Knet-und Mischwerk
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Knet-und Mischwerk mit einem Behälter und mindestens einem Arbeitsorgan, welches der Innenwandung des Be hälters entlang rotiert und mit dieser zur Bearbeitung des Gutes knetend und mischend zusammenwirkt, wobei das Gut längs der Behälterinnenwandung aus dem Bereich des Arbeitsorgans herausgepresst wird.
Bekannte Knet-und Mischwerke dieser Art haben besondere pumpende Mittel (Schaufeln), die das Gut in einen vom Boden des drehenden Körpers nach aussen ansteigenden, mit Arbeitsorganen versehenen Kanal fördern. Das Gut wird nur am Boden des Körpers in den Kanal gefördert und muss im relativ engen Kanal in Längsrichtung der Arbeitsorgane aufwärtssteigen. Es wird also jeweils nur die unmittelbar über dem Boden liegende Schicht des Gutes in den Knet-und Mischvorgang einbezogen. So wird zum Beispiel ein über dem Boden liegender schwerer Gegenstand im Kanal aufwärtsgetrieben, um am obern Kanalende gegen das Zentrum des Behälter- raumes zu fallen und nachher auf der Oberfläche des Gutes zu liegen, bis er allmählich im Umlauf des Gutes wieder in den Bereich des Kanaleintrittes gelangt.
Das erfindungsgemässe Knet-und Mischwerk unterscheidet sich von den bekannten dadurch, dass die mit der Behälterinnenwand zusammenwirkende Arbeitsflanke des pumpend wirkenden Arbeitsorgans von jeder Stelle des vom Organ umkreisten Zentralraumes aus über einen Weg zugänglich ist, der in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene liegt, und dal3 mindestens die Behälterinnenwand mit dem Arbeitsorgan zusammenarbeitende Erhöhungen oder Vertiefungen aufweist. Das Gut muss nun nicht mehr durch einen Kanal kriechen, sondern gelangt gleichzeitig in allen am Arbeitsbereich des oder der Arbeitsorgane liegenden Schichten quer zur Längenausdeh- nung der Organe direkt zur Bearbeitungsstelle.
Auch sind besondere Pumporgane nicht mehr notwendig, denn die Arbeitsorgane besorgen selbst die Pumparbeit.
Das Gegenstand der Erfindung bildende Knetund Mischwerk ist nicht zu verwechseln mit einer Dispergiervorrichtung von der im Schweizer Patent Nr. 311794 gezeigten Art, wo das Gut von rotierenden Zähnen gegen relativ zu diesen sich bewegende Zähne geschleudert wird, zwischen denen das Gut dann quer zu den Zähnen in den freien Raum eines Behälters austritt.
Mit dem erfindungsgemässen Knet-und Misch- werk kann Gut in allen Aggregatzuständen, also festes, plastisches, zäh-bis dünnflüssiges Gut, allein oder in den verschiedensten Kombinationen, zum Beispiel mit gasförmigem Gut, verarbeitet und können homogene Mischungen oder Dispersionen hergestellt werden.
Beiliegende Zeichnung zeigt einige beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Knetund Mischwerkes.
Fig. 1 ist ein Schnitt nach der Linie A-. 4 der
Fig. 2, welche einen Schnitt B-B der Fig. 1 des ersten Beispiels darstellt.
Fig. 3 bis 13 sind Axialschnitte durch weitere Ausführungsformen.
Im Beispiel der Fig. 1 und 2 ist ein nach oben geöffneter glockenförmiger Behälter l, dessen von einem Heiz-oder Kühlmantel 14 umgebene Innenwandung kreisförmigen Querschnitt hat und mit Zähnen 1 versehen ist, auf einem Sockelgehäuse feststehend aufgebaut und dient als Stator der Vorrichtung.
Koaxial zur Innenwandung des Behälters 1 liegt dicht auf dem Boden ein sternförmiger Körper 2 mit zehn mit der Behälterwand knetend, scherend, reibend, zerreissend und zerschlagend zusam menwirkenden Arbeitsorgane bildenden Armen 3 mit zwischen die Zähne la der Behälterinnenwandung greifenden äussern Zähnen 3b. Der Sternkörper 2 ist an einer Hohlwelle 4 befestigt, die von einer Kraftquelle 5 über ein Getriebe 6 (zum Beispiel ein Schaltwechselgetriebe) zum Regulieren der Drehgeschwin digkeit und ein Schneckengetriebe 7 in Rotation versetzt wird, so dass die Arme 3 an der Wandung des Behälters 1 entlanglaufen.
Durch eine an sich be kannte, nicht dargestellte Hilfsvorrichtung kann die Hohlwelle 4 mit dem Sternkörper 2 senkrecht verschoben werden, so dass der Abstand der Arme 3 von der Innenwandung des Behälters 1 reguliert werden kann. Von allen Stellen des von den Armen 3 a umgebenen Zentralraumes aus kann die mit der Innenwand des Behälters zusammenwirkende Arbeitsflanke der Arme 3 auf einem Weg erreicht werden, der in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene liegt.
Man füllt den Behälter 1 nach Öffnen des Dekkels 8 von oben mit der zu bearbeitenden Masse.
Versetzt man nun den Sternkörper 2 mit seinen Armen 3 in Drehung, so wird die Masse infolge der Pumpwirkung der Arme 3 aus dem zentralen, von den Armen umgebenen Hohlraum nach aussen gesaugt und zwischen den Armen 3 hindurch gegen die gezahnte Wandung des Behälters 1 gepresst und von den gezahnten Armen 3 an derselben geknetet, zerschert und zerrieben. Sobald die Masse genügend zerkleinert und homogenisiert ist, wird der Auslass 9 mittels des Handrades 10 geöffnet. Die pumpenden Arme 3 werfen dann die Masse durch den Auslass 9 aus dem Behälter 1 hinaus.
Fig. I und 2 zeigen noch einen zweiten Sternkörper 2a, dessen Arbeitsorgane bildende gezahnte Arme 3a ebenfalls divergieren, während an der äussern Kante vorgesehene Zähne 3c mit Zähnen 3d der Innenkante der Arme 3 zwecks Erreichung einer Scherwirkung zusammenarbeiten. Da der Sternkörper 2a an der ebenfalls von der Antriebsquelle 5 in Drehung versetzten Zentralwelle 4a befestigt ist, diese Zentralwelle 4a jedoch durch das Vorgelege 7a relativ, zum Beispiel entgegengesetzt zur Hohlwelle 4 gedreht wird, rotieren die von den Armen 3 und den Armen 3a gebildeten konischen Käfige relativ zueinander um eine gemeinsame Achse.
Die Masse im zentralen Hohlraum wird zunächst von den Armen 3a über ihren ganzen Arbeitsbereich in Um fangsrichtung mitgenommen und dabei infolge der Fliehkraft tangential nach aussen, also in Querrich- tung zu den Armen durch die Lücken zwischen den Armen 3a gefördert und dabei von den Flanken der Arme 3a gegen die Flanken der Arme 3 gequetscht, an deren gezahnten Kanten zerschert und von den Armen 3a und 3 zerknetet, zerrieben und homogenisiert. Dann gelangt die Masse infolge der Fliehkraft weiter durch die Lücken zwischen den Armen 3 hindurch und wird von den gezahnten Flanken derselben an der gezahnten Behälterwandung entlanggeschleift, wobei sie unter dem durch die Fliehkraft hervorgerufenen Druck zerrieben und homogenisiert wird.
Da die Arme 3a die Masse dank ihrer Pumpwirkung fortgesetzt vom Zentrum in die Lücken der Arme 3 drücken, muss die an der Be hälterwandung angelangte Masse, dem Druck nachfolgender Masse und der Fliehkraft nachgebend, an der Innenwandung des konischen Behälters 1 nach oben ausweichen. Dabei entstehen Schubspannungen und Stauungen in der Masse, die dieselbe unregel mälBig von der Behälterwandung abheben und zeitweise wieder in den Bereich der scherenden Kanten der Arme 3a und 3 bringen. Daraus ergibt sich eine vielgestaltige, verfeinernde Wirkung auf die Masse.
Die an der Behälterwandung emporgedrückte Masse fällt dann kontinuierlich über dem obern Ende der Arme 3a und 3 wieder in Richtung zum Zentrum zusammen, um erneut der beschriebenen Prozedur unterworfen zu werden.
Die linke Hälfte der Fig. 1 und 2 zeigt eine Variante, indem die Arme 3a auf ihrem obern Ende durch einen konzentrischen Ring 11 verbunden sind.
Derselbe verstärkt den durch die Arme 3a gebildeten konischen Käfig für hohe Drehmomente und Biegespannungen und zwingt das zwischen den Armen 3 an der Behälterwandung aufsteigende Material, ihn zu übersteigen.
Wenn gewünscht, kann der innere Käfig mit den Armen 3a herausgenommen werden, so dal3 das Knetwerk nur aus den Armen 3 und der Behälterwandung besteht.
Fig. 3 zeigt zwei Ausführungsbeispiele mit schrau benlinienförmig nach oben verlaufenden Rippen 12 und 13 der Behälterinnenwandung. Die auf der linken Hälfte der Fig. 3 gezeigten Rippen 12 sind glatt, während die auf der rechten Hälfte der Fig. 3 gezeigten Rippen 13 gezahnt sind. Die aufsteigenden glatten Rippen 12 bewirken je nach Drehrichtung der in Fig. 1 dargestellten Arme 3 eine Beschleunigung oder eine Hemmung des Aufsteigens, während die rechts gezeigten gezahnten Rippen 13 eine zerrei ssende und scherende Zerkleinerungswirkung auf grobe Massenteile ausüben. An der Aussenseite des Behälters 1 ist ein Hohlraum 14 mit Zu-und Abfluss gezeigt, welcher zur Beheizung oder Kühlung dienen kann. Es können auch andere Heiz-und Kühlmittel vorgesehen sein.
Fig. 4 zeigt die Innenwandung eines Behälters mit von unten nach oben divergierenden, scharfkantigen Rippen lb, welche zusammen mit den in Fig. 1 dargestellten Armen 3 eine vielfache Scherung und einen starken Auftrieb der Masse bewirken.
Fig. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung von Rippen lc, welche jedoch an ihrem obern Ende an der Wandung des Behälters 1 spitz auslaufen, wodurch eine dichte Annäherung der Arme 3 an die Behälterwandung und eine feinreibende Arbeit am obern Teil derselben erzielt wird.
Fig. 6 zeigt an der Innenwandung des Behälters 1 festsitzende, Zerkleinerungsorgane bildende Arme ld, einen innerhalb derselben rotierenden glockenför- migen Käfig mit Arbeitsorgane bildenden Armen 3 und über denselben eine Ringscheibe 17 mit nach dem Zentrum hin gebogenem Querschnitt. Diese Scheibe 17 regelt den Umlauf der Masse während der Arbeit und verhindert ihr Hochsteigen am Behälter 1 über eine erwünschte Hoche hinaus. Die Pfeillinien zeigen den Fluss der Masse im Knetwerk während der Arbeit.
Fig. 7 zeigt zwei Varianten, und zwar links am obern Ende scharf auslaufende Arme 3f und Behälterrippen le, welche zum Beispiel zur Zerkleinerung von faserigem Gut besonders geeignet sind. Die rechte Seite zeigt einen gewölbten Behälter 1 und demselben angepasste Arme 3 und ld sowie den Fluss der Masse angebende Pfeillinien.
Fig. 8 zeigt einen rotierenden Käfig mit Armen 3 und zwischen den obern Enden der Arme 3 in Lagern 16 der Arme 3 aufgehängte Reibkörper 27, welche bei rotierendem Käfig durch die Fliehkraft gegen die Innenwandung des Behälters 1 gedrückt werden und die aufsteigende Masse, wenn gewünscht, bis zum kolloidalen Zustand zerreiben. Die Reibkörper 27 können glatt an der glatten Behälterwandung anliegen oder sie können mit rauher, gefurchter oder gelochter Oberfläche versehen sein. Die Oberfläche der Reibkörper kann auch mit besonderen Belägen, zum Beispiel aus Hartmetall, Gummi, Schleifstein, Hartgestein usw. versehen sein. Dasselbe gilt für die Reibflächen des von den Reibkörpern 27 bestrichenen Teils der Behälterinnenwandung.
Die linke Seite der Fig. 8 zeigt eine Variante dieses Beispiels, wo die Rippen lc und die Arme 3 mit zahnartigen Vorsprüngen 18 versehen sind, welche zwischeneinandergreifen und so eine Erhöhung der scherenden und zerreissenden Wirkung des Knetwerkes bewirken.
Fig. 9 zeigt den Behälter, Behälterrippen lc, Arme 3, einen auf den Armen 3 befestigten Ring 19 mit konischer Reibfläche und einen am Behälter 1 montierten Ring 20 mit konischer Reibfläche. Die Reibflächen der beiden relativ zueinander rotierenden Ringe 19 und 20 werden durch das Eigengewicht des Ringes 20, wenn gewünscht auch durch andere Hilfsmittel, wie zum Beispiel Schrauben, Federn usw., zusammengedrückt. Die an der Wandung des Behälters 1 aufsteigende Masse muss zwischen den Rcibflächen der Ringe 19 und 20 hindurchpassieren und kann dabei bis zum kolloidalen Zustand zerrieben werden. Die rechte Seite der Fig. 9 zeigt als Variante zwischeneinandergreifende Vorsprünge 18 an den Rippen I e und den Armen 3.
In Fig. 10 trägt der Behälter oben eine schaufelförmig gebogene Ringscheibe 17, die zur Umleitung der Masse dient und die Nachfüllung von Masse in die Vorrichtung während des Betriebes gestattet.
Fig. 11 zeigt eine mehrstufige Anlage im Ver tikalschnitt, welche aus zwei übereinander angeordneten Einzelvorrichtungen besteht. Die oberste Vorrichtung hat wiederum einen als Stator dienenden, nach oben geöffneten glockenförmigen Behälter 1, dessen unterer Teil konisch ist und dessen Innenwandung auf ihrem konischen Teil mit Rippen Ic versehen ist. Auf dem Behälter 1 liegt ein Abschlussdeckel, durch welchen ein Einfülltrichter 21 und Einführungsleitungen 22 in den Behälter führen. In der Achse des Behälters rotiert die Welle 4a, auf welcher der Stemkörper 2 mit Armen 3 befestigt ist. Der Behälterboden 23, der auswechselbar sein kann, ist siebartig gelocht oder geschlitzt.
Die Löcher oder Schlitze lassen die durch den Trichter 21 eingeführte Masse nach unten auslaufen, wenn diese den Öffnun- gen im Boden 23 entsprechend fein oder flüssig wird.
Die rohe Masse fällt durch den Trichter 21 in die Glocke mit den Armen 3, worauf sie in der ersten Stufe auf gleiche Weise bearbeitet wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Die bearbeitete Masse fällt oder fliesst dann nach Erreichung der nötigen Feinheit oder Homogenität durch die Locher im Boden 23 der ersten Stufe und gelangt in die von den Armen 3 der untern Stufe gebildete Glocke, die die Masse zusammen mit den Behälterrippen lb weiter bis zum gewünschten Zustand bearbeitet. Sobald dieser erreicht ist, wird der Verschluss 9 geöffnet, so dass die Masse durch das Sieb 25 der Behälterwandung über eine Rinne 26 ausfliesst. Das Sieb kann zum Beispiel die Porenweite eines Filters haben, was zum Beispiel bei der Festflüssigextraktion Vorteile haben kann. Das Sieb kann auswechselbar sein.
Die Arbeit der Vorrichtung, die auch mit mehr als zwei Stufen gleicher oder ungleicher Art übereinander ausgerüstet sein kann, kann, wenn nötig, vollkommen kontinuierlich und automatisch erfolgen, indem die Rohmasse und allfällige Zusätze durch den Trichter 21 und/oder die Leitungen 22 oben fortgesetzt zugeführt werden und der Auslauf durch den mittels des Verschlusses 9 regelbaren Querschnitt des Auslasses und durch die Feinheit des Siebes 25 mit geeigneter Geschwindigkeit erfolgt.
Das aus mehreren Abschnitten bestehende zylindrische Gehäuse des Knetwerkes kann an zweckmässigen Stellen der Wandung, des Deckels oder des Bodens mit weiteren Einlassen für Zusätze, wie Flüssigkeiten, Lösungsmittel, Reagenzien, Katalysatoren, Vulkanisatoren, Gase usw., sowie mit in der Abbildung nicht dargestellten Kontroll-, Steuer-und andern bekannten Hilfsvorrichtungen versehen werden. Ebenso kann man, wenn erwünscht, die Rippen an der Innenwandung und die Zerkleinerungskörper mit solchen Einführungsöffnungen für Zusätze versehen.
Der Antrieb der Vorrichtung erfolgt durch eine Kraftquelle 5 über ein Regelgetriebe und ein Schnek kengetriebe 7 auf die zentrale Welle 4a, auf welcher die glockenförmigen Körper mit ihren Armen 3 befestigt sind.
Damit auch sehr widerstandsfähiges Material gut in die zerkleinernde Zone der Arme 3 und der Behälterwandung mit den Rippen lb eindringt, ist ein axial verschiebbarer Druckstempel 27 vorgesehen, welcher die unter ihm liegende Masse zwischen die Arme 3 presst. Unter Umständen kann die rohe Masse durch eine Förderschnecke oder durch eine oder mehrere Rohrleitungen unter Druck oben in die Anlage eingeführt und unten durch Rohrleitungen abgenommen und weitergeleitet werden.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel mit einem Arme 3 aufweisenden rotierenden Werkzeug und mit Behälter- rippen lb. Die Arme 3 des rotierenden Werkzeuges sind mittels in der Nähe ihres obern Endes angeordneten Speichen und einer Nabe an der Antriebs- welle 4 befestigt. Die Rippen lb des Behälters 1 sind mit scharfen Messerzähnen 101 besetzt, wobei auf gleicher Höhe liegende Messerzähne je einen Zahnkranz bilden. Zwischen die Messerzähne 101 greifen Zähne 102 der Arme 3 des Werkzeuges, die vorzugsweise bedeutend breiter ausgebildet sind als die Messerzähne 101. Die untern Enden der Arme 3 sind mit einem Ring 103 verbunden, welcher mit nach unten ragenden Vorzerkleinerungswerkzeugen 104 versehen ist und während des Betriebes mit dem rotierenden Werkzeug umläuft.
Der Behälter 1 hat im Gegensatz zu den übrigen Ausführungsformen am Boden eine Öffnung 105 und befindet sich in einem weiteren Behälter 106. Auf den untern Öffnungsrand des Behälters 1 ist ein Ring 107 aufgesetzt, welcher feststehende Gegenwerkzeuge 108 zu den Vorzerkleinerungswerkzeugen 104 aufweist. Auf den obern Öffnungsrand des Behälters 1 ist ein Zylinder 109 aufgesetzt, welcher auf der Innenfläche mit Leitblechen 110 besetzt ist.
Der Behälter 1 ist mittels eines Halteringes 111 mit radial stehenden Stegen und dazwischenliegenden Öffnungen in den weiteren Behälter 106 eingesetzt.
Dank der Öffnung 105 kann der um die drehende Welle 4 in dem innerhalb der Arme des rotierenden Werkzeuges auftretende Unterdruck ausgenutzt werden, um ein pumpfähiges Gut von unten aus dem Behälter 106 durch die Öffnung 105 hindurch in den Behälter 1 einzusaugen und in diesem zu bearbeiten, wobei das Gut durch die Arme 3, deren Speichen und deren schaufelartige Zähne 102 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung radial an die Kränze von Messerzähnen 101 gefördert wird, wo die Partikel des durchgeförderten Gutes sehr wirksam zerkleinert werden.
Das Gut verlässt dann den Be hälter 1 in mindestens annähernd axialer Richtung nach oben, wobei ein von der Pumpwirkung des rotierenden Werkzeuges herrührender Stromkreislauf des Gutes durch die Leitbleche 110 des Zylinders 109 in Axialrichtung umgelenkt wird. Eventuelle sehr grosse Partikel des zu bearbeitenden Gutes, die nicht ohne weiteres durch die Offnung 105 eintreten können, werden vorerst von den Vorzerkleinerungswerkzeugen 104 und 108 langsam in kleinere Stücke aufgearbeitet, die in den Behälter 1 eintreten können, um dort zerkleinert zu werden.
Die Antriebswelle 4 mit den rotierenden Werkzeugen kann zum Beispiel mittels einer Schraube 112 in axialer Richtung leicht verschoben werden, um das Spiel zwischen rotierenden und stationären Werkzeugen dem zu bearbeitenden Gut anpassen zu können.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich dem in Fig. 12 dargestellten, bei welchem jedoch die feststehenden Messerzähne 101 nicht auf Rippen des Behälters 1, sondern direkt an der Innenwand dieses Behälters befestigt sind. Auch hier stehen die Messer in Umfangsrichtung ziemlich eng, so dass ganze Kränze von Messerzähnen gebildet sind. Die Zähne 102 der Arme 3 und die dazwischenliegenden Lücken haben rechteckigen Querschnitt, und die Messerzähne 101 sind an ihrer untern Kante geschliffen. Durch Heben und Senken des rotierenden Werkzeuges kann das Spiel zwischen zusammenarbeitenden Zähnen 102 der Arme 3 und Schneidkanten der Messerzähne 101 eingestellt werden.
Das erfindungsgemässe Knet-und Mischwerk kann in den verschiedenartigsten Formen und Dimensionen abgewandelt werden. So kann beispielsweise der rotierende innere Körper mit nur zwei oder nur einem Arbeitsorgan oder Arm versehen sein, wobei eventuell der nächstäussere Körper mit einer grösseren Zahl Arme und/oder der Behälter mit einer grösseren Anzahl Rippen oder andern Vorsprüngen versehen sein kann. Der Behälter kann kippbar sein.
Die Arme können wegnehmbar sein, um die Zahl derselben und/oder den Abstand zwischen denselben zu ändern. Es kann unter Umständen zweckmässig sein, ungleiche Abstände zwischen den Armen zu wählen. Die Behälterwandung und/oder die rotierenden Arme können mit Bohrungen oder andern Löchern versehen sein, welche bei ihrer Begegnung Impulse bis zu höchster Frequenz (Ultraschall) auslösen können. Die Vorrichtung kann mit oder in andern Vorrichtungen zusammen-oder eingebaut werden. Sie kann auch in jeder Lage, zum Beispiel horizontal, arbeiten, wobei die rohe Masse unter Druck eingeführt wird. So kann sie auch mit der Zufuhr unten und mit dem Austritt oben aufgestellt oder eingebaut werden, wozu die zu bearbeitende Masse unter Druck durch die Vorrichtung gepresst wird.
Es können zum Beispiel in einem Rohr mehrere Stufen hintereinander angeordnet sein, wobei durch entsprechende Wahl der Arbeitsorgane die aufeinanderfolgenden Stufen das Gut immer feiner bearbeiten.
Durch kontinuierliche Arbeitsweise der Vorrichtung und durch die vielfache Anordnung scherender, knetender und homogenisierender, eventuell mit Ansätzen, Zähnen, Haken, Messerklingen, Vertiefungen usw. versehener Arme und/oder Rippen, Zähnen, Nocken, Messern, Stiften, Vertiefungen usw. an der Behälterwandung wird eine erhebliche qualitative und quantitative Steigerung der Produktion sowie eine bedeutend vielseitigere Verwendungsmöglichkeit ge genüber den bekannten Vorrichtungen erreicht.
Die von dem rotierenden Arbeitsorgan zusammen mit dem Behälter geleistete Pumparbeit kann auch zur Entleerung des erfindungsgemässen Behälters in bzw. durch an dem Behälter angebrachte Rohrleitun- gen, zum Beispiel der in Fig. 12 in punktierten Linien angedeuteten Art, dienen.
Ausser den im Zusammenhang mit den erläuterten Ausführungsformen beschriebenen physikalischen Vorgängen des Knetens, Mischens, Zerreissens, Scherens, Reibens und Zerschlagens können auch andere Vorgänge, wie Pressen, Lösen und Kavitieren, auftreten, eventuell mit regelbarer Geschwindigkeit und Frequenz, wenn nötig unter Zufuhr oder Entzug von Wärme und, wenn gewünscht, unter Durchleitung von elektrischer Energie zur in Bearbeitung befindlichen Masse mit Hilfe an sich bekannter Mittel, wobei unter Umständen chemische Reaktionen oder andere chemische Wirkungen auftreten.
Die Arme 3 oder einzelne derselben können an ihren Aussenflanken als Vertiefungen Löcher, zum Beispiel Blindlöcher oder durchgehende Löcher, aufweisen, deren Kanten mit den Kanten von lochartigen Vertiefungen der Behälterinnenwandung scherend zusammenarbeiten.
Kneading and mixing mechanism
The present invention relates to a kneading and mixing mechanism with a container and at least one working element which rotates along the inner wall of the container and cooperates with it in a kneading and mixing manner to process the material, the material being pressed out of the area of the working element along the inner wall of the container .
Known kneading and mixing mechanisms of this type have special pumping means (paddles) which convey the material into a channel which rises from the bottom of the rotating body and is provided with working elements. The material is only conveyed into the channel at the bottom of the body and has to rise in the relatively narrow channel in the longitudinal direction of the working organs. In each case, only the layer of the material lying directly above the floor is included in the kneading and mixing process. For example, a heavy object lying above the floor is driven upwards in the canal in order to fall at the upper end of the canal towards the center of the container space and then to lie on the surface of the product until it gradually returns to the area of the product as it circulates Entrance to the channel.
The kneading and mixing mechanism according to the invention differs from the known ones in that the working flank of the pumping working organ which interacts with the inner wall of the container is accessible from every point of the central space encircled by the organ via a path which lies in a plane perpendicular to the axis of rotation, and dal3 at least the inner wall of the container has elevations or depressions that cooperate with the working organ. The material no longer has to crawl through a channel, but at the same time reaches the processing point in all layers lying in the working area of the working organ or organs transversely to the length of the organs.
Also, special pumping organs are no longer necessary, because the working organs do the pumping themselves.
The kneading and mixing mechanism forming the subject of the invention is not to be confused with a dispersing device of the type shown in Swiss Patent No. 311794, where the material is thrown by rotating teeth against teeth moving relative to them, between which the material is then thrown across the teeth escapes into the free space of a container.
With the kneading and mixing mechanism according to the invention, material can be processed in all states of aggregation, ie solid, plastic, viscous to thin-flowing material, alone or in a wide variety of combinations, for example with gaseous material, and homogeneous mixtures or dispersions can be produced.
The accompanying drawing shows some exemplary embodiments of the kneading and mixing mechanism according to the invention.
Fig. 1 is a section along the line A-. 4 of the
Fig. 2, which shows a section B-B of Fig. 1 of the first example.
3 to 13 are axial sections through further embodiments.
In the example of FIGS. 1 and 2, an upwardly open bell-shaped container 1, the inner wall of which is surrounded by a heating or cooling jacket 14 and has a circular cross-section and is provided with teeth 1, is fixedly constructed on a base housing and serves as the stator of the device.
Coaxially to the inner wall of the container 1 lies close to the floor a star-shaped body 2 with ten kneading, shearing, rubbing, tearing and smashing working organs forming arms 3 with the inner wall of the container, with outer teeth 3b engaging between the teeth la of the container inner wall. The star body 2 is attached to a hollow shaft 4, which is set in rotation by a power source 5 via a gear 6 (for example a change-speed gearbox) for regulating the speed of rotation and a worm gear 7, so that the arms 3 on the wall of the container 1 walk along.
The hollow shaft 4 with the star body 2 can be displaced vertically by an auxiliary device known per se, not shown, so that the distance between the arms 3 and the inner wall of the container 1 can be regulated. The working flank of the arms 3 which interacts with the inner wall of the container can be reached from all points of the central space surrounded by the arms 3 a on a path which lies in a plane perpendicular to the axis of rotation.
After opening the lid 8, the container 1 is filled from above with the mass to be processed.
If you now set the star body 2 with its arms 3 in rotation, the mass is sucked out of the central cavity surrounded by the arms as a result of the pumping action of the arms 3 and is pressed between the arms 3 against the toothed wall of the container 1 and kneaded, sheared, and ground by the toothed arms 3 on the same. As soon as the mass is sufficiently comminuted and homogenized, the outlet 9 is opened by means of the handwheel 10. The pumping arms 3 then throw the mass out of the container 1 through the outlet 9.
I and 2 show a second star body 2a, the working organs of which toothed arms 3a also diverge, while teeth 3c provided on the outer edge work together with teeth 3d on the inner edge of the arms 3 in order to achieve a shear effect. Since the star body 2a is attached to the central shaft 4a, which is also set in rotation by the drive source 5, but this central shaft 4a is rotated relative to the hollow shaft 4 by the intermediate gear 7a, for example, the conical ones formed by the arms 3 and the arms 3a rotate Cages relative to each other around a common axis.
The mass in the central cavity is initially carried along by the arms 3a over its entire working area in the circumferential direction and, as a result of the centrifugal force, is conveyed tangentially outwards, i.e. in the transverse direction to the arms through the gaps between the arms 3a and from the flanks of the Arms 3a squeezed against the flanks of arms 3, sheared at their toothed edges and kneaded, ground and homogenized by arms 3a and 3. Then the mass passes through the gaps between the arms 3 as a result of the centrifugal force and is dragged along the toothed container wall by the toothed flanks of the same, where it is ground and homogenized under the pressure caused by the centrifugal force.
Since the arms 3a continue to push the mass from the center into the gaps of the arms 3 thanks to their pumping action, the mass that has arrived at the loading container wall, yielding to the pressure of the following mass and the centrifugal force, has to move upwards on the inner wall of the conical container 1. This creates shear stresses and congestion in the mass, which lift it irregularly from the container wall and temporarily bring it back into the area of the shearing edges of the arms 3a and 3. This results in a multifaceted, refining effect on the mass.
The mass pressed up on the container wall then continuously collapses over the upper end of the arms 3a and 3 again in the direction of the center in order to be subjected again to the procedure described.
The left half of FIGS. 1 and 2 shows a variant in which the arms 3 a are connected at their upper end by a concentric ring 11.
This reinforces the conical cage formed by the arms 3a for high torques and bending stresses and forces the material rising between the arms 3 on the container wall to climb over it.
If desired, the inner cage with the arms 3a can be removed so that the kneading mechanism consists only of the arms 3 and the container wall.
Fig. 3 shows two embodiments with helically benlinien-shaped ribs 12 and 13 of the container inner wall. The ribs 12 shown on the left half of FIG. 3 are smooth, while the ribs 13 shown on the right half of FIG. 3 are toothed. The rising smooth ribs 12 cause, depending on the direction of rotation of the arms 3 shown in Fig. 1, an acceleration or an inhibition of the ascent, while the toothed ribs 13 shown on the right exert a tearing and shearing crushing action on coarse mass parts. On the outside of the container 1, a cavity 14 with an inlet and outlet is shown, which can be used for heating or cooling. Other heating and cooling means can also be provided.
Fig. 4 shows the inner wall of a container with from bottom to top diverging, sharp-edged ribs lb, which together with the arms 3 shown in Fig. 1 cause multiple shear and strong buoyancy of the mass.
Fig. 5 shows a similar arrangement of ribs lc, which, however, taper at their upper end on the wall of the container 1, whereby a tight approach of the arms 3 to the container wall and a fine grinding work on the upper part thereof is achieved.
6 shows arms ld, which are fixed to the inner wall of the container 1 and which form comminuting organs, a bell-shaped cage with working organs forming arms 3 rotating inside the same, and over the same an annular disk 17 with a cross-section bent towards the center. This disk 17 regulates the circulation of the mass during work and prevents it from climbing up the container 1 above a desired height. The arrow lines show the flow of the mass in the kneading machine during work.
7 shows two variants, namely arms 3f which taper off sharply on the left at the upper end and container ribs le, which are particularly suitable, for example, for the comminution of fibrous material. The right-hand side shows a curved container 1 and arms 3 and 1d adapted to the same, as well as arrow lines indicating the flow of the mass.
Fig. 8 shows a rotating cage with arms 3 and between the upper ends of the arms 3 in bearings 16 of the arms 3 suspended friction bodies 27, which are pressed by the centrifugal force against the inner wall of the container 1 when the cage is rotating and the rising mass, if desired , grind to a colloidal state. The friction bodies 27 can lie flat against the smooth container wall or they can be provided with a rough, furrowed or perforated surface. The surface of the friction body can also be provided with special coatings, for example made of hard metal, rubber, grindstone, hard stone, etc. The same applies to the friction surfaces of the part of the inner wall of the container that is coated by the friction bodies 27.
The left side of FIG. 8 shows a variant of this example, where the ribs 1c and the arms 3 are provided with tooth-like projections 18 which intermesh and thus increase the shearing and tearing action of the kneading mechanism.
9 shows the container, container ribs 1c, arms 3, a ring 19 with a conical friction surface attached to the arms 3 and a ring 20 with a conical friction surface mounted on the container 1. The friction surfaces of the two rings 19 and 20 rotating relative to one another are pressed together by the weight of the ring 20, if desired also by other aids, such as screws, springs, etc., for example. The mass rising on the wall of the container 1 must pass between the back surfaces of the rings 19 and 20 and can be ground to a colloidal state. The right-hand side of FIG. 9 shows, as a variant, interlocking projections 18 on the ribs I e and the arms 3.
In Fig. 10, the container carries a shovel-shaped curved annular disk 17 at the top, which serves to divert the mass and allows the refilling of mass into the device during operation.
Fig. 11 shows a multi-stage system in a vertical section, which consists of two individual devices arranged one above the other. The uppermost device in turn has an upwardly open bell-shaped container 1 serving as a stator, the lower part of which is conical and the inner wall of which is provided with ribs Ic on its conical part. On the container 1 is a cover, through which a funnel 21 and feed lines 22 lead into the container. The shaft 4a, on which the stem body 2 is fastened with arms 3, rotates in the axis of the container. The container bottom 23, which can be exchangeable, is perforated or slotted like a sieve.
The holes or slots allow the mass introduced through the funnel 21 to run out downwards when it becomes fine or liquid according to the openings in the base 23.
The raw mass falls through the funnel 21 into the bell with the arms 3, whereupon it is processed in the first stage in the same way as described in connection with FIG. The processed mass then falls or flows after reaching the necessary fineness or homogeneity through the holes in the bottom 23 of the first stage and gets into the bell formed by the arms 3 of the lower stage, which the mass together with the container ribs lb further to the desired state processed. As soon as this is reached, the closure 9 is opened, so that the mass flows out through the sieve 25 of the container wall via a channel 26. The sieve can, for example, have the pore size of a filter, which can be advantageous, for example, in the extraction of solid liquids. The sieve can be exchangeable.
The operation of the device, which can also be equipped with more than two stages of the same or a different type on top of one another, can, if necessary, be carried out completely continuously and automatically by continuing the raw material and any additives through the funnel 21 and / or the lines 22 above are fed and the outlet takes place through the adjustable by means of the closure 9 cross section of the outlet and through the fineness of the sieve 25 at a suitable speed.
The cylindrical housing of the kneading unit, which consists of several sections, can be fitted with further inlets for additives such as liquids, solvents, reagents, catalysts, vulcanizers, gases, etc., as well as with controls not shown in the figure, at appropriate points on the wall, lid or bottom -, control and other known auxiliary devices are provided. Likewise, if desired, the ribs on the inner wall and the comminuting body can be provided with such introduction openings for additives.
The device is driven by a power source 5 via a control gear and a worm gear 7 on the central shaft 4 a, on which the bell-shaped bodies are attached with their arms 3.
So that even very resistant material penetrates well into the crushing zone of the arms 3 and the container wall with the ribs lb, an axially displaceable plunger 27 is provided, which presses the mass lying below it between the arms 3. Under certain circumstances, the raw mass can be introduced into the system at the top by a screw conveyor or through one or more pipelines under pressure and removed and passed on below through pipelines.
12 shows an example with a rotating tool having arms 3 and with container ribs 1b. The arms 3 of the rotating tool are fastened to the drive shaft 4 by means of spokes arranged in the vicinity of their upper end and a hub. The ribs lb of the container 1 are covered with sharp knife teeth 101, knife teeth lying at the same height each forming a toothed ring. Between the knife teeth 101, teeth 102 of the arms 3 of the tool, which are preferably made significantly wider than the knife teeth 101. The lower ends of the arms 3 are connected to a ring 103, which is provided with downwardly projecting pre-shredding tools 104 and during operation rotates with the rotating tool.
In contrast to the other embodiments, the container 1 has an opening 105 at the bottom and is located in a further container 106. A ring 107 is placed on the lower edge of the opening of the container 1 and has stationary counter tools 108 for the pre-shredding tools 104. A cylinder 109 is placed on the upper edge of the opening of the container 1 and has guide plates 110 on its inner surface.
The container 1 is inserted into the further container 106 by means of a retaining ring 111 with radially standing webs and openings in between.
Thanks to the opening 105, the negative pressure occurring around the rotating shaft 4 in the arms of the rotating tool can be used to suck in a pumpable material from below from the container 106 through the opening 105 into the container 1 and process it in it, the material being conveyed through the arms 3, their spokes and their shovel-like teeth 102 in the direction indicated by arrows radially to the rims of knife teeth 101, where the particles of the conveyed material are very effectively comminuted.
The material then leaves the loading container 1 in at least approximately the axial direction upwards, a flow of the material resulting from the pumping action of the rotating tool being deflected in the axial direction by the guide plates 110 of the cylinder 109. Any very large particles of the material to be processed, which cannot easily enter through the opening 105, are first slowly worked up by the pre-shredding tools 104 and 108 into smaller pieces that can enter the container 1 in order to be shredded there.
The drive shaft 4 with the rotating tools can be shifted slightly in the axial direction, for example by means of a screw 112, in order to be able to adapt the play between rotating and stationary tools to the material to be processed.
FIG. 13 shows a further exemplary embodiment similar to that shown in FIG. 12, in which, however, the fixed knife teeth 101 are not attached to the ribs of the container 1, but rather directly to the inner wall of this container. Here, too, the knives are quite narrow in the circumferential direction, so that entire rings are formed by knife teeth. The teeth 102 of the arms 3 and the gaps therebetween have a rectangular cross-section, and the knife teeth 101 are ground at their lower edge. By raising and lowering the rotating tool, the play between the cooperating teeth 102 of the arms 3 and the cutting edges of the knife teeth 101 can be adjusted.
The kneading and mixing mechanism according to the invention can be modified in the most varied of shapes and dimensions. For example, the rotating inner body can be provided with only two or only one working organ or arm, the next outer body possibly being provided with a larger number of arms and / or the container with a larger number of ribs or other projections. The container can be tiltable.
The arms may be removable to change the number and / or the spacing between them. It can sometimes be useful to choose unequal distances between the arms. The container wall and / or the rotating arms can be provided with bores or other holes which, when they meet, can trigger pulses of up to the highest frequency (ultrasound). The device can be built into or together with or in other devices. It can also work in any position, for example horizontally, with the raw material being introduced under pressure. It can also be set up or built in with the feed at the bottom and the outlet at the top, for which purpose the mass to be processed is pressed through the device under pressure.
For example, several stages can be arranged one behind the other in a pipe, with the successive stages processing the material more and more finely by appropriate selection of the working elements.
Due to the continuous operation of the device and the multiple arrangement of shearing, kneading and homogenizing arms and / or ribs, teeth, cams, knives, pins, depressions, etc. on the container wall, possibly with attachments, teeth, hooks, knife blades, depressions, etc. a significant qualitative and quantitative increase in production and a significantly more versatile use ge compared to the known devices is achieved.
The pumping work performed by the rotating working element together with the container can also be used to empty the container according to the invention into or through pipelines attached to the container, for example of the type indicated in FIG. 12 in dotted lines.
In addition to the physical processes of kneading, mixing, tearing, shearing, rubbing and smashing described in connection with the explained embodiments, other processes such as pressing, loosening and cavitation can also occur, possibly with controllable speed and frequency, if necessary with supply or withdrawal of heat and, if desired, with the passage of electrical energy to the mass being processed using means known per se, with chemical reactions or other chemical effects occurring under certain circumstances.
The arms 3 or individual ones thereof can have holes, for example blind holes or through holes, as depressions on their outer flanks, the edges of which cooperate with the edges of hole-like depressions in the inner wall of the container in a shearing manner.