DE102018109175A1 - Ringtrogmischer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ringtrogmischer mit einem ringförmig um eine Hauptachse verlaufenden Mischkanal und mit einem Mischwerk, das wenigstens einen um die Hauptachse drehbar gelagerten Wirblerträger aufweist, an dem wenigstens ein Wirbler angeordnet ist, der bei Drehung des Wirblerträgers im Mischkanal kreist und am Wirbierträger um seine eigene, parallel zur Hauptachse verlaufende Wirblerachse gedreht werden kann, wobei das Verhältnis des Mittelwertes der Wirblerdurchmesser Dzur Breite Bdes Mischkanals die folgenden Vorgaben erfüllt:undund wobei Dder Durchmesser des x-ten Wirblers und n die Anzahl der Wirbler ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Ringtrogmischer mit einem ringförmig um eine Hauptachse verlaufenden Mischkanal und mit einem Mischwerk.
• Eine spezifische Form des Mischens ist das dispersive Mischen. Dispergierungsprozesse werden benötigt, wenn im Mischprozess unerwünschte Teilchenverbunde in Form von Agglomerationen vorliegen oder auftreten. Ein Beispiel für solch eine Aufgabenstellung ist die Herstellung von hochfesten und ultrahochfesten Betonen. Dazu werden in Ringtrogmischern sogenannte Wirbler eingesetzt, die typischerweise mit stabförmigen Elementen besetzt sind. Diese durchdringen das im Mischer verteilte Mischgut von oben bis nahe dem Mischtrogboden. Eine große Herausforderung, die auch die Wirtschaftlichkeit solcher Prozesse bestimmt, ist das Erreichen möglichst kurze Mischzeiten. Dazu ist es notwendig die Effizienz des Mischprozesses zu verbessern.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ringtrogmischer bereitzustellen, mit dem eine derartige Effizienzsteigerung erreicht werden kann.
• In Versuchen wurden von den Erfindern mit Blick auf die eingangs genannte Aufgabenstellung folgende Zusammenhänge ermittelt:
• - Im Unterschied zu vielfältigen mischtechnischen Untersuchungen konnte kein Zusammenhang der Beeinflussung des Mischergebnisses aufgrund von Veränderungen der Umfangsgeschwindigkeit bzw. der in der Strömungstechnik üblichen Froude-Zahl (Mischgutbeschleunigung) festgestellt werden.
• - Nicht die Mischzeit oder die Mischintensität ist entscheidend für die Minimierung der Agglomerationen und damit der gewünschten Produktqualität, sondern die Häufigkeit, mit der das Mischgut in der betrachteten Zeit durch die Wirbler beansprucht wird.
• - Die Beanspruchungshäufigkeit wird durch die Wirblerdrehzahl, die Wirblerstabanzahl pro Wirbler und die Anzahl der Wirbler bestimmt.
• - Die notwendige Beanspruchungshäufigkeit sinkt bzw. nähert sich einem Optimum, wenn das Verhältnis des Mittelwertes der Wirblerdurchmesser zur Ringkanalbreite gegen 1 geht. Das bedeutet, dass beide Wirbler einen Teilkreisdurchmesser gleich der Ringtrogbreite aufweisen.
• - Mit der Senkung der Beanspruchungshäufigkeit werden gleichzeitig der notwendige Energieeintrag zum Erreichen der gewünschten Mischgüte, der Temperatureintrag und der Verschleiß minimiert.
• - Die Effizienz der Wirksamkeit der Wirblerstäbe wird auch durch ihre Eindringtiefe in das Mischgut bestimmt. Das bedeutet, dass der Abstand des Wirblerstabendes zum Trogboden in Abhängigkeit vom eingesetzten Grobkorn, möglichst geringgehalten werden sollte.
• - Die gleichen Zusammenhänge gelten auch für einen Wirbler.
• Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung einen Ringtrogmischer mit einem ringförmig um eine Hauptachse verlaufenden Mischkanal und mit einem Mischwerk, das wenigstens einen um die Hauptachse drehbar gelagerten Wirblerträger aufweist, an dem wenigstens ein Wirbler angeordnet ist, der bei Drehung des Wirblerträgers im Mischkanal kreist und am Wirblerträger um seine eigene, parallel zur Hauptachse verlaufende Wirblerachse gedreht werden kann, wobei das Verhältnis des Mittelwertes der Wirblerdurchmesser D_w zur Breite B_r des Mischkanals die folgenden Vorgaben erfüllt: $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,6}\text{ wenn n}\ge \text{2};$$

  

  und $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,7}\text{ wenn n}=1;$$

  

  wobei B_r die Breite des Mischkanals, D_w,x der Durchmesser des x-ten Wirblers und n die Anzahl der Wirbler ist.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,75}\text{ wenn n}\ge \text{2};$$

  

  und $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,85}\text{ wenn n}=\text{1}\text{.}$$

  
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Mischwerk zwei oder mehr um die Hauptachse drehbar gelagerte Wirblerträger aufweist, an denen je wenigstens ein Wirbler angeordnet ist, und/oder dass an jedem Wirbierträger genau ein Wirbler angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die Ziffer n ≥ 2, sodass gilt: $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,6,}\text{ vorzugweise n}>\text{0}\text{,75}.$$

  
• Eine Ausgestaltung mit genau zwei Wirblerträgern, entsprechend n = 2 kann besonders bevorzugt sein. Vorzugsweise sind die zwei oder mehr Wirblerträger im selben Winkelabstand zueinander angeordnet. Im Fall von zwei Wirblerträgern würde dies zu einem Winkelabstand von 180° führen, im Fall von drei Wirblerträgern zu einem Winkelabstand von 120°, und so weiter.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass korrespondierende Wirbler unterschiedlicher Wirblerträger und vorzugsweise alle Wirbler im selben Abstand von der Hauptachse angeordnet sind. Unter korrespondierenden Wirblern unterschiedlicher Wirblerträger sind im Falle von mehreren Wirblern pro Wirblerträger beispielsweise die jeweils innersten Wirbler aller Wirblerträger zu verstehen. In dieser Ausführungsform kreisen im Betrieb des Ringtrogmischers korrespondierende bzw. alle Wirbler auf denselben Umlaufbahnen im Mischkanal.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass korrespondierende Wirbler unterschiedlicher Wirblerträger und vorzugsweise alle Wirbler denselben Wirblerdurchmesser D_w aufweisen. Als Wirbierdurchmesser D_w ist der Durchmesser desjenigen Kreises zu verstehen, der bei Eigenrotation des Wirblers um die Wirbierachse von der Bewegung des äußersten Wirbelelements, beispielsweise Wirbelstabs gezeichnet wird.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der oder die Wirbler einen oder mehrere Wirbelstäbe aufweisen, die vorzugsweise parallel zur Wirblerachse angeordnet sind. Beispielsweise können pro Wirbler drei, vier oder fünf Wirbelstäbe vorgesehen sein.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass korrespondierende Wirbler unterschiedlicher Wirblerträger und vorzugsweise alle Wirbler dieselbe Anzahl an Wirbelstäben aufweisen.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anteil der von den Wirblern erfassten Ringkanalbreite mehr als 0,75 und vorzugsweise mehr als 0,85 beträgt. Der Anteil der von den Wirblern erfassten Ringkanalbreite errechnet sich anhand der Formel 1-[(G_a+G_i)/B_r], wobei die Außenspaltbreite G_a den Abstand zwischen der Ringkanalaußenwand und der Außenseite des am nächsten an die Ringkanalaußenwand heranreichenden Wirblers bezeichnet und die Innenspaltbreite G_i den Abstand zwischen der Ringkanalinnenwand und der Innenseite des am nächsten an die Ringkanalinnenwand heranreichenden Wirblers.
• Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ringtrogmischers zum dispersiven Mischen, insbesondere zum Mischen von Beton. Ringtrogmischer mit den erfindungsgemäßen Geometrien sind insbesondere für das dispersive Mischen, beispielsweise für das Mischen von hochfesten oder ultrafesten Betonen vorteilhaft. Auch in anderen Anwendungen stellen sich aber vorteilhafte Resultate ein.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Figuren diskutierten Ausführungsbeispiel. In den Figuren zeigen:
• 1: eine perspektivische Schnittansicht eines Ringtrogmischers aus dem Stand der Technik;
• 2: eine Seitenansicht des vorbekannten Ringtrogmischers der 1;
• 3: eine Draufsicht auf den vorbekannten Ringtrogmischer der 1;
• 4: eine Seitenansicht eines Ringtrogmischers gemäß der Erfindung; und
• 5: eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Ringtrogmischer der 4.
• Wie in den Figuren gezeigt, umfassen Ringtrogmischer 1 generell einen zylindrischen Trog 2 mit einem Troginnenradius R_a, in dessen Mitte ein zylindrisches Gehäuse 3 mit einem Gehäuseaußenradius R_i angeordnet ist, das den Antrieb des Mischwerks aufnimmt. Die Breite B_r des zwischen Trog 2 und Gehäuse 3 angeordneten, ringförmigen Mischkanals 4 ergibt sich aus der Differenz R_a- R_i.
• Das Mischwerk umfasst eine Menge an Wirblerträgern 5 (in den gezeigten Beispielen zwei) und ist so ausgebildet, dass die Wirblerträger 5 im Betrieb des Ringtrogmischers mit einer Umlaufdrehzahl U_u um die in der Mitte des Trogs 2 verlaufende Hauptachse A_h kreisen können. An jedem der Wirblerträger 5 ist ein Wirbler 6 derart angeordnet, dass er im Betrieb des Ringtrogmischers mit einer Wirblerdrehzahl U_w um seine parallel zur Hauptachse A_h verlaufende, eigene Wirblerachse A_w rotiert werden kann. Im Betrieb des Mischers kreisen die Wirbler 6 also als rotierende Planeten den ringförmigen Mischkanal 4. Die Wirbler 6 weisen jeweils eine bestimmte Anzahl an Wirblerstäben 7 auf (in den gezeigten Beispielen vier bzw. fünf) und haben einen bestimmten Wirblerdurchmesser D_w . Je kleiner der Abstand der Wirblerstäbe 7 vom Boden des Trogs 2 ist, desto größer ist im Betrieb die Eindringtiefe der Wirblerstäbe in das Mischgut.
• Um die Wirbler 6 um ihre eigene Wirblerachse aw1 bzw. drehen zu lassen, sind die Wirblerträger 5 und Wirbler 6 entweder über ein Getriebe synchronisiert oder können getrennt voneinander angetrieben werden. In der Regel werden die Wirbler 6 mit höheren Drehzahlen betrieben als die Wirblerträger 5, als U_w > U_u . Die Drehrichtung der Wirbler 6 kann bei separatem Antrieb variiert werden. Auch kann sich die Drehrichtung der Wirbler 6 beim Einsatz von zwei oder mehreren Wirblern 6 auch unterscheiden.
• Bei vorbekannten Ringtrogmischern aus dem Stand der Technik, wie in 1-3 dargestellt, sind im Fall von wenigstens zwei Wirblerträgern 5 und Wirblern 6 die Wirbler 6 in unterschiedlichen Abständen S_w,1 bzw. S_w,2 von der Mitte des Trogs 2 angeordnet, sodass sie im Betrieb des Ringtrogmischers auf unterschiedlichen Umlaufbahnen im Mischkanal 4 kreisen. Die Abstände S_w,1 bzw. S_w,2 entsprechen dabei den Abständen der Wirblerachsen A_w,1 bzw. A_w,2 zur Hauptachse A_h . Die Anzahl von Wirblerstäben 7 pro Wirbler 6 ist typischerweise auf fünf begrenzt. Praxisüblich sind auch Unterschiede in den Wirblerdurchmessern D_w1 und D_w2 der einzelnen Wirbler 6. Jedenfalls ist in bekannten Ringtrogmischern mit wenigstens zwei Wirblern 6 das Verhältnis des Mittelwertes der Wirblerdurchmesser (D_w,1+D_w,2)/2 zur Mischkanalbreite B_r kleiner als 0,6 und in bekannten Ringtrogmischern mit nur einem Wirbler 6 ist das Verhältnis des Wirblerdurchmessers D_w zur Mischkanalbreite B_r kleiner als 0,7. Der Abstand zwischen der Trogwand und der Außenseite des am nächsten an die Trogwand heranreichenden Wirblers wird vorliegend als Außenspaltbreite G_a bezeichnet und der Abstand zwischen der Gehäusewand und der Innenseite des am nächsten an die Gehäusewand heranreichenden Wirblers als Innenspaltbreite G_i . Aus diesen beiden, in den Figuren nicht näher dargestellten Größen und der Mischkanalbreite B_r kann anhand der Formel 1-[(G_a+G_i)/B_r] der Anteil der von den Wirblern 6 erfassten Ringkanalbreite berechnet werden. Dieser Anteil liegt bei vorbekannten Ringtrogmischern typischerweise bei weniger als 75%.
• Der in 4-5 dargestellte, erfindungsgemäße Ringtrogmischer umfasst zwei Wirblerträger 6 mit je einem Wirbler 6, wobei die beiden Wirbler 6 im selben Abstand von der Mitte des Trogs 2 angeordnet sind, sodass sie im Betrieb auf denselben Umlaufbahnen im Mischkanal 4 kreisen (d.h. S_w1=S_w2). Beide Wirbler 6 haben denselben Wirblerdurchmesser (d.h. D_w1=D_w2) und dieselbe Anzahl an Wirblerstäben 7 (im gezeigten Beispiel vier). Das gemäß der Erfindung vorgesehene Minimum für das Verhältnis des Mittelwertes der Wirblerdurchmesser, hier des für beide Wirbler geltenden Wirblerdurchmessers zur Mischkanalbreite von 0,6 (im Falle von nur einem Wirbler 6 wäre es 0,7) wird im gezeigten Ausführungsbeispiel jedenfalls ebenso erreicht wie ein Anteil von über 75% für die von den Wirblern 6 erfasste Ringkanalbreite.

Claims (9)

1. Ringtrogmischer (1) mit einem ringförmig um eine Hauptachse (A_h) verlaufenden Mischkanal (4) und mit einem Mischwerk, das wenigstens einen um die Hauptachse (A_h) drehbar gelagerten Wirblerträger (5) aufweist, an dem wenigstens ein Wirbler (6) angeordnet ist, der bei Drehung des Wirbierträgers (5) im Mischkanal (4) kreist und am Wirbierträger (5) um seine eigene, parallel zur Hauptachse (A_h) verlaufende Wirblerachse (A_w) gedreht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Mittelwertes der Wirblerdurchmesser D_w zur Breite B_r des Mischkanals die folgenden Vorgaben erfüllt: $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,6}\text{ wenn n}\ge \text{2};$$

   

   und $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,7}\text{ wenn n}=1;$$

   

   wobei D_w,x der Durchmesser des x-ten Wirblers (6) und n die Anzahl der Wirbler (6) ist.
2. Ringtrogmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,75}\text{ wenn n}\ge \text{2};$$

   

   und $$\frac{{\displaystyle {\sum }_{x=1}^n\frac{Dw,x}{x}}}{Br}>\mathrm{0,85}\text{ wenn n}=1.$$

   
3. Ringtrogmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischwerk zwei oder mehr um die Hauptachse drehbar gelagerte Wirbierträger (5) aufweist, an denen je wenigstens ein Wirbler (6) angeordnet ist, und/oder dass an jedem Wirblerträger (5) genau ein Wirbler (6) angeordnet ist.
4. Ringtrogmischer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Wirbler (6) unterschiedlicher Wirblerträger (5) und vorzugsweise alle Wirbler (6) im selben Abstand von der Hauptachse (A_h) angeordnet sind.
5. Ringtrogmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Wirbler (6) unterschiedlicher Wirblerträger (5) und vorzugsweise alle Wirbler (6) denselben Wirblerdurchmesser D_w aufweisen.
6. Ringtrogmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Wirbler (6) einen oder mehrere Wirbelstäbe (7) aufweisen, die vorzugsweise parallel zur Wirblerachse (A_w) angeordnet sind.
7. Ringtrogmischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Wirbler (6) unterschiedlicher Wirbierträger (5) und vorzugsweise alle Wirbler (6) dieselbe Anzahl an Wirbelstäben (7) aufweisen.
8. Ringtrogmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der von den Wirblern (6) erfassten Ringkanalbreite mehr als 0,75 und vorzugsweise mehr als 0,85 beträgt.
9. Verwendung eines Ringtrogmischers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum dispersiven Mischen, beispielsweise zum Mischen von Beton.

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