitig geschlossenen Trommel gelagert.
Durch diese erfinderische Anordnung wird bewerkstelligt, dass der Rotor während des Betriebes der Vorrichtung entsprechend der Drehzahl der Mischtrommel periodisch in das Mischgut ein-und austaucht. Beim Eintauchen in das Mischgut wird ein Teil der Schwungenergie an das Mischgut abgegeben ; dieser Energieverlust wird beim Leerlauf des Rotors wieder aufgeholt. Dadurch, dass der Rotor nur während einer kurzen Zeitspanne im Eingriff mit dem Mischgut steht, wird ein Festfahren der Vorrichtung unterbunden.
Nach einem weiteren Merkmale der Erfindung ist der Antrieb des in den drehenden Seitenwänden gelagerten Rotors, wie an sich bekannt, vom Antrieb der Trommel unabhängig.
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In Verbindung mit dem Hauptmerkmal der Erfindung wird durch diese Massnahme bewirkt, dass bei einer Erhöhung der Rotordrehzahl, u. zw. durch eine Minderung der Eintauchfrequenz, die Antriebsleistung auf ein für den Antriebsmotor zulässiges Mass gehalten werden kann.
Um den Einzugswinkel der Art des zu mischenden Gutes anpassen zu können, wird erfindunggemäss vorgeschlagen, dass der kürzeste Abstand von der Peripherie des Rotors bis zur Innenwand der Mischtrommel einstellbar ist, wobei diese Einstellung durch eine Verdrehung der Achslager erfolgt.
Durch die Einstellung des Einzugswinkels wird es möglich, den Mischer einer bestimmten Arbeit anzupassen. So ist z. B. bei einem Verreibungsvorgang der Einzugswinkel sehr klein einzustellen, weil bekanntlich beim Verreiben der Abstand zwischen Rotor und der Behälterwand klein sein soll. Beim Mischen von Flüssigkeiten kann der Einzugswinkel im Rahmen des Möglichen beliebig gross gewählt werden, während beim Lösen oder Quellen von KautschukSheets tunlich dieser Winkel so gross wie eben angängig zu wählen ist.
Zum Zwecke der Zufuhr von chemischen Reagenzen oder sonstigen Zusätzen zum Mischgut wie auch zur Einbringung eines thermischen Mittels in den Hohlraum der Behälterwand, ist oder sind die Drehzapfen des Behälters, wie an sich bekannt, hohl ausgebildet und vorzugsweise mit mehreren Kanälen versehen. Der nach der Erfindung gestaltete Mischer erlaubt daher die Durchführung von chemischen Reaktionen mit endo-oder exothermem Verlauf.
Durch den hohlen Drehzapfen können Beobachtungsinstrumente in den Innenraum des Mischbehälters geführt oder auch während des Betriebes der Vorrichtung Proben aus dem Behälterraum entnommen werden.
In den Zeichnungen ist eine der Erfindung entsprechende Vorrichtung beispielsweise und zum Teil schematisch dargestellt. Es bedeuten : Fig. 1 den äusseren Aufbau des Mischers, Fig. 2 den Mischer in einer anderen Ausführungsform, u. zw. mit einem Doppelmantel, Fig. 3 ein Schema der Anordnung, Fig. 4 die Lagerung eines Drehzapfens des Mischbehälters mit Zu- und Abführungseinrichtung für ein Kühl- und Heizmittel, Fig. 5 die Anordnung des Mischwerkzeuges in der Trommel.
In der Mischtrommel 1 ist das Mischwerkzeug 2 in Flanschen 3 gelagert. Die das Mischwerkzeug tragende Welle 4, 49 besitzt Dichtungsmittel 5 und trägt auf einer Seite der Trommel ein Antriebsrad 6, welches von einer losenhier im Beispiel-Keilriemenbuchse 7 auf der Achse 8 betrieben wird. Die Achse 8 ist mit der Wand 9 der Mischtrommel fest verbunden und auf einer Konsole 10 in einem Lager 11 drehbar gelagert.
Auf oder an der gleichen Konsole ist ein Motor 12 befestigt, wobei die Keilriemenscheibe 14 die Buchse 7 und damit das Mischwerkzeug 2 betreibt.
Gleichachsig mit der Achse 8 befindet sich an der Seitenwand 15 und mit dieser fest verbunden eine Achse 16, welche in einem Lager 17 auf der rechten Konsole 18 drehbar gelagert ist.
Auf der von der Mischtrommel abgekehrten Seite des Lagers 17 ist die Achse 16 mit einer Kupplung 19 ausgerüstet, welche die Verbindung zu einem Getriebe z. B. Schneckengetriebe 20 herstellt, das von einem Motor 21 angetrieben wird.
Ein Gegengewicht 23 zum Mischwerkzeug 2 sowie ein Ventil 23'zur Regulierung eines gewünschten Innendrucks, sei es ein Unter- oder Überdruck oder aber auch eine Nivellierung des Innendrucks gegenüber dem Aussendruck, sind auf einer der Seitenwände 9 oder 15 angebracht, obwohl sich diese auch an andern Stellen befinden könnten.
In einer andern Ausführungsform gemäss Fig. 2 erfolgt der Antrieb des Mischwerkzeuges 2 wie auch der Mischtrommel 1 nur von einer Seite der Maschine, während von der andern Seite das Beheizungs- oder Kühlmittel der Vorrichtung zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist die Mischtrommel 1 doppelwandig ausgebildet bestehend aus den Innenwänden 9 und 15 und den Aussenwänden 24 und 25.
Die Drehachse 26 ist mit der Trommel fest verbunden. Auf ihr ist die Buchse 7 lose gelagert, deren Antrieb entsprechend Fig. 1 erfolgt. Die Drehung der Trommel erfolgt über die Achse 26, wobei das Getriebe 19-22 nunmehr auf oder an der linken Konsole 10 befestigt ist.
Gemäss dem Beispiel sind sowohl das Mischwerkzeug durch ein Getriebe 22 in bezug auf ihre Drehrichtung wie auch in ihrer Drehzahl regel-und/oder einstellbar.
In einer besonderen Ausführungsform ist auf der Trommel 1 ein Einfülltrichter 1 a aufgesetzt, der in Fig. 2 nur gestrichelt angedeutet ist.
Die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels geschieht durch den-hier im Beispiel-rechten Lagerzapfen 27 (Fig. 4), der sich bei 28 z. B. in Gleitlager 29 gegen die Konsole 18 abstützt.
Der Lagerzapfen ist mit einer Bohrung 30 versehen, die an der Seite der Trommelwand durch eine Platte 31 dichtend abgeschlossen ist.
Ein Zentralrohr 32 erstreckt sich axial durch die Bohrung 30 und ist bei 33 abgewinkelt und durch eine radial verlaufende Bohrung 34 im Lagerzapfen und Flansch ? J hindurchgeführt.
Eine gegen die erstere radial verlaufende und versetzte Bohrung 36 nimmt ein Rohrstutzen 37 auf, der mit dem Zapfen 27 dichtend verschraubt ist. Beide Rohre, 32 und 37, drehen sich also mit dem Zapfen 27. Neben dem Lager 28 ist auf der Konsole 18 ein Böckchen 38 befestigt, das über das Ende 39 des Zapfens 27 ragt. In der Höhe des Böckchens ist eine Dichtungs-
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packung 41 eingelassen, welche durch eine Muffe 42 mittels Schrauben 43 dichtend geschlossen ist. Die Muffe ist fernerhin mit einem Durchgang 40 versehen, durch den das Zentralrohr 32 hindurchragt, das bei 44 ebenfalls von einer Dichtung 45 umgeben ist, die mittels eines Ringes 46 angezogen werden kann. Am Ring 46 ist die Zuführungsleitung 47 und in der Muffe 42 der Ablaufstutzen 48 für das Kühlund Heizmittel angeschlossen, die sich bei drehender Welle 35, 27 in Ruhe befinden.
Für den Mischer ist die Anordnung der Mischwerkzeuge im Mischbehälter von besonderer Bedeutung. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist mit "d" der Durchmesser des Mischwerkzeuges od. dgl. und mit "D" die lichte Weite des Mischbehälters bezeichnet. Ferner ist mit "e" der Radius des Exzenterkreises genannt, dessen Mittelpunkt die Drehachse der Trommel ist.
Zwei im Durchmesser verschieden grosse Mischwerkzeuge sind mit K 1 und K 2 bezeichnet.
Die Tangenten vom Punkte des kürzesten Abstandes von der Trommel zum Mischwerkzeug, fussend auf der Trommel-Innenwand und tangierend mit den Peripherien der verschiedenen grossen Mischwerkzeuge, bilden mit der Horizontalen die Winkel oc 1 und oc 2. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wächst bei gleichbleibendem Abstand h mit kleiner werdendem Durchmesser d der Winkel ; oder aber auch bei gleichbleibendem
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Einzug des Gutes ganz oder teilweise unterbunden.
Ebenso ist für ein bestimmtes Gut ein optimales Mass für den Einzugswinkel gegeben.
So ist es beispielsweise möglich, bei kleiner werdendem Abstand h den gleichen Einzugswinkel aufrechtzuerhalten, wenn der Durchmesser d des Mischwerkzeuges ebenfalls kleiner wird, oder umgekehrt.
Die Trommel 1 rotiert nunmehr um eine Achse durch den Punkt P, so dass das Mischgut im Bereich des Mischers einer Relativgeschwindigkeit u ausgesetzt ist.
Dieser beträgt
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Vorzeichen sind als Drehrichtungsvorzeichen zu betrachten. Bei hohen Umlaufzahlen des Mischwerkzeuges ist die Relativgeschwindigkeit von untergeordneter Bedeutung. Insbesondere soll durch die Drehung der Trommel eine kräftige Umwälzung des Gutes bewirkt werden. Die Drehzahl der Trommel kann den besonderen Gegebenheiten angeglichen werden, wobei die durch die Umfangsgeschwindigkeit auftretenden Beschleunigungen im allgemeinen nicht grösser als die Erdbeschleunigung ist.
Nach der im vorhergehenden gegebenen Lehre
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Das Mischwerkzeug gemäss Fig. 5 ist insbesondere für eine Aufgabe zum Mischen und Verreiben verschiedener Pulverarten, wie bekannt, stab- und leistenförmig ausgebildet und besteht aus einer Welle 49, auf der mindestens zwei Halter, z. B. Scheiben 50, befestigt sind. Zwischen den Scheiben sind Stäbe 51 angeordnet, die-im Beispiel-einen Kreisquerschnitt besitzen.
Auch besteht die Möglichkeit, an Stelle der Scheiben 50 radial verlaufende Stege zu verwenden, welche die Stäbe 51 tragen. Die Scheiben oder Stege sind direkt an einem Bundring 53 befestigt, der auf der Welle 49 mittels eines Keiles gegen Drehung und Verschiebung gesichert ist.
Der Ring 53 trägt einen Kragen 54, der gegen eine Dichtung 55 lastet. Der notwendige Andruck der Dichtung wird dabei durch einen, im Flansch 56 verschiebbar gelagerten und unter dem Druck einer Feder 57 stehenden, Muffenring 58 erzeugt.
Eine auf dem Muffenring sitzende Nase 59 wird in einer im Flanschbund 60 eingebrachten Nut 61 geführt, so dass der Muffenring gegen eine Verdrehung gesichert ist.
Der Muffenring ist dabei mit einer Dichtung 62 umkleidet, die in einer Aussparung im Flanschbund 60 eingelassen ist. Die Feder 57 ist mittels eines Spannringes 64 in bezug auf ihre Andruckkraft einstellbar.
Die Welle 49 ist an beiden Enden (von denen in der Zeichnung nur eins gezeigt ist) in einem Pendelrollenlager 65 gelagert, das in einer Kappe 66 eingelassen ist. Die Kappe ist dabei in bekannter Weise mittels Schrauben 67 mit dem Flansch 56 verbunden. Ein mit einer Dichtung 68 versehener Ringteller 69 schliesst die Welle 49 dichtend ab, so dass das durch die Bohrung 70 eingeführte Schmierfett nicht auslaufen kann. An einem Ende der Welle, z. B. bei 71, ist die Triebscheibe 6, z. B. eine Riemenscheibe, mittels eines Keiles 72 und eines Tellers 73 befestigt. 1
Wie insbesondere aus der Fig. 5 ersichtlich, ist die Mischwerkzeugwelle 49 exzentrisch in bezug auf den Bund des Flansches 74 gelagert.
Beträgt z. B. der radiale Abstand von Mitte Welle bis zur oberen Befestigungsschraube "m"
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durch eine Verdrehung des Flansches um 180 wird dieser Abstand zum Maximum.
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Die Erfindung ist indes nicht an die Verwendung bestimmter Werkzeuge gebunden, so können auch andere, nicht gezeigte und an und für sich bekannte Einrichtungen zur-Anwendung kommen, z. B. Rührwerkzeuge, gabelförmige Zinken, schraubenförmig verwundene Platten und Werkzeuge, deren Durchmesser in bezug auf den Abstand "h" einstellbar sind. In einer gezeigten Ausführungsform ist der zum Antrieb des Behälters dienende Lagerzapfen 26 hohl auszubilden. Vornehmlich dient diese Öffnung zur Einführung eines schaufelartigen Werkzeuges, welches an einer Stange befestigt ist, um während des Betriebes Mischproben aus dem Innenraum der Trommel zu entnehmen.
Die Öffnung kann jedoch auch dazu benutzt werden, um hier eine in den Behälter hineinragende Be-und/oder Entlüftung vorzusehen oder um eine Zuführungsleitung für ein in den Behälter bzw. auch in den Zwischenraum des Behälters einzubringendes Mittel, z. B. elektrischen Strom für einen Wärmeerzeuger einzuführen. Ebenso eignet sich die Öffnung zur Einführung eines Messwerkzeuges (Fig. 2) 100, sowie eines Mischgutes, einer Flüssigkeit, eines chemischen Reagens u. dgl.
An allen wichtigen Stellen des Mischers sind Messwerkzeuge vorgesehen, welche die Temperatur und den Druck im Innenraum des Mischbehälters, im Mantel des Mischbehälters und an sonstigen, nicht gezeigten Stellen, anzeigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schnellmischer mit umlaufender Trommel und exzentrisch zur Trommelachse angeordneten
Rotoren, die unabhängig von der Drehbewegung der Trommel angetrieben sind, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Rotor in den Seiten- wänden der umlaufenden, allseitig geschlossenen
Trommel gelagert ist.