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Mischer mit einer um eine senkrechte Achse umlaufenden Mischschüssel
Die Erfindung bezieht sich auf Mischer mit einer um eine senkrechte Achse umlaufenden Mischschüs- sel, in der schaufelartige Mischwerkzeuge in einem oder mehreren, insbesondere zwei Werkzeugsyste- men, angebracht sind, die um eine bzw. mehrere zur Mischschüsselachse achsparallele, exzentrische Achse im Gegenstrom oder Gleichstrom umlaufen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Gegen- strommischer dieser Type, bei denen im Mischschüsselboden eine zentrische Entleerungsöffnung vorgesehen ist, die durch eine heb-und senkbare Verschlussplatte verschlossen wird.
Derartige Mischer sind grundsätzlich für Mischgut aller Art und insbesondere für Ton, Schamotte, Steinzeugmassen, Beton, Gie- ssereiformsand, Kalksandsteinmassen, Erze, Kunstdünger u. dgl., ferner auch für teer-und asphalthaltige
Gemenge sowie für Lack- und Ölfarben, Kunststoffe, pharmazeutische Produkte, Nahrungsmittel u. dgl- geeignet und vielfach in Anwendung.
Vielfach ist es erwünscht, die stündliche Durchsatzleistung derartiger Mischer bei gleichbleibendem Durchmesser beträchtlich zu vergrössern. Bei den bisherigen Ausführungen insbesondere bei Besatz mit Kollern, kann die Schichthöhe nicht ohne Abnahme des Effekts gesteigert werden, und die Drehzahl ist eng begrenzt. Die Schichthöhe des Mischgutes lässt sich nicht beliebig steigern, ohne dass der Misch-und Aufbereitungseffekt verringert wird. Insbesondere dann, wenn im Mischer plastische Stoffe, wie keramisehe Materialien, behandelt werden sollen, ist es für die Erzielung ausreichender Mischeffekt bei den bekannten Gegenstrommischern bisher erforderlich, die Werkzeugsysteme zumindest teilweise mit Kollern zu besetzen.
Die Wirksamkeit eines Kollers ist aber auf eine relativ geringe Schichthöhe des zu behandelnden Materials beschränkt, und ausserdem kann die Umlaufgeschwindigkeit von Kollern nicht be- liebig gesteigert werden. gesteigert werden.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Durchsatzleistung von Schüsselmischern mit um eine vertikale Achse rotierender Mischschüssel und darin um eine exzentrische Achse im Gegenstrom umlaufenden Werkzeugsystemen zu steigern, ohne dass der Durchmesser der Mischschüssel vergrössert wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, die Behandlung des Materials in einer höheren Schicht unter Steigerung des Mischeffektes und der Mischintensität zu ermöglichen. Schliesslich ist es ein Ziel der Erfindung, einen Mischer der erwähnten Art vorzusehen, der unter auf die bisher üblichen Koller die Durch- arbeitung von plastischen Materialien, wie keramischen Stoffen, Beton od. dgl. gestattet.
Diese Ziele und weitere Vorteile werden gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass bei einem Mischer mit rotierender Mischschüssel und exzentrisch zu deren Achse und in gleicher oder entgegengesetzter Richtung umlaufenden Werkzeugsystemen an jedem Werkzeugsystem mindestens zwei Mischwerkzeu- ge vorgesehen werden, von denen das eine eine geringere Eintauchtiefe in die Schüssel bzw. das zu mischende Material besitzt als das ihm nachfolgende Mischwerkzeug. Zweckmässig bestehen die verschie- den tief eintauchenden Mischwerkzeuge aus Mischschaufeln.
Die Gestalt derartiger Mischschaufeln ist an sich bekannt, jedoch sind sie bisher an den sternartigen Armen des Werkzeugsystems so angeordnet gewesen, dass sie mit ihrer Unterkante in derselbenEbene auf oder dicht oberhalb desMischschüsselbodensro- tieren. Es ist zwar bekannt, diese Mischschaufeln an den Armen des Werkzeugsystems in der Höhe verstellbar zu befestigen, jedoch diente diese Verstellbarkeit. lediglich dem Zweck, eine Abnutzung der Schaufeln an ihrer Unterkante im Lauf eines längeren Betriebes ausgleichen zu können.
Gemäss der Erfindung ist an jedem Werkzeugsystem vorzugsweise eine gerade Zahl von Mischwerk -
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zeugen angebracht, von denen die Hälfte in der bisher üblichen Weise den Boden berührend oder dicht über dem Boden angeordnet ist, während die andere Hälfte oberhalb des Mischschüsselbodens in einer gemeinsamen Ebene vorgesehen ist. Der Unterschied der Eintauchtiefe zwischen den aufeinanderfolgenden Mischwerkzeugen beträgt zweckmässig etwa die halbe bei der Benutzung des Mischers vorgesehene Schichthöhe.
Die in der Höhe gegeneinander versetzten Mischwerkzeuge bewirken, dass die Zirkulation des Mischungsmaterials an der Oberfläche der Materialschicht, die normalerweise relativ gering ist, stark erhöht wird, und sich hinter jedem oberen Werkzeug bei der Rotation im Material eine Furche bildet, in welcher das nachfolgende, tiefer angeordnete Werkzeug läuft und infolgedessen nur eine geringe Schichthöhe, die einen Bruchteil, beispielsweise die Hälfte der gesamten Materialschicht beträgt, zu bewal- tigen hat, also stark entlastet wird. Daraus ergibt sich der Effekt, dass trotz wesentlich erhöhter Mischgutschicht der erforderliche Kraftaufwand im Verhältnis zu der gesamten Menge des bearbeiteten Materials niedrig gehalten wird.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung nach der Erfindung kann noch dadurch gesteigert werden, dass die obere Mischschaufel breiter als die untere ausgestaltet ist, damit die sich aus der Exzentrizität ergebende unterschiedliche Relativbewegung auf der Kreisbahn der verschiedenen Werkzeuge kompensiert wird.
Die abwechselnd höher und niedriger angeordneten Mischwerkzeuge sind auf dem gleichen Radius angeordnet, damit jeweils die untere Mischschaufel in der von der oberen Mischschaufel gebildeten Furche läuft.
Die Mischwerkzeuge können auf dem Umfang in gleichen Winkelabständen angeordnet sein, bei- spielsweise können also die drei unteren Mischschaufeln in einem von je 1200 liegen, während die Mischschaufeln in der oberen Ebene hiezu um je 600 versetzt sind. Vorzugsweise sind jedoch die oberen Mischwerkzeuge in einem relativ kleinen Abstand vor den jeweiligen unteren Schaufeln, d. h. beispielsweise in einem Abstand von etwa 20 bis 40 , in der Drehrichtung nach vorn versetzt. Wenn durch diese Anordnung jeweils die untere Schaufel relativ dicht auf die obere Schaufel folgt, hat dies den Vorteil, dass die von der oberen Schaufel gebildete Furche noch ein breites und tiefes Profil in dem Bereich des Umfanges hat, in dem die nachfolgende untere Schaufel arbeitet.
Ausserdem bietet die unsymmetrische Verteilung der oberen Schaufeln zwischen den unteren Schaufeln den Vorteil, dass gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die oberen Schaufeln an denselben Armen des Werkzeugsystems befestigt sein können wie die unteren Schaufeln, so dass das Gesamtgewicht des Werkzeugsystems durch die Anordnung der oberen Schaufeln nicht wesentlich vergrössert wird.
Bei den bekannten Gegenstrommischern sind die über dem Boden der Schüssel arbeitenden Mischwerkzeuge gewöhnlich federnd gelagert, damit sie beim Auftreffen auf grobe Bestandteile des Mischgutes. z. B. Steine in keramischen Tonmasse oder Beton, ausweichen können. Die gemäss der Erfindung vorzusehenden oberen Schaufeln brauchen jedoch nicht federnd gelagert zu sein, weil sie nur auf der unteren Schicht des Mischgutes entlanglaufen und infolgedessen derartige harte Bestandteile, wie Steine od. dgl., nach unten in diese Mischgutschicht ausweichen können. Anderseits können aber die oberen Mischgutschaufeln in an sich bekannter Weise in der Höhe verstellbar an dem Werkzeugsystems angebracht sein.
Die Anordnung von in der Höhe gegeneinander versetzten Mischwerkzeugen gemäss der Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass infolge der dadurch erheblich gesteigerten Mischintensität und Knetwirkung selbst bei der Verarbeitung plastischer Massen auf die gleichzeitige Verwendung von Kollerwerkzeugen verzichtet werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Mischer mindestens einen Wirbler enthält, der mit einer gegenüber dem Werkzeugsystems erhöhten Umfangsgeschwindigkeit umläuft und zum System exzentrisch angeordnet ist. Erfindungsgemäss arbeitet der Gegenstrommischer dann besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeugsysteme und der Wirbier in entgegengesetzter Richtung umlaufen.
In vorteilhafter Weise besitzen die Werkzeugsysteme und Wirb- ler sowie vorzugsweise die Mischschüssel Einzelantriebe, die bezüglich Drehrichtung und Drehzahl regelbar sind. Hiedurch ist es ferner möglich, den Drehsinn und die Drehzahl der Systeme auf die Konsistenz und die innere Reibung des Materials abzustimmen. Je nach dem aufzuarbeitenden Material ist nicht nur die Drehgeschwindigkeit der Werkzeugsysteme, sondern auch das Verhältnis der Umlaufgeschwindigkeiten zwischen Werkzeugsystem, Wirbier und Mischschüssel sowie die Drehrichtung von Werkzeugsystem, Wirbier und Mischschüssel von grosser Bedeutung. Bei nahezu gleicher Umfangsgeschwindigkeit und gleicher Drehrichtung von beispielsweise Werkzeugsystemen mit Mischschaufeln und Schüssel können bei relativ kleinem Reibeffekt z. B. sehr hohe, zum Teil unerwünscht hohe, Presswirkungen auftreten.
Bei voreilender Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge wird die Presswirkung herabgesetzt und die Reibwir-
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kung verstärkt. Kommen beispielsweise Materialien zur Verarbeitung, die einer starken Quetschwirkung nicht ausgesetzt werden dürfen, kann die Drehrichtung der Werkzeugsysteme auf Gegenlauf geschaltet werden. Hiedurch erreicht man, dass das durch die Drehbewegung der Schüssel herangebrachte Gut nicht in den Engspalt zwischen Werkzeugsystem und Schüssel wand eingezogen, sondern zurückgestossen wird.
Es bestehen somit alle Voraussetzungen, um die Knet- und Reibarbeit in weiten Grenzen variieren zu können. Da die Werkzeuge in der Regel elastisch angeordnet sind, ist ein wirksamer Schutz gegen Über- lastung gegeben.
Bei einer häufig gebrauchten Type mit einem Tellerinnendurchmesser von 2200 mm variiert die minutliche Drehzahl des Tellers - je nach Einsatzgebiet - etwa zwischen 5,9 und 10 Umdrehungen. Die minutliche Drehzahl der sogenannten Mischsterne variiert zwischen 31 und 60 Umdrehungen, wobei die äusseren Schaufelspitzen etwa von der Tellermitte bis zur Seitenwand reichen und somit einen Kreis von zirka 1100 mm bestreichen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelspitzen variiert in diesem Fall et- wa zwischen 1, 8 und 3,5 m/sec.
Die Mischschüssel besitzt in der Regel einen Durchmesser von 50 bis 320 cm, vorzugsweise von 100 bis 220 cm. Dementsprechend beträgt der Durchmesser der von den Werkzeugsystemen beschriebenen
Kreisbahn in der Regel etwa 25-140 cm, vorzugsweise 55-100 cm, und der Durchmesser der Wirblerkreis- bahn etwa 20-80 cm, vorzugsweise 35-60 cm.
Wesentliche Merkmale des Wirblers sind also sein relativ kleiner Durchmesser und seine erheblich höhere Rotationsgeschwindigkeit als die des Werkzeugsystems. Sein Aufbau kann je nach der Art des zu mischenden Materials verschieden sein. Beispielsweise kann er aus. nehreren, z. B. 6 oder 8 auf einem
Kreisumfang angeordneten achsparallelen oder in der Rotationsrichtung geneigten Rund-oder Mehrkant- stegen bestehen. Als zweckmässig hat sich die Ausbildung der Wirbier mit im wesentlichen senkrechten
Rundstäben erwiesen, die jedoch an ihrem unteren Ende schräg nach vorn abgebogen sind. Eine andere zweckmässige Ausgestaltung des Wirblers besteht aus einem Spiralband aus Stahl oder anderem geeigne- ten Material, wobei die Spirale koaxial mit der Drehachse des Wirblers angeordnet ist.
Je nach der Um- laufrichtung hebt der rotierende Spiralwirbler entweder das Material aus der unteren Schicht nach oben an oder er befördert Material aus der oberen Schicht in die untere Schicht. Im ersteren Fall ergibt sich als
Effekt eine Auflockerung des Materials. Im letzteren Fall wird das Material, insbesondere in der unteren
Schicht am Boden der Mischschüssel, verdichtet und komprimiert. Der Effekt ist mit demjenigen eines
Kollers vergleichbar.
In der Zeichnung ist ein Gegenstrommischer gemäss der Erfindung mit verschiedenerlei Mischwerk- zeugen dargestellt. Die Zeichnung dient jedoch nur zur Erläuterung und ist nicht in einem beschränken - den Sinne zu verstehen. Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Gegenstrommischers mit zwei exzentrischen Werkzeugsystemen und zwei Wirblern. Fig. la ist die gleiche Ansicht, jedoch in einem Winkel von 900. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Maschine nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt eines der beiden Mischsysteme in Seitenansicht. Fig. 4 erläutert in einer schematischen perspektivischen Ansicht die Arbeitsweise der höhenversetzten Schaufeln. Fig. 5 und 6 zeigen in Seitenansicht und Draufsicht eine
Ausführungsform des Wirblers mit Stäben. Fig. 7,8 und 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines spiralförmigen Wirblers in Seitenansicht.
Die Mischschüssel1 ist in einem aus Stahlrohren bestehenden Traggestell 2 gelagert, das aus mehre- ren, im wesentlichen rechteckigen miteinander verbundenen Rahmen besteht und auf Füssen 3 ruht. Die
Mischschüssel läuft auf einem grossen Kugellager 4, das von dem Motor 5 über ein Zahnradvorgelege 6 angetrieben wird. Die Entleerungsvorrichtung 7 ist hier nur angedeutet, da sie an sich bekannt ist (vgl. z. B. die USA-Patentschrift Nr. 2, 031, 149, insbesondere Fig. 6) und für den Gegenstand der Erfindung nicht wesentlich ist.
Oberhalb der Mischschüssel sind im Traggestell Motoren 8 und 9 für den Einzelantrieb der Werkzeug- systeme und der Wirbier gelagert. In je einer ebenfalls an dem Rahmengestell 2 montierten Brücke 10 be- findet sich das Reduziergetriebe 11 für die Königswelle 12 des jeweiligen Werkzeugsystems. Auf der Wel- le ist eine Büchse 13 aufgekeilt oder in anderer Weise aufgesetzt, die zwei im wesentlichen radiale Ar- me 14 besitzt. Am Ende jedes Armes 14 befindet sich eine Hülse 15.
In der Hülse ist der winkelförmige
Schaft 16 mit seinem einen Arm gelagert und von einer Schraubenfeder 17 umgeben, deren eines Ende im Boden der Hülse befestigt ist, während das andere Ende in einen auf die Hülse aufgesetzten Deckel eingreift, so dass die Feder das Bestreben hat, den Schaft nach unten und damit die ar seinem andern
Ende befestigte Schaufel 18 gegen den Boden der Schüssel 1 zu drücken. Ein Anschlag 19 begrenzt die tiefste Stellung der Schaufel in geringem Abstand über dem Schüsselboden. Diese federnde Lagerung der
Mischschaufeln ist an sich ebenfalls, z. B. aus der deutschen Patentschrift Nr. 256065, bekannt. Gemäss der Erfindung ist jedoch an der Hülse 17 eine Haltevorrichtung 20, z.
B. eine gabelförmige Klemmlasche,
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angebracht, in der ein Schaft 21 festgeklemmt ist, der in starrer Beziehung zu dem Werkzeugsystem eine Schaufel 22 trägt. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, hat der Schaft Sl eine solche Länge, dass die Schaufel 22 sich in einem erheblichen Abstand über dem Boden der Mischscnüssel befindet, und im dargestellten Beispiel beträgt dieser Abstand mehr als die Höhe der Schaufel 18, u. zw. etwa das 11/2fache.
Durch Lösen der Klemmschrauben 24 kann die Klemmgabel 20 gelockert werden, um den Schaft 21 nach Massgabe der Abnutzung der Unterkante der Schaufel 22 zu verstellen oder auch eine neue Schaufel einzusetzen.
Gemäss der schematischen Perspektivansicht der Fig. 4 entspricht die Eintauchtiefe t der vorlaufenden Mischschaufel 22 der oberen Hälfte ul der vorgesehenen Mischgutschicht, während die nachfolgende Mischschaufel 18 in der von der Schaufel 22 gezogenen Furche nachläuft, die Tiefe t2 aufweist, und die untere Hälfte u. der Mischgutschicht bearbeitet.
Wenn im vorliegenden Fall jedes Werkzeugsystem mit nur 2. ei Armen 14 und zwei Schaufelpaaren 18,22 besetzt ist, so ist zu betonen, dass es sich hiebei nur um ein Ausführungsbeispiel handelt und je nach der Grösse der Mischertype und je nach ihrer Ausrüstung mit ein oder zwei Werkzeugsystemen, auch drei oder vier Arme mit je zwei in der Höhe gegeneinander versetzten Schaufeln vorgesehen sein können.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befinden sich in den Sektoren der Grundrissfläche zwischen den Werkzeugsystemen zwei Wirbier 25, die im Beispiel der Fig. 2 aus dem Antriebszapfen 26 mit dem Armstern 27, einem Haltering 28 und acht daran angebrachten vertikalen Dreikantstäben 29 bestehen. Jeder Wirbier ist mit seiner Welle in einer Hülse30 gelagert, die in einer Brücke 31 am Rahmengestell 2 angebracht ist und von dem Motor 9 direkt angetrieben wird. Infolge des Direktantriebes, im Gegensatz zu der Einschaltung des Reduziergetriebes 11 zwischen dem Motor 8 und dem Werkzeugsystem läuft der Wirbler mit erheblich grösserer Tourenzahl als das Werkzeugsystem.
Der Wirbier nach Fig. 5 hat im wesentlichen gleichen Aufbau, doch sitzen hier an dem Armkreuz 2V vier Rundstäbe 32, die nicht vertikal, sondern in der Drehrichtung gesehen nach vorn gekrümmt sind.
Diese Schräganordnung bietet den Vorteil, dass der Engspalt zwischen Stab und Seitenwand der Schüssel 1 während einer längeren Zeit durchlaufen wird, so dass die Presskräfte nicht schlagartig, sondern auf eine gewisse Zeitspanne verteilt wirksam werden, was sich in einer Entlastung des Stabes und der Wirblerlagerung auswirkt. Durch die Schrägstellung des Stabes in der dargestellten Richtung oder entgegen der Drehrichtung kann nach abwärts gerichtete Pressung oder nach oben gerichtete auflockernde Wirkung erreicht werden.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 7-9 besitzt der Wirbier eine Spirale aus Flachstahl od. dgl., die nach Art eines Fräsers wirkt. Im Falle der Fig. 7 hat die Spirale 33 eine gleichbleibende Steigung, und je nach der Drehrichtung des Wirblers hat dieser verschiedene Wirkungen. Bei der einen Drehrichtung der Spirale, die im allgemeinen verwendet werden wird. fördert diese von unten nach ober, und durch die Einwirkung der Spirale 33 mit den zugehörigen Speichen 26'wird dem Material eine fördernde Drehbeschleunigung erteilt und gleichzeitig eine starke Förderarbeit in vertikaler Richtung geleistet, so dass die erfassten Portionen des Mischgutes schnell in horizontaler und vertikaler Richtung verschoben werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist die Steigung der oberen Gänge 33'der Spirale 33 kleiner als die der unteren, was folgende Vorteile bietet :
Das Werkzeug kann mit relativ hoher Drehzahl arbeiten, so dass eine starke Mischgutzirkulation in horizontaler und vertikaler Richtung eintritt. Mitunter ist es jedoch unerwünscht, die obere Mischgutschicht in die Höhe zu schleudern. Durch die oben geringere Steigung des Schneckenganges wird das Hochschleudern vermieden. Das aus der Unterschicht hochgeförderte Gut kann sich in der oberen Zone leicht horizontal ausbreiten, ohne dass eine unerwünscht hohe Materialpressung und ein unerwünschter Schleudereffekt über die Mischgutschicht hinaus eintritt.
Fig. 9 zeigt einen fräserartigen Wirbier, bei dem die obere Hälfte 33" und die untere Hälfte 33'" entgegengesetzte Steigungsrichtung haben, so dass in der unteren Hälfte der Mischgutschicht nach oben gerichtete und in der oberen Hälfte nach unten gerichtete Förderarbeit geleistet wird. Infolgedessen tritt eine Materialpressung etwa auf halber Schichthöhe ein, die bei manchen Sorten von Mischmaterial sehr nützlich sein kann.
Die Spirale bietet noch weitere Möglichkeiten. Während sie bei der einen Drehrichtung auflockert, in der andern Drehrichtung verdichtet, kann sie gleichzeitig die Schüsse] seitenwand von Verkrustung frei halten, denn die gesamte Wandfläche wird bei genügend hoher Umfangsgeschwindigkeit von den Schnekkengängen der Spirale abgeschabt. Wird besonders starke Knetwirkung verlangt, lässt man die Spirale von oben nach unten fördern und in der Drehrichtung der Schüssel rotieren, so dass ein kräftiger Materialenzug entsteht. Die Steigung der Spirale kann der jeweiligen Aufgabenstellung angepasst werden. Es besteht
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