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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischschaufel, die dafür bestimmt ist, an einem rotierenden Mischarm eines Mischers befestigt und von dem Mischarm an der Wandung einer Mischkammer des Mischers entlang geführt zu werden, mit mindestens einer der Wandung zugewandten Schürffläche, welche bei Betrieb des Mischers anhaftendes Mischgut von der Wandung abstreift, wobei die Schürffläche in eine Vorderfläche übergeht, und mit mindestens einer aus der Vorderfläche hervorspringenden Leitrippe, welche von der Schürffläche ausgehend die Vorderfläche durchmisst.
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Eine Mischschaufel dieser Art ist aus der
DE 31 49 640 bekannt.
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Betonwerke verwenden zum Anrühren von Beton so genannte Trogmischer. Diese umfassen eine Mischkammer in Gestalt zumindest eines zylinderförmigen Troges, entlang dessen horizontal ausgerichteten Symmetrieachse sich eine Mischerwelle erstreckt. Die Mischerwelle ist mit einer Mehrzahl von radial abstehenden Mischarmen versehen, an deren distalen Ende jeweils eine Mischschaufel auswechselbar befestigt ist. Während des Betriebs des Mischers rotiert die Mischwelle und damit die daran befestigten Mischarme. Die Mischschaufeln werden dabei entlang der Wandung der Mischkammer (Mischtrog) geführt und Durchmischen das Mischgut.
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Neben dem Durchmischen besteht eine wesentliche Funktion einer Mischschaufel darin, die Wandungen der Mischkammer von dem Mischgut rein zu halten. So muss verhindert werden, das Beton an der Wandung dauerhaft anhaftet und abbindet. Die Mischkammer würde sich anderenfalls zusetzen. Zu diesem Zwecke sind die Mischschaufeln mit einer Schürffläche versehen, welche im Betrieb des Mischers anhaftendes Mischgut von der Wandung abstreift und in die Mischung zurück leitet. Beispiele der hier diskutierten, mit Mischschaufeln ausgerüsteten Mischer wurden durch die Patentschriften
DE 198 56 622 C2 und
EP 1 506 052 B1 bekannt. Beide Druckschriften zeigen so genannte Doppelwellenmischer, deren Mischkammer sich aus zwei zylindrischen Mischtrögen zusammensetzt. Doppelwellenmischer verfügen entsprechend über zwei gegenläufig bewegte Mischwellen, für jeden Trog eine. Darüber hinaus sind auch Einwellenmischer bekannt, deren Mischkammer aus lediglich einem zylindrischen Trog gebildet wird. (Mithin weisen Einwellenmischer nur eine Mischwelle auf). Schließlich existieren so genannte Tellermischer mit einer ebenfalls zylindrischen Mischkammer, deren Zylinderachse sich jedoch vertikal verstreckt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei einer bestimmten Bauart von Mischern beschränkt.
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Die Schürffläche einer Mischschaufel ist erheblichem Verschleiß ausgesetzt. So schürft die Schürffläche fast unmittelbar auf der Wandung der Mischkammer, in einem Abstand von nahezu Null. In den zwischen Außenkante der Schürffläche und Wandung der Mischkammer gebildeten, minimalen Spalt können harte Zuschlagsstoffe des Betons eindringen, was zum Ausbrechen der Schürffläche führt. Die Mischschaufeln sind daher grundsätzlich als Verschleißteil konzipiert. Sie bestehen entweder aus aufgepanzertem Stahl oder zähem Polyurethan.
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Der Verschleiß der Schürffläche kann dadurch vermindert werden, dass das Mischgut über die Vorderfläche der Mischschaufel von der Schürffläche fort transportiert wird. Zur Verbesserung der hydrodynamischen Eigenschaften der Mischschaufel schlägt die
DE 31 49 640 vor, auf der Vorderfläche eine hervorspringende Leitrippe vorzusehen, welche von der Schürffläche ausgehend die Vorderfläche durchmisst und sich dabei verjüngt. Durch die dort als „Wulst” bezeichnete Leitrippe soll ein Abströmen des Gemisches nach oben und innen begünstigen und damit ein Eindringen von Kieselsteinen zwischen die Schürffläche und die Wandung der Mischkammer strömungstechnisch entgegen wirken.
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Grundsätzlich ist der Ansatz der strömungsoptimierten Vorderfläche erfolgsversprechend. Durch diese Maßnahmen sind deutlich höhere Standzeiten zu erwarten, als bei üblicherweise eingesetzten Mischschaufeln ohne Leitrippe, wie sie etwa die
2 der
DE 198 56 622 C2 und
EP 1 506 052 zeigen.
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Allerdings ist die Wirksamkeit der bekannten, sich verjüngenden Leitrippe noch unbefriedigend. Versuche zeigen, dass die Schürffläche einer gemäß der Lehre der
DE 31 49 640 gestalteten Mischschaufel durchaus noch hohen Belastungen ausgesetzt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Strömungsverhalten der Mischschaufeln zu verbessern, um die Belastung der Schürffläche weiter zu senken. Des Weiteren soll die Durchmischung des Mischguts verbessert werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass mindestens zwei dieser Leitrippen auf der Vorderfläche vorgesehen werden. Dabei sollen die Leitrippen einen im wesentlichen konstanten Abstand voneinander einhalten und einen über ihre Längserstreckung unveränderlichen Querschnitt aufweisen.
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Untersuchungen belegen, dass durch Vorsehen von mindestens zwei aus der Vorderfläche hervorspringenden Leitrippen, welche jeweils von der Schürffläche ausgehend die Vorderfläche durchmessen, das Abströmen des Mischguts von der Schürffläche deutlich erleichtert werden kann, sofern die Leitrippen einen im wesentlichen konstanten Abstand von einander einhalten und über ihre Längserstreckung einen unveränderlichen Querschnitt aufweisen. Die Gestaltung dieser Rippen führt auch zu einer besseren Durchmischung des Betons.
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Die Leitrippen kanalisieren den Abfluss von der Schaufel. Mischgut wird kontinuierlich und gezielt fortgeleitet, es sammelt sich nicht auf der Schürffläche mehr an. Diese zwischen benachbarten Leitrippen entstehende Kanalwirkung fehlte der eingangs genannten Mischschaufel zum Erfolg.
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Vorzugsweise verlaufen die Leitrippen nicht linear, sondern jeweils entlang einer Kreislinie. Damit die Leitrippen einen im wesentlichen konstanten Abstand voneinander einhalten, fallen die Mittelpunkte der Kreislinien zusammen.
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Bei Mischern mit horizontaler Mischwelle wird der Mittelpunkt der Kreislinien vorzugsweise von der Schürffläche aus gesehen in Richtung des Rotationszentrums des Mischarms gelegt. Die Leitrippen sind damit konkav in Richtung der Wandung der Mischkammer gewölbt. Das über die Vorderfläche abströmende Mischgut erhält dadurch eine deutliche Ablenkung in Richtung der Mischerachse, was die Durchmischung verbessert und die Schürffläche weiter entlastet.
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Vorzugsweise wird die Außenflanke der Leitrippe, also die Flanke der Leitrippe, die von dem Rotationszentrum des Mischarms abgewandt ist, so gestaltet, dass sie mit der Senkrechten zur Vorderfläche einen spitzen Winkel einnimmt. Hierdurch wird der Verschleiß der Leitrippe deutlich gesenkt.
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Die Innenflanke der Leitrippe, also die Flanke die dem Rotationszentrum des Mischarms zugewandt ist, sollte die Vorderfläche indes rechtwinklig schneiden. Dadurch wird das abströmende Mischgut besser kanalisiert.
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Der Strömungswiderstand der Leitschaufel im Mischgut wird dadurch gesenkt, dass ein Grat der Leitrippe eben ausgeführt und parallel zu dem der Leitrippe benachbarten Bereich der Vorderfläche ausgerichtet wird. Die Vorderfläche von Mischschaufeln ist in der Regel nicht eben, sondern konvex oder konkav gekrümmt. Der ebene Grat kann daher lediglich parallel zu einem Teilbereich der Vorderfläche verlaufen, der unmittelbar an die Leitrippe angrenzt.
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Die Verschleißfestigkeit der Leitrippe mit einem Querschnitt, dessen Innenflanke rechtwinklig zur Vorderfläche und der Grat parallel zu dieser verläuft, ist optimal, wenn die Breite des Grats der Höhe der Innenflanken entspricht.
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Die angestrebte, strömungsgünstige Geometrie der Mischschaufel lässt sich am Besten in Polyurethan realisieren. Die besondere Querschnittsfläche und der Verlauf der Leitrippen kann durch metallischen Aufpanzerungen auf Stahlschaufeln nämlich nicht mit einer gleich bleibend hohen Qualität zu einem für ein Verschleißteil angemessenen Preis gewährleistet werden.
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Die vorliegende Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Hierfür zeigen:
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1: Mittelschaufel;
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2a: Seitenschaufel;
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2b: Seitenplatte;
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3: Querschnitt einer Leitrippe.
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Die in den Figuren dargestellten, erfindungsgemäßen Mischschaufeln können die herkömmlichen Mischschaufeln der in den Patentschriften
DE 198 56 622 bzw.
EP 1 506 052 B1 gezeigten Doppelwellenmischer ersetzen.
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1 zeigt eine als Mittelschaufel 1 ausgeführte Mischschaufel, die dafür bestimmt ist, an einem Mischarm des Mischers befestigt zu werden, der im mittleren Abschnitt der Mischerwelle angeordnet ist. Die Mittelschaufel 1 wird somit entlang der zylindrischen Wandung eines die Mischkammer bildenden Mischtrogs geführt.
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Die Mittelschaufel 1 ist in Vorderansicht dargestellt. Die Vorderseite der Mittelschaufel 1 wird im Wesentlichen durch eine in sich gewölbte Vorderfläche 2 gebildet, die radial nach außen in eine Schürffläche 3 übergeht. Die Schürffläche 3 verläuft unter einem geeigneten Anstellwinkel zur Wandung der Mischkammer. Die Außenkante 4 der Schürffläche 3 grenzt an die Wandung an. Der Verschleiß der Mischschaufel ist an hier am größten.
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Aus der Vorderfläche 2 der Mittelschaufel 1 erheben sich insgesamt drei Leitrippen 5, 6 von denen zwei 5 ausgehend von der Schürffläche 3 die Vorderfläche im Wesentlichen diagonal durchmessen. Die dritte Leitrippe 6 durchmisst ebenfalls die Vorderfläche 2 im wesentlichen diagonal, sie geht jedoch nicht von der Schürffläche 3 aus, sondern ist weiter zurück gelagert.
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Die Leitrippen 5, 6 folgen Kreislinien und halten im Wesentlichen einen konstanten Abstand d voneinander ein. Folglich verlaufen die Kreislinien konzentrisch, ihre Mittelpunkte fallen zusammen. Der Mittelpunkt der Kreislinien liegt von der Schürffläche 3 aus gesehen in Richtung des Rotationszentrums der Mischschaufel, also mischwellenwärts. Der Mittelpunkt der Kreislinie muss aber nicht zwangsläufig auf der Drehachse der Mischwelle liegen. Die Leitrippen 5, 6 verlaufen mithin konvex in Richtung der Außenkante gebogen. Da die Figuren auf Handskizzen beruhen, geben sie die erfindungsgemäß angestrebten geometrischen Verhältnisse nicht überall exakt wieder.
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Der Querschnitt Q der Leitrippen 5, 6 ist identisch und nahezu über die gesamte Längserstreckung der Leitrippen 5, 6 unveränderlich. Lediglich am Ursprung und am Ende der Leitrippen 5, 6 können die Leitrippen zum Rand oder zur Schürffläche 3 abgesenkt werden. Der Querschnitt Q der Leitrippen 5, 6 wird unten anhand der 3 näher erläutert, welche die Schnitte I-I durch die Leitrippen zeigt.
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Zwischen den Leitrippen 5, 6 werden Kanäle ausgebildet, deren Breite dem Abstand d entspricht. Diese Kanäle führen das Mischgut von der Schürffläche 3 effektiv fort. Die Schraubköpfe 7, mittels derer die Mittelschaufel mit dem nicht dargestellten Mischarm verschraubt ist, sind in einer entsprechenden Vertiefung in der Vorderfläche 2 angeordnet, so dass sie dem durch den Kanal abströmenden Mischgut nicht im Wege stehen. Der Beton kann ungehindert durch die Kanäle abfließen.
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In den 2a und 2b ist die erfindungsgemäße Mischschaufel als Seitenschaufel 8 (2a) bzw. Seitenplatte 9 (2b) ausgeführt. Seitenschaufel 8 und Seitenplatte 9 werden zusammen an einem Mischarm befestigt, der an der Mischerwelle ganz außen angeordnet ist. Seitenschaufel 8 und Seitenplatte 9 werden unmittelbar aneinander anliegend montiert, so dass ihre Außenkanten 4 eine durchgängige Linie bilden. Die ebenso zusammenhängende Schürffläche 3 von Seitenschaufel 8 und Seitenplatte 9 läuft nicht entlang des zylindrischen Mantels des Mischtrogs, sondern entlang seiner ebenen Stirn. Die Seitenschaufel 8 ist zusätzlich mit einer Nebenkante 10 versehen, die entlang der zylindrischen Wandung der Mischkammer läuft. Seitenschaufel 8 und Seitenplatten 9 sind mit Langlochnuten 11 versehen, in denen nicht dargestellte Schraubköpfe der Verschraubung mit dem nicht dargestellten Mischarm versenkt werden. Beide Mischschaufeln 8, 9 umfassen jeweils zwei Leitrippen 5, welche die Mischschaufel 8, 9 jeweils von der Schürffläche 3 ausgehend durchmessen. Die Seitenschaufel 8 verfügt zusätzlich über eine dritte Leitrippe 6, die von der Nebenkante ausgehend die Vorderfläche 2 durchmisst. Im montierten Zustand weisen alle Leitrippen 5, 6 denselben Abstand d voneinander auf, auch die unmittelbar benachbarten Leitrippen 5 von Seitenschaufel 8 und Seitenplatte 9. Der Abstand d beträgt 70–90 mm. Die Querschnitte Q der Leitrippen 5, 6 sind wiederum nahezu über die gesamte Längserstreckung der Leitrippen 5, 6 konstant, dieser ist entsprechend Schnittlinie I-I in 3 gezeigt. Die Leitrippen 5, 6 verlaufen auch bei Seitenschaufel 8 und -platte 9 entlang von konzentrischen Kreislinien, deren Mittelpunkt in Richtung der Mischerwelle liegt.
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3 zeigt den Querschnitt Q der Leitrippen 5, 6 entsprechend den Schnitten I-I der 1, 2a und 2b. Hierin ist zu erkennen, dass die Leitrippen sich aus der Vorderfläche 2 um eine Höhe h hervorheben. Der Querschnitt Q wird durch eine Innenflanke 12, eine Außenflanke 13 und einen Grat 14 umgrenzt. Die beiden Flanken 12, 13 sowie der Grat 14 sind im Wesentlichen eben. Die Innenflanke 12 ist in Richtung des Rotationszentrums des Mischarms, also der Mischerwelle, gewandt, die Außenflanke 13 entsprechend hiervon abgewandt. Die Innenflanke 12 schneidet die Vorderfläche 2 rechtwinklig, die Außenflanke 13 unter einem spitzen Winkel α. Der Grat 14 verläuft im Wesentlichen parallel zu der Vorderfläche 2 in der Umgebung der Leitrippe. Optimaler Weise entspricht die Breite b des Grats 14 der Höhe h der Innenflanke 12. In der Praxis können dies 5 mm sein. Der Winkel α der Außenflanke 13 beträgt vorzugsweise 30°.
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Alle dargestellten Mischschaufeln 1, 8 und 9 sind in Polyurethan ausgeführt.
