Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Zerkleinern von pulverförmigen,s feinkörnigen und faserigen Mischgütern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen und Zerkleinern von pulverförmigen, feinkörnigen oder faserigen Mischgütern.
In der Mischtechnik werden Mischapparaturen verschiedener Art verwendet. Die meisten Mischapparaturen arbeiten nach dem Prinzip der Zwangsmischer. Die Mischwerkzeuge der Zwangsmischer bestehen aus gerade oder schräg gestellten Paddeln, Schneckenrührwerken oder einseitig bzw. doppelseitig arbeitenden, pflugscharähnlichen Mischelementen.
Die Mischwerkzeuge werden je nach dem vorliegenden Mischproblem und der Art der eingebauten Mischelemente entweder langsam, z. B. mit 1,5 bis 2,5 mlsec., oder schnell, z. B. mit 6 bis 12 m/sec., bei 100 cm Trommel-Durchmesser angetrieben. Die Drehzahl wird bei diesen Mischern so niedrig gehalten, dass die Bildung eines Mischgutringes am Trommelmantel unterbleibt. Bei langsam laufenden Zwangsmischern erfolgt der Mischvorgang im allgemeinen durch das Verschieben des Mischgutes in der Mischgutmasse, während bei den schnellaufenden Mischmaschinen vielfach der Nutzinhalt der Mischtrommel nur zu etwa 60-709/o ausgenutzt wird und Teile des Mischgutes fortlaufend aus den untenliegenden Mischgutmassen herausgehoben und in den oberhalb der Welle befindlichen Leerraum der Mischtrommel geschleudert werden.
Vielfach werden in der Mischtechnik auch Mischer verwendet, die aus einem nach unten konischen Trichter bestehen, in dem sich eine senkrecht stehende oder auch an der Wand des Konus vorbeistreichende Schnecke befindet, die das Material hochhebt und dann wieder fallen lässt.
Ein anderer Typ von Mischmaschinen, der besonders bei Haushalts- und Küchengeräten zur praktischen Verwendung gekommen ist, verwendet konische Trichter, an deren tiefster Stelle ein schnellrotierendes Messerkreuz eingebaut ist, durch das Teile des Mischgutes forflaufend erfasst, zerschlagen bzw. zerhackt und dann auf Grund der Messerstellung seitlich nach oben gedrückt werden. In der Mitte des Trichters fällt das Mischgut immer wieder auf das rotierende Messerkreuz herab, so dass das Mischgut in dem Trichter durch das Messerkreuz nicht nur zerschlagen bzw. zerhackt, sondern auch in ständiger Bewegung gehalten wird.
Apparaturen dieser Art sind bei rieselfähigen Produkten, jedoch nur bis zu Grössen von etwa 200-250 1, brauchbar, da die Zirkulation des Materials bei darüber hinausgehenden Grössen nicht mehr genügend gleichmässig erfolgt oder das Material bei schlecht rieselfähigem Mischgut durch Brückenbildung gar nicht mehr zurückfliesst und das Material dementsprechend nicht mehr von dem schnellrotierenden Messerkreuz verarbeitet wird.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man neuartige und überraschende Mischeffekte erreichen kann, wenn man das Prinzip des Zwangsmischers mit dem von schnellaufenden Zerhackern z. B. Messerkreuzen in geeigneter Weise kombiniert. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung der Art eines Zwangsmischers verwendet wird, die einen horizontalen Mischbehälter aufweist, in welchem neben Mischwerkzeugen mindestens ein Zerhacker vorgesehen ist, und das Mischgut während des Betriebes der Vorrichtung fortlaufend zum Zerhacker geführt wird, während der Zerhacker das Mischgut zerkleinert und fortlaufend in den Arbeitsbereich der Mischwerkzeuge zurückbefördert.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung obigen Verfahrens mit einem horizontalen Mischbehälter, mindestens einer durch den Mischbehälter horizontal verlaufenden, maschinell angetriebenen Welle, auf der Welle angeordneten Tragarmen und auf den Tragarmen angeordneten Mischwerkzeugen, ist durch mindestens einen maschinell angetriebenen Zerhacker im Mischbehälter und durch eine solche Anordnung und Form der Mischwerkzeuge und des Zerhackers gekennzeichnet, dass die Mischwerkzeuge das Mischgut während des Betriebes der Vorrichtung fortlaufend zum Zerhacker bewegen, während der Zerhacker das Mischgut zerkleinert und fortlaufend in den Arbeitsbereich der Mischwerkzeuge zurückbefördert.
Die Mischbehälter können z. B. die Form von muldenförmigen oder zylindrischen Behältern besitzen. Im allgemeinen ist es mit Rücksicht auf die Arbeit der Mischwerkzeuge zweckmässig, zylindrische oder muldenförmige Behälter zu verwenden. Zum Antrieb der Mischwerkzeuge wird zweckmässig eine durch den Mischraum laufende, durch Motor angetriebene Welle verwendet. Zweckmässig verläuft die Welle parallel zum Trommelmantel durch die Mitte des zylindrischen Mischraumes bzw. der untern Muldenform. Man kann eine oder mehrere Wellen anbringen. Die Mischwerkzeuge werden zweckmässig in an sich bekannter Weise mittels Tragarmen auf der Welle, und zwar vorzugsweise senkrecht zur Welle angeordnet und wendelförmig auf der Welle verteilt.
Der Teil des Mischraumes, der für die ungestörte Arbeit der Zerhacker benötigt wird, bleibt zweckmässig von den Mischwerkzeugen frei. Als Mischelemente sind alle Elemente zu gebrauchen, die befähigt sind, das Mischgut zu vermischen und dasselbe wechselweise den eingebauten Zerhackern zuzuführen. Wenn man langsamlaufende Mischwerkzeuge verwendet, erreicht man z. B. eine gute Wirkung mit Paddeln, die schräg gestellt sind und dadurch das Mischgut in Richtung auf die Zerhacker verschieben. Man kann aber auch schneckenförmige Mischwerkzeuge verwenden. Bei schnellaufenden Mischwerkzeugen empfiehlt sich die pflugschar ähnliche Form, die als einseitig oder doppelseitig arbeitendes Element ausgeführt werden kann. An den Kopfenden der Mischtrommel ist es jedoch vorteilhaft, einseitig wirkende Pflugscharen mit Wurfrichtung zum Trommelinnern anzubringen.
Die pflugscharähnlichen Mischelemente heben das Mischgut von der Trommelwand ab, bilden auch bei relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten keine verdichteten Mischgutringe, gehen mit sehr geringem Kraftaufwand durch das Mischgut hindurch und verbrauchen dementsprechend, trotz ihrer hohen Umlaufgeschwindigkeit, eine sehr geringe Menge Energie. Der Betrieb dieser Maschinen ist im Verhältnis zur erreichten Mischwirkung sehr wirtschaftlich.
Die Zerhacker werden vorteilhaft unterhalb der Mischerwelle in den Mischbehälter eingebaut, da unter diesen Umständen die kontinuierliche Zuführung des Mischgutes zum Zerhacker am leichtesten durchgeführt werden kann. Der Mischbehälter wird dabei im allgemeinen feststehend angeordnet.
Die Zerhacker bestehen zweckmässig aus je zwei messerartig ausgebildeten, sich kreuzenden Propellern.
Die Umdrehungszahl beträgt, wie bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art, bei einem Durchmesser von z. B. 200 mm etwa 3000 U. lmin. Die beschriebenen Mischer können in beliebigen Grössen, z. B. mit 30 000 Liter Inhalt, mit gleichem Misch- und Mahleffekt, auch für schlecht oder überhaupt nicht rieselfähige Mischgüter, hergestellt werden, da man beliebig viele Zerhacker einbauen kann und Mischelemente gewählt werden können, die mit geringstmöglichem Kraftaufwand arbeiten und mit grösster Geschwindigkeit dem Zerhacker wechselweise neues Material zubringen.
In der vorstehend beschriebenen Apparatur lassen sich Mischprobleme lösen, die man bisher weder in den Zwangsmischern noch in den mit schnellrotierenden Messerkreuzen arbeitenden Maschinen lösen konnte. Strichreine Produkte gleicher Mischqualität lassen sich, was besonders in der Farbenindustrie wichtig ist, wiederholt in überraschend kurzen Mischzeiten herstellen, wobei die Verwendung weiterer Hilfsmaschinen, wie Kugelmühlen, nicht mehr notwendig ist.
Weiterhin eignet sich die beschriebene Maschine sehr gut dazu, faserige Bestandteile, wie Asbest, Papiermehl, Linters usw., mit pulverförmigen Stoffen zu vermischen. Bisher wurden hierfür vielfach besondere Zerfaserungsapparaturen vorgeschaltet. Bei dem dann folgenden Vermischen in einem Zwangsmischer lässt sich jedoch kein homogenes Produkt erhalten, da sich in dem Mischer Flocken und Knötchen bilden, die durch die Mischwerkzeuge des Zwangsmischers nicht wieder zerstört werden. Durch den Einbau von Zerhackern in den Zwangsmischer gemäss Erfindung wird jedoch ein homogenes Produkt erhalten. Darüber hinaus ist es nicht mehr notwendig, einen Zerfaserer vorzuschalten, so dass in nur einem Arbeitsgang aus Fasern und pulverisierten Stoffen ein homogenes Mischprodukt hergestellt werden kann.
Ein besonderes Mischproblem, nämlich die Beimischung von geringen Mengen einer Flüssigkeit zu einem rieselfähigen Produkt unter Erhaltung der Rieselfähigkeit oder unter Granulatbildung, wird mit einer speziellen Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung in überraschend einfacher Weise gelöst. Während die Zerhacker, wie vorerwähnt, im allgemeinen aus zwei messerartig ausgebildeten, sich kreuzenden Messern bestehen, werden sie bei Zugabe von Flüssigkeit zweckmässig aus einer schnellrotierenden Scheibe von z. B. 150 mm Durchmesser gebildet, an deren Peripherie im Abstand von z. B.
10-90 Gad schräg gestellte, zum Zerhacken des Mischgutes geeignete Messer angebracht sind. Der Abstand der Messer richtet sich nach der Art des Mischgutes und der Viskosität der eingeführten Flüs- sigkeit. Bei der hohen Drehgeschwindigkeit dieses Zerhackers wird die z. B. nahe dem Mittelpunkt der Scheibe aufgegebene Flüssigkeit nach allen Richtungen sehr fein verteilt und schlägt sich in dieser fein verteilten Form auf die durch die schräg gestellten Messer pulverisierten oder zerfaserten festen Mischkomponenten nieder. Falls sich dabei kleine Agglomerationen bilden, werden diese sofort durch die an der Peripherie der Scheibe angebrachten Messer zerstört.
In der beigefügten Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Es zeigen:
Fig. I und II mit dem dazugehörigen Schnitt A-B, wie man einen Zerhacker, der zwecks Flüssigkeitszugabe als Schleuderscheibe ausgebildet ist, anordnen kann,
Fig. III und IV mit dem zugehörigen Schnitt C-D die Anordnung eines normalen Zerhackers in einem Zwangsmischer ohne Flüssigkeitszugabemöglichkeit.
In den Figuren ist der Mischbehälter mit 1 bezeichnet. Oben in der Mischtrommel befindet sich die Einfüllöffnung, die mit einem Deckel 2 verschlossen wird, der zur Vermeidung von Totraumbildung der Trommelrundung angepasst ist. An der tiefsten Stelle der Mischtrommel ist in der Mitte die Entleerungs öffnung angebracht, die mit einer der Trommelrundung angepassten Verschlussklappe 3 verschlossen wird. Zu Montage- und Reinigungszwecken ist seitlich an der Mischtrommel eine Reinigungsklappe 4 eingebaut.
In der Mitte der Mischtrommel, parallel zum Trommelmantel, befindet sich eine Welle 5, auf der am Umfang und auch in der Längsrichtung verteilt die Tragarme 6 für die Mischelemente 7, die alle bis dicht an den Trommelmantel gehen, angeordnet sind.
Als Mischelemente sind verschiedenartige Elemente zu gebrauchen. In der Zeichnung sind die dargestellten Mischelemente 7 pflugscharähnlich ausgebildet.
Mit 8 sind die Flanschmotoren für die Zerhacker 11 bzw. 12 und 13 bezeichnet. Die Wellenstummel 9 dieser Motoren werden mit entsprechender Dichtung durch den Trommelmantel hindurchgeführt, um mit gewissem Abstand vom Trommelmantel am Ende der Wellenstummel, wie in Fig. III und IV mit dem dazugehörigen Schnitt C-D dargestellt, die Zerhacker anzuordnen.
Mit 10 ist eine Keilriemenscheibe bezeichnet, die ausserhalb der Trommel auf der Zerhackerwelle sitzt und über die der Zerhacker mittels eines Keilriemens von einem Motor angetrieben werden kann. Das ist insbesondere dann zweckmässig, wenn die Zerhackerwelle ausgebohrt ist und die Flüssigkeit 16 (rechts in Fig. I) in Pfeilrichtung durch diese Welle zum Zerhacker geführt werden soll. Für die Flüssigkeitszugabe muss der Zerhacker, im Gegenteil zum einfachen Messerkreuzzerhacker 11 in Fig. IV, besonders ausgebildet sein, wie dieses in Fig. II dargestellt ist. Die Flüssigkeit strömt dann durch entsprechende Bohrlöcher auf den mittleren Teil 12 des Zerhackers, der als Schleuderscheibe ausgebildet ist. An der Peripherie der Schleuderscheibe sind die Zerhackermesser 13 angeordnet.
Wenn dieser Zerhacker hochtourig, etwa 3000 Umdrehungen pro Minute und noch mehr, angetrieben wird, dann strömt die Flüssigkeit, bedingt durch die Fliehkraft, vom mittleren Teil 12 des Zerhackers auf die an der Peripherie der Schleuderscheibe angeordneten Zerhackermesser 13 - und vermischt sich dabei feinst verteilt mit dem Trockenmischgut. Soweit sich hierbei kleine Agglomerationen bilden, werden dieselben von den Zerhackermessern 13 wieder zerschlagen. Man kann die Flüssigkeit auch in freien Fall aus einem ausserhalb der Mischtrommel angeordneten Gefäss 14 durch eine Rohrleitung 15 zur Schleuderscheibe 12 des Zerhackers bringen, wie dieses in Fig. I mit dem zugehörigen Schnitt A-B dargestellt ist.
Bei dieser Anordnung muss die Flüssigkeit aber, wie bereits erwähnt wurde, in die Nähe des Mittelpunktes der Schleuderscheibe gebracht werden, da sie andernfalls bedingt durch die Schleuderwirkung nicht angenommen würde.
Method and device for mixing and crushing powdery, fine-grained and fibrous mixed goods
The present invention relates to a method and a device for mixing and comminuting powdery, fine-grained or fibrous mixed materials.
Mixing devices of various types are used in mixing technology. Most mixing devices work on the principle of compulsory mixers. The mixing tools of the compulsory mixers consist of straight or inclined paddles, screw agitators or ploughshare-like mixing elements that work on one or both sides.
Depending on the mixing problem at hand and the type of mixing elements installed, the mixing tools are either slowly, e.g. B. with 1.5 to 2.5 mlsec., Or quickly, e.g. B. with 6 to 12 m / sec., Driven at 100 cm drum diameter. The speed of these mixers is kept so low that a ring of mix does not form on the drum shell. With slow-running compulsory mixers, the mixing process is generally carried out by moving the material to be mixed in the mix, while with high-speed mixers, only about 60-709 / o of the usable volume of the mixing drum is used and parts of the mix are continuously lifted out of the mixes below and placed in be thrown into the empty space of the mixing drum located above the shaft.
Mixing technology often uses mixers that consist of a funnel that is conical at the bottom, in which there is a vertical screw or a screw that sweeps past the wall of the cone, which lifts the material and then lets it fall again.
Another type of mixing machine, which has come into practical use especially in household and kitchen appliances, uses conical funnels, at the lowest point of which a rapidly rotating knife cross is installed, through which parts of the mix are continuously grasped, smashed or chopped up and then due to the Knife position can be pushed up to the side. In the middle of the funnel, the material to be mixed repeatedly falls onto the rotating knife cross, so that the mix in the hopper is not only smashed or chopped up by the knife cross, but is also kept in constant motion.
Apparatus of this type can be used for free-flowing products, but only up to sizes of around 200-250 1, since the circulation of the material is no longer sufficiently uniform with larger sizes or the material no longer flows back at all due to the formation of bridges in the case of poorly free-flowing mixes the material is accordingly no longer processed by the rapidly rotating knife cross.
The present invention is based on the knowledge that you can achieve new and surprising mixing effects if you use the principle of the compulsory mixer with that of high-speed chopper z. B. knife crosses combined in a suitable manner. The method of the present invention is characterized in that a device of the type of a compulsory mixer is used which has a horizontal mixing container in which, in addition to mixing tools, at least one chopper is provided, and the mix is continuously fed to the chopper during operation of the device the chopper chops up the mix and continuously returns it to the working area of the mixing tools.
The device according to the invention for carrying out the above method with a horizontal mixing container, at least one machine-driven shaft running horizontally through the mixing container, support arms arranged on the shaft and mixing tools arranged on the support arms, is by at least one machine-driven chopper in the mixing container and by a Such an arrangement and shape of the mixing tools and the chopper are characterized in that the mixing tools continuously move the material to be mixed to the chopper while the device is in operation, while the chopper crushes the material to be mixed and continuously returns it to the working area of the mixing tools.
The mixing container can, for. B. have the shape of trough-shaped or cylindrical containers. In general, with regard to the work of the mixing tools, it is advisable to use cylindrical or trough-shaped containers. A motor-driven shaft running through the mixing chamber is expediently used to drive the mixing tools. The shaft expediently runs parallel to the drum shell through the center of the cylindrical mixing space or the lower trough shape. One or more shafts can be attached. The mixing tools are expediently arranged in a manner known per se on the shaft by means of support arms, specifically preferably perpendicular to the shaft and distributed helically on the shaft.
The part of the mixing space that is required for the undisturbed work of the chopper is expediently left free of the mixing tools. All elements that are capable of mixing the material to be mixed and feeding it alternately to the built-in chopper are to be used as mixing elements. If you use slow-running mixing tools, you can achieve z. B. a good effect with paddles that are inclined and thereby move the mix in the direction of the chopper. But you can also use screw-shaped mixing tools. For high-speed mixing tools, the ploughshare-like shape is recommended, which can be designed as a single-sided or double-sided element. At the head ends of the mixing drum, however, it is advantageous to attach plowshares that act on one side with the throwing direction towards the inside of the drum.
The ploughshare-like mixing elements lift the mix off the drum wall, do not form compacted mix rings even at relatively high circumferential speeds, pass through the mix with very little effort and accordingly consume a very small amount of energy despite their high rotational speed. The operation of these machines is very economical in relation to the mixing effect achieved.
The chopper is advantageously installed below the mixer shaft in the mixing container, since under these circumstances the continuous supply of the mixed material to the chopper can be carried out most easily. The mixing container is generally arranged in a stationary manner.
The chopper suitably consists of two knife-like, intersecting propellers.
The number of revolutions is, as in the known devices of this type, with a diameter of z. B. 200 mm about 3000 rpm. The mixers described can be of any size, e.g. B. with 30,000 liter capacity, with the same mixing and grinding effect, also for poorly or not at all free-flowing mixes, because you can install any number of chopper and mixing elements can be selected that work with the least possible effort and with the greatest speed The chopper alternately brings in new material.
Mixing problems can be solved in the apparatus described above, which up to now could not be solved either in the compulsory mixers or in the machines working with rapidly rotating knife crosses. Pure line products of the same mixing quality can, which is particularly important in the paint industry, be repeatedly produced in surprisingly short mixing times, the use of additional auxiliary machines, such as ball mills, no longer being necessary.
Furthermore, the machine described is very well suited for mixing fibrous components, such as asbestos, paper flour, linters, etc., with pulverulent substances. Up to now, special fiberising devices have often been connected upstream for this purpose. In the subsequent mixing in a compulsory mixer, however, a homogeneous product cannot be obtained, since flakes and nodules form in the mixer which are not destroyed again by the mixing tools of the compulsory mixer. By installing chopper in the compulsory mixer according to the invention, however, a homogeneous product is obtained. In addition, it is no longer necessary to connect a defiberer so that a homogeneous mixed product can be produced from fibers and pulverized substances in just one operation.
A particular mixing problem, namely the addition of small amounts of a liquid to a free-flowing product while maintaining the free-flowing properties or with the formation of granules, is solved in a surprisingly simple manner with a special embodiment of the device described. While the chopper, as mentioned above, generally consists of two knife-like, intersecting knives, they are expediently made of a rapidly rotating disc of z. B. 150 mm in diameter, on the periphery at a distance of z. B.
10-90 Gad inclined knives suitable for chopping the mix are attached. The distance between the knives depends on the type of material being mixed and the viscosity of the liquid introduced. At the high speed of rotation of this chopper, the z. B. near the center of the disc applied liquid very finely distributed in all directions and is reflected in this finely divided form on the pulverized or fiberized solid mixed components by the inclined knife. If small agglomerations form in the process, these are immediately destroyed by the knives attached to the periphery of the disc.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the accompanying drawings.
Show it:
Fig. I and II with the associated section A-B, how one can arrange a chopper, which is designed as a centrifugal disk for the purpose of adding liquid,
III and IV with the associated section C-D show the arrangement of a normal chopper in a compulsory mixer without the possibility of adding liquid.
The mixing container is denoted by 1 in the figures. The filling opening is located at the top of the mixing drum and is closed with a cover 2 which is adapted to the rounding of the drum to avoid the formation of dead space. At the lowest point of the mixing drum, the emptying opening is attached in the middle, which is closed with a closure flap 3 adapted to the roundness of the drum. A cleaning flap 4 is installed on the side of the mixing drum for assembly and cleaning purposes.
In the middle of the mixing drum, parallel to the drum shell, there is a shaft 5 on which the support arms 6 for the mixing elements 7, which all go right up to the drum shell, are arranged distributed around the circumference and also in the longitudinal direction.
Various elements can be used as mixing elements. In the drawing, the mixing elements 7 shown are designed similar to ploughshares.
With 8 the flange motors for the chopper 11 or 12 and 13 are designated. The stub shafts 9 of these motors are passed through the drum shell with an appropriate seal in order to arrange the chopper at a certain distance from the drum shell at the end of the stub shaft, as shown in Fig. III and IV with the associated section C-D.
With 10 a V-belt pulley is designated, which sits outside the drum on the chopper shaft and via which the chopper can be driven by a motor by means of a V-belt. This is particularly useful when the chopper shaft has been drilled out and the liquid 16 (on the right in FIG. I) is to be guided in the direction of the arrow through this shaft to the chopper. For the addition of liquid, the chopper, in contrast to the simple cross-knife chopper 11 in FIG. IV, has to be specially designed, as shown in FIG. II. The liquid then flows through corresponding boreholes onto the central part 12 of the chopper, which is designed as a centrifugal disk. The chopping knives 13 are arranged on the periphery of the centrifugal disk.
If this chopper is driven at high speed, about 3000 revolutions per minute and even more, then the liquid flows, due to the centrifugal force, from the central part 12 of the chopper to the chopper blades 13 arranged on the periphery of the centrifugal disk - and is very finely mixed with the dry mix. To the extent that small agglomerations are formed, they are broken up again by the chopper knives 13. The liquid can also be brought in free fall from a vessel 14 arranged outside the mixing drum through a pipe 15 to the centrifugal disk 12 of the chopper, as shown in FIG. I with the associated section A-B.
With this arrangement, however, as already mentioned, the liquid must be brought into the vicinity of the center of the centrifugal disk, since otherwise it would not be accepted due to the centrifugal effect.