DE10041552A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Komponenten - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung (1) zum Mischen von zumindest zwei Komponenten, wobei die Vorrichtung einen von äußeren Wandungen (3; 4) begrenzten Mischraum (2) umfaßt, in dem zumindest zwei Misch- und Förderwerkzeuge (7; 8) zwischen einer Einlaßöffnung (5) für das Mischgut und einer hierzu beabstandeten Auslaßöffnung (6) auf das Mischgut einwirken, wird so ausgebildet, daß die Misch- und Förderwerkzeuge (7; 8) derart ausgebildet sind, daß im Mischraum (2) befindliches Mischgut von jedem Misch- und Förderwerkzeug (7; 8) bereichsweise in Richtung (9a; 9c) 10b) der Auslaßöffnung (6) und bereichsweise gegenläufig (9b; 10a; 10c) förderbar ist (Fig. 5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Mischen von
zumindest zwei Komponenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw.
dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Vorrichtungen der genannten Art finden beispielsweise Verwendung im Le
bensmittel- und Pharmabereich, aber auch für Klärschlämme oder andere
schwer zu mischende Komponenten verschiedenster Bereiche. Häufig werden
sogenannte Doppelwellentrogmischer eingesetzt, bei denen zwei parallel zu
einander gelagerte Wellen eine Förderung und gleichzeitige Durchmischung
der in einen Trog eingebrachten Stoffe bewirken. Durch eine Gegenläufigkeit
der beiden Wellen bildet sich ein Umlauf der zu mischenden Komponenten in
einem Mischraum aus. Typischerweise wird das Mischgut etwa 10 bis 15 der
artige Umläufe durchlaufen, bevor es aus der Austragsöffnung den Mischraum
verläßt. Die Zahl der Durchläufe variiert je nach zu mischenden Komponenten
erheblich.
Um die Verweilzeit des Mischguts im Mischer zu verringern und damit seine
Effizienz zu verbessern, wurde vorgeschlagen, Zwischenwandungen in den
Mischraum einzusetzen, wodurch sich einzelne, Kleinere Mischräume bilden
und das Mischgut erst nach einer Durchmischung eines bestimmten Grades in
den nächsten Mischraum übertritt. Bei empfindlichem Mischgut ist jedoch bei
Anprall der zu mischenden Komponenten an die Zwischenwandungen die Ge
fahr von Abplatzungen oder anderen Defekten des Mischguts (beispielsweise
bei Tabletten) erhöht. Zudem sind die - vorteilhaft verschließbaren - Öff
nungen der Zwischenwandungen einer Verschmutzung ausgesetzt und schwie
rig zu reinigen, insbesondere wenn erhöhte hygienische Anforderungen, etwa
im Lebensmittel- oder Pharmabereich zu erfüllen sind.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine effektive Durchmischung von
Komponenten unter Vermeidung der genannten Nachteile zu ermöglichen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
9. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche
2 bis 8 und 10 bis 15 verwiesen.
Durch die Fähigkeit eines jeden Misch- und Förderwerkzeuges, bereichsweise
der Auslaßöffnung und bereichsweise der Einlaßöffnung zuzufördern, ist eine
intensive Durchmischung des Mischguts auch in einem von Innenwänden un
geteilten Mischraum gewährleistet. Es kann daher ein durchgehender Misch
raum Verwendung finden, in dem dennoch mehrere Strömungen von Mischgut
durch die variierenden Förderrichtungen der zumindest zwei Mischwerkzeuge
bewirkt sind. Dadurch sind mit Schiebern oder dergleichen verschmutzungs
empfindlichen Teilen verschließbare Öffnungen entbehrlich. Zudem sind Zwi
schenwände generell entbehrlich, so daß die Beschädigung bei Anprall von
Mischgut, etwa Tabletten, an Zwischenwände vermieden ist.
Besonders vorteilhaft sind die in Auslaß- und in Einlaßrichtung fördernden Be
reiche des jeweiligen Mischwerkzeugs alternierend hintereinander angeordnet,
wodurch sich eine Regelmäßigkeit der Ströme des Mischguts ergibt.
Eine besonders günstige Ausbildung von mehreren Kreisläufen ergibt sich
dann, wenn im Grenzbereich zwischen den in Auslaß- und in Einlaßrichtung
fördernden Teilbereichen eines Mischwerkzeugs eine Querförderung des
Mischguts zur Zuführung zum weiteren Misch- und Förderwerkzeug stattfindet
und das dort aufgenommene Mischgut jeweils teilweise gegenläufig zum ersten
Mischwerkzeug befördert wird.
Beispielsweise von dem ersten Teilabschnitt in Richtung der Auslaßöffnung
gefördertes Mischgut wird dann bei Erreichen des zweiten Teilabschnitts, in
dem in Gegenrichtung fördernde Misch- und Förderglieder wirksam sind, quer
in Richtung zum zweiten Misch- und Förderwerkzeug befördert, das dann das
aufgenommene Mischgut einerseits in einen Rückstrom zur Ausbildung eines
ersten Kreislaufs und andererseits in einen zweiten, vorwärtsgerichteten Strom
zur Ausbildung eines zweiten, gegenläufigen Kreislaufs aufteilt.
Ein derartiges Verfahren ist mit zwei nebeneinander angeordneten und mit
Misch- und Fördergliedern gegenläufig weisender Steigung belegten horizontal
verlaufenden Wellenkörpern realisierbar. Auch um vertikale Achsen drehende
Rotationskörper sind zur Ausbildung von geeigneten Misch- und Förderwerk
zeugen grundsätzlich geeignet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus einem nachfolgend be
schriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Ge
genstandes der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Mischvorrich
tung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 eine alternative Ausbildung von Misch- und Förderglie
dern in einer ähnlichen Ansicht wie Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische Ansicht von unterschiedlichen fördern
den Teilbereichen der Misch- und Förderwerkzeuge nach
Fig. 1,
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf die Mischgutströme in
der Mischvorrichtung.
Die Vorrichtung 1 nach Fig. 1 umfaßt einen Mischraum 2, der frei von inneren
Wandungen ist und lediglich durch äußere Wandungen 3, 4 begrenzt ist.
Zur Befüllung mit Mischgut weist der Mischraum 2 einenends eine Eingangs
öffnung 5 auf, die beispielsweise auch durch einen von oben in den offenen
Mischraum 2 weisenden Einführkanal gebildet sein kann, hierzu beabstandet
und im Ausführungsbeispiel am gegenüberliegenden Ende befindet sich eine
Auslaßöffnung 6 zum Austrag des Mischguts.
Die Vorrichtung 1 umfaßt in Ihrem Mischraum 2 zwei parallel nebeneinander
angeordnete Wellen 7, 8, die über Antriebe 9, 10 rotationsbeweglich sind.
Die Wellen 7, 8 dienen als Träger von Mischgliedern 11 und Fördergliedern 12
(in der Zeichnung nur jeweils angedeutet). In einem zweiten Ausführungsbei
spiel sind Misch- und Förderglieder durch einen Spiralförderer 13 (Fig. 4), in
der Zeichnung ebenfalls nur angedeutet, baulich gemeinsam ausgebildet.
In beiden Ausführungsbeispielen haben die Wellen 7, 8 eine über die gesamte
Erstreckung des Mischraums 2 einheitliche Umlaufrichtung, was nicht
zwingend ist. Es können alternativ auch Umlenkgetriebe innerhalb des Verlaufs
einer jeweiligen Welle 7, 8 vorgesehen sein. Besonders einfach ist jedoch die
durchgehende Umlaufrichtung zu realisieren.
Die Wellen 7 und 8 drehen mit gegenläufigen Umlaufrichtungen 15, 16. Jede
der Wellen 7, 8 weist auf ihrem Weg zwischen dem Bereich der Einlaßöffnung 5
und der Auslaßöffnung 6 unterschiedliche Abschnitte 7a, 7b, 7c bzw. 8a, 8b, 8c
auf. In den Abschnitten 7a und 7c wird in Richtung der Auslaßöffnung 6 geför
dert, im Abschnitt 7b hingegen in Richtung der Einlaßöffnung 5. Umgekehrt
wird von der Welle 8 in den Abschnitten 8a und 8c in Richtung der Einlaßöff
nung 5 gefördert, in Abschnitt 8b in Richtung der Auslaßöffnung 6. Dieses ist
durch die die Förderrichtung angebenden Pfeile 39a, 39b, 39c sowie
40a, 40b, 40c veranschaulicht.
Um die abschnittsweise unterschiedliche Förderrichtung einer jeweiligen Welle
7 bzw. 8 sicherzustellen, sind die Förderglieder 12 oder 13 abschnittsweise in
verschiedenen Ausrichtungen gegenüber der Welle 7 bzw. 8 angeordnet. Im
ersten Abschnitt 7a sind dabei die Förderglieder 12a bzw. 13a derart angeord
net, daß sie bei in Umlaufrichtung 15 drehender Welle 7 eine Förderung des
Mischguts in Richtung des Pfeils 39a bewirken. Gleiches gilt für die Anordnung
der Förderglieder 12c, 13c auf der Welle 7, so daß auch im letzten Abschnitt in
Richtung des Pfeils 39c, und damit in Richtung der Auslaßöffnung 6, von der
Welle 7 gefördert wird. Die mittleren Förderglieder 12b, 13b sind hingegen in
umgekehrt fördernder Weise auf der Welle 7 angeordnet, wodurch sich in die
sem Abschnitt eine in Richtung der Einlaßöffnung 5 orientierte Förderrichtung
39b ergibt.
Bei gegenläufiger Drehrichtung 16 der parallel gelagerten Welle 8 ergeben sich
bei gleichorientierter Anordnung der Förderglieder 12a; 13a, 12b, 13b und
12c, 13c jeweils in den einzelnen Abschnitten entgegengesetzte Förderrich
tungen 40a, 40b bzw. 40c. Die Förderglieder 12, 13 können jeweils gleichartig
ausgebildet sein oder es kann vorgesehen sein, daß jeweils in dem in Förder
richtung 39a, 39b, 39c bzw. 40a, 40b, 40c gelegenen Endbereich eines jeweiligen
Abschnitts a, b, c ein oder mehrere Förderglieder 12, 13 mit einem besonders
ausgebildeten Querförderer versehen sind, um somit innerhalb eines Ab
schnitts a, b, c einen jeweiligen Mischgutkreislauf 20, 21, 22 (Fig. 6) sicherstellen
zu können, wobei die Kreisläufe 20, 21, 22 jeweils durch die gegeneinanderför
dernden Abschnitte 7a, 8a bzw. 7b, 8b bzw. 7c, 10c der Wellen 7, 8 gebildet sind
und im Übergangsbereich eine Querkomponente zwischen den Wellen 7, 8
umfassen. An Stelle der drei gezeigten Abschnitte a, b, c mit den drei sich bil
denden Kreisläufen ist auch eine andere Anzahl möglich - je nach Misch
raumlänge und Art der zu mischenden Komponenten.
Ein Mischgutstrom teilt sich im Bereich seiner Querförderung 23 in einen in
dem Kreislauf 20 verbleibenden Anteil 24 und in einen in den nächsten Abschnitt
b überführenden Anteil 25 auf, wobei der Anteil 24 in Richtung des
Pfeils 40a gefördert wird und im Abschnitt a verbleibt, während der Anteil 25 in
Richtung des Pfeils 40b gefördert und als Bestandteil des Kreislaufs 21 in den
Abschnitt b gelangt. Am Ende von Abschnitt b stößt dieser Anteil 25 auf den
gegenlaufenden Förderabschnitt c der Welle 8, so daß er nicht weiter in Rich
tung zur Auslaßöffnung 6 befördert wird, sondern eine Querförderung 27 er
fährt und wiederum in die Bestandteile 28 und 29 aufgespalten wird, wobei der
Anteil 28 im Abschnitt b verbleibt und von der ersten Welle 7 in ihrer rücklau
fenden Richtung 39b erfaßt wird, während der Anteil 29 in den dritten Kreislauf
22 eindringt und dort von der in Richtung 39c laufenden Welle 7 erfaßt wird.
Am Ende des Kreislaufs 22 bildet sich wiederum eine Aufspaltung aus, ein Teil
des geförderten Mischguts wird durch die Auslaßöffnung 6 aus dem Mischraum
2 befördert, ein weiterer gelangt in einer letzten Querförderung 30 zur gegen
überliegenden Welle 8 und wird dort in Richtung des Pfeils 40c wieder in die
Gegenrichtung befördert und der Querförderung 27 zugeführt. Dadurch ist je
weils in jedem der Kreisläufe 20, 21, 22 ein Teil des Mischguts einer Weiterför
derung in den nächsten Kreislauf 21, 22 bzw. die Auslaßöffnung 6 ausgesetzt,
während ein anderer Teil in dem jeweiligen Kreislauf 20, 21, 22 verbleibt und
einer weiteren Durchmischung unterzogen wird. Durch die Aufteilung der rück
laufenden Querkomponenten 23, 27 kann auch ein Teil des Mischguts in einen
vorderen Kreislauf 20, 21 zurückbefördert werden.
Dadurch ist eine sehr intensive Durchmischung möglich, auch für Stoffe, die
eine Leim- oder Flüssigphase enthalten.
Während des Betriebes der Vorrichtung 1 wird kontinuierlich Mischgut der
Auslaßöffnung 6 zugeführt, so daß auch kontinuierlich durch die Einlaßöffnung
5 Mischgut nachgeliefert werden kann. Die Vorrichtung 1 kann daher in einem
kontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden. Eine derartige kontinuierliche Be
triebsform war bisher nur bei Mischern mit mehreren Kammern möglich, die
von Trennwänden mit den oben erwähnten Nachteilen voneinander abgeteilt
waren.
Als Führungsflächen für das Mischgut dienen im wesentlichen halbrohrförmige
Begrenzungswandungen 31, die den Umlaufraum für die Misch- und För
derglieder 11, 12 der Wellen 7, 8 begrenzen. Durch die enge Anlage der Misch-
und Förderglieder 11, 12 an diese Wandungen 31 ist sichergestellt, daß im Bo
denbereich kein Mischgut unbeaufschlagt und unvermischt verbleibt.
Die Vorrichtung 1 kann insgesamt auf einen Untergestell angeordnet und
gegenüber diesem variabel oder fest schwenkbar sein, derart, daß das zu
mischende Gut auf seinem Weg von der Einlaßöffnung 5 zur Auslaßöffnung 6
gegen eine Steigung anlaufen muß oder mit Gefälleunterstützung läuft. Dies
kann insbesondere bei Mischung von Komponenten, von denen zumindest
eine durch eine Flüssigkeit gebildet ist, sinnvoll sein. Auch zur Reinigung kann
eine Neigung des Mischraums 2 förderlich sein.
Claims (15)
1. Vorrichtung (1) zum Mischen von zumindest zwei Komponenten, wobei
die Vorrichtung einen von äußeren Wandungen (3; 4) begrenzten Mischraum
(2) umfaßt, in dem zumindest zwei Misch- und Förderwerkzeuge (7; 8) zwi
schen einer Einlaßöffnung (5) für das Mischgut und einer hierzu beabstandeten
Auslaßöffnung (6) auf das Mischgut einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß
die Misch- und Förderwerkzeuge (7; 8) derart ausgebildet sind, daß im Misch
raum (2) befindliches Mischgut von jedem Misch- und Förderwerkzeug (7; 8)
bereichsweise in Richtung (9a; 9c; 10b) der Auslaßöffnung (6) und bereichs
weise gegenläufig (9b; 10a; 10c) förderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche
der Förderung in Auslaßrichtung (9a; 9c) und der Förderung in Einlaßrichtung
(9b) auf einer gedachten Linie zwischen der Einlaßöffnung (5) und der
Auslaßöffnung (6) alternierend aufeinander folgen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß im Grenzbereich zwischen in Einlaßrichtung (9b) und in Auslaßrich
tung (9a; 9c) fördernden Teilbereichen das Mischgut quer (23; 27) zur Linie zwi
schem der Einlaß- (5) und der Auslaßöffnung (6) förderbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, daß sich parallel zur Linie zwischen der Einlaß- (5) und der Auslaßöffnung
(6) eine weitere Förderstrecke für das Mischgut befindet, die das Mischgut je
weils gegenläufig zur ersten Förderstrecke (10a; 10b; 10c) bezüglich der Linie
zwischen der Einlaß- (5) und Auslaßöffnung (6) beaufschlagt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Vorrichtung zumindest zwei sich im wesentlichen in Richtung der
Linie zwischen Einlaß- (5) und Auslaßöffnung (6) oder parallel hierzu er
streckende Wellenkörper (7; 8) aufweist, die als Träger von Misch- und Förder
gliedern (11; 12; 13) ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Horizontalwellen (7; 8) in ihrer Erstreckungsrichtung jeweils alternierend mit in
Richtung des Auslaßbereiches und in Richtung des Einlaßbereiches fördern
den Fördergliedern (12a, 13a; 12b, 13b) versehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich
net, daß ein Wellenkörper (7) in den Abschnitten (b), in denen ein benachbar
ter Wellenkörper (8) mit zur Auslaßöffnung (6) fördernden Misch- und Förder
gliedern versehen ist, mit zur Einlaßöffnung (5) fördernden Mischgliedern ver
sehen ist und umgekehrt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Mischraum (2) im unteren Bereich zwei im wesentlichen halb
rohrförmige Begrenzungswandungen (31) aufweist, die als Führungsflächen für
das von den Mischwerkzeugen beaufschlagte Mischgut dienen.
9. Verfahren zum Mischen von zumindest zwei Komponenten in einem
Mischraum, der mit einem Einlaßbereich und einem hierzu beabstandeten
Auslaßbereich versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die
Einlaßöffnung in den Mischraum gelangte Mischgut von einem ersten Abschnitt
von Misch- und Fördergliedern erfaßt und in Richtung der Auslaßöffnung beför
dert wird, wobei am Ende dieses Abschnitts das Mischgut auf einen gegenläu
fig fördernden Abschnitt von Misch- und Förderwerkzeugen trifft und eine
Querförderung erfährt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster
Teil des quergeförderten Mischguts von einem zweiten, antiparallel zum ersten
arbeitenden Satz von Misch- und Fördergliedern erfaßt und von der Auslaßöff
nung weg befördert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Satz in seinem Endbereich eine Querförderung in das Mischgut einträgt und
dieses in einem Kreislauf dem ersten Satz von Misch- und Förderwerkzeugen
im Bereich der Einlaßöffnung zuführt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß ein zweiter Teil des quergeförderten Mischguts von einem dritten,
parallel zum ersten arbeitenden, jedoch gegenüber diesem quer und bezüglich
der Linie zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung versetzt angeordneten Satz von
Misch- und Fördergliedern erfaßt und in Richtung zur Auslaßöffnung weiterge
fördert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel
zum ersten Satz von Misch- und Fördergliedern weitergeförderte Teil des
Mischguts zumindest teilweise in einem zweiten, zum ersten gegenläufigen
Kreislauf einem vierten Satz von Misch- und Förderwerkzeugen quer zugeleitet
wird, die diesen Teil des Mischguts in Richtung der Einlaßöffnung fördern.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung das Mischgut in mehre
ren, alternierend umlaufenden Kreisläufen geführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeich
net, daß kontinuierlich Mischgut durch die Einlaßöffnung in den Mischraum
zugegeben und kontinuierlich durch die Auslaßöffnung aus diesem herausge
führt wird.
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