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Vorrichtung zum Mischen, Zerkleinern und gegebenenfalls Anfeuchten
von pulverförmigen, feinkörnigen oder faserigen Stoffen Die Erfindung betrifft eine
Misch- und Zerkleinerungsapparatur sowie ein Verfahren zum Mischen und Zerkleinern.
Spezieller ausgedrückt betrifft die Erfindung eine Misch- und Zerkleinerungsapparatur,
die nach dem Prinzip der Zwangsmischer arbeitet und in die mindestens ein schnell
rotierender »Messerkopf« eingebaut ist.
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In der Mischtechnik werden Mischapparaturen verschiedener Art verwendet.
Die meisten WIischapparaturen arbeiten nach dem Prinzip der Zwangsmischer.
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Die Mischwerkzeuge der Zwangsmischer bestehen aus berade- oder schräggestellten
Paddeln, Schneckenrührwerken oder einseitig bzw. doppelseitig arbeitenden, pflugscharähnlichen
Mischelementen. Die Mischwerkzeuge werden je nach dem vorliegenden Mischproblem
und der Art der eingeleauten Mischelemente entweder langsam. z. 13. mit 1,5 bis
2,5 m/s, oder schnell, z. B. mit 6 bis 12 m/s, bei 1000 mm Trommeldurchmesser angetrieben.
Die Drehzahl wird bei diesen Mischern so niedrig gehalten, daß die Bildung eines
Afischgutringes am Trommelmantel unterbleibt. 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 vorbei streichende
Schnecke befindet, die das Material hochhebt und dann wieder fallen läßt.
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Ein anderer Typ von Slischmaschinen, der besonders bei Haushalts-
und Küchengeräten zur praktischen Verwendung gekommen ist, verwendet einen konischen
Trichter, an dessen tiefster Stellc ein schnell rotierendes Messerkreuz eingebaut
ist, dadurch das Teile des Mischgutes fortlaufend 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. Apparaturen dieser Art sind bei rieselfähigen Produkten jedoch nur bis zu
Größen von etwa 200 bis 250 1 brauchbar.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man lienartige und überraschende
Misclaeffelite erreichen kann, wenn man das Prinzip des Zwangsmischers mit dem der
schnellaufenden Messerkreuze, die im Rahinden der vorliegenden Erfindung als »Messerköpfe«
oder »Messerkopfzerlaacker« bezeichnet werden, kombiniert, im unteren Bereich des
Mischbebälters mindestens einen derartigen Messerkopf vorsieht und die Mischapparatur
weiterhin so aufbaut, daß ein Zusammenarbeiten zwischen den SIischwerkzeugen des
Zwangsmischers und dem bzw. den in der Mischapparatur angebrachten Messerlsöpfen
stattfindet. Hierzu ist besonders erforderlich, daß die Mischwerkzeuge des Zwangsmischertyps
so angeordnet und geformt sind, daß sie das Mischgut immer wieder zu dem bzw.
den
in der Apparatur angebrachten Messerköpfen zurückführen. Die Messerkopfzerhacker
müssen andererseits so angeordnet sein, daß sie die Mischwerkzeuge nicht berühren,
die Arbeit der Mischwerkzeuge nicht stören und das von ihnen zerhackte Material
fortlaufend wieder den Mischwerkzeugen zuwerfen bzw. zuschieben.
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Die Mischbehälter für die Apparaturen gemäß der Erfindung können
z. B. die Form von muldenförmigen oder zylindrischen Mischbehältern besitzen. Sie
können schräg liegend oder horizontal angeordnet sein.
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Im allgemeinen ist es mit Rücksicht auf die Arbeit der Mischwerkzeuge
jedoch zweckmäßig, horizontal gelagerte zylindrische oder muldenförmige Eehälter
zu verwenden. Zum Antrieb der Mischwerkzeuge wird eine durch den Mischraum laufende,
durch einen Motor angetriebene Welle verwendet. Zweclimäßib verläuft die Welle parallel
zum Trommelmantel durch die Mitte des zylindrischen Mischraumes bzw. der mlteren
Muldenform. Man kann eine oder mehrere Wellen anbringen. Die Mischwerkzeuge werden
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 Messerkopfzerhacker benötigt
wird, muß von den Mischwerkzeugen frei bleiben. Als Mischelemente sind alle Elemente
zu gebrauchen, die befähigt sind, das Mischgut zu vermischen und dasselbe wechselweise
den eingebauten Messerköpfen zuzuführell.
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Wenn man langsam laufende Mischwerkzeuge verwendet, erreicht man z.B.
eine gute Wirkung mit Paddeln, die schräg gestellt sind und dadurch das Mischgut
in Richtung auf die Messerkopfzerhacker verschieben. Bei schnellaufenden Mischwerkzeugen
empfiehlt sich die pflugscharähnliche 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 Trommelinneren
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 geringe Energie.
Der Betrieb dieser Maschine ist im Verhältnis zur erreichten Mischwirkung sehr wirtschaftlich.
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Die Messerköpfe werden vorteilhaft unterhalb der Mischerwelle in
den Mischbehälter eingebaut, da unter diesen Umständen die kontinuierliche Zuführung
des Mischguts zum Messerkopfzerhacker am leichtesten durchgeführt werden kann. Vorteilhaft
sind die Messerköpfe zwischen den Mischwerkzeugen angeordnet. Der Mischbehälter
wird dabei im allgemeinen feststehend angeordnet. Die Messerkopfzerhacker bestehen
zweckmäßig aus je zwei messerartig ausgebildeten, sich kreuzenden Propellern, deren
Flügel kelchartig hochgebogen sind. Die Umdrehungszahl beträgt, wie bei den bekannten
Vorrichtungen dieser Art, bei einem Durchmesser von z.B. 200mm etwa 3000U/min.
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Der Antrieb der Messerköpfe erfolgt durch einen oder mehrere Motoren,
die an der Außenwand des Mischbehälters angebracht werden können. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung wird der Wellenstummel des Motors mittels einer entsprechenden Dichtung
durch die Trommelwand geführt, um darauf in einem Abstand von 10 bis 100 mm von
der Innenseite der Trommelwand entfernt den Messerkopf anzubringen.
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Es ist auch möglich, den Messerkopf auf einer besonderen Welle anzubringen,
die über eine an der Außenseite der Trommel auf der Welle angebrachte Keilriemenscheibe
mittels eines Keilriemens von einem Motor angetrieben wird. Vorteilhaft sind die
Messerköpfe derart angeordnet, daß ihre Rotationsebenen senkrecht zu den Rotationsebenen
der Mischwerkzeuge stehen. In manchen Fällen ist es von Vorteil, wenn die Mischwerkzeuge
und Messerköpfe derart geformt und zueinander angeordnet sind, daß diese die Mischwerkzeuge
in axialer Richtung übergreifen.
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Mischer gemäß der Erfindung können in beliebigen Größen, z. B. mit
30 000 1 Inhalt, mit gleichem Misch-und Mahleffekt, auch für schlecht oder überhaupt
nicht rieselfähige Mischgüter, hergestellt werden, da man beliebig viele Messerköpfe
einbauen kann und Mischelemente gewählt werden können, die mit geringem Kraftaufwand
arbeiten und mit großer Geschwindigkeit den Messerkopfzerhackern wechselweise neues
Material zubringen.
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In der vorstehend beschriebenen Apparatur lassen sich Mischprobleme
lösen, die man bisher weder in den Zwangsmischern noch in den mit schnell rotierenden
Messerkreuzen arbeitenden Maschinen lösen konnte. In vielen Industriezweigen ist
es notwendig, größere Mengen einer Mischung mit größtmöglicher Einheitlichkeit in
bezug auf Korngröße und Mischungsgrad herzustellen. Dies ist jedoch nicht möglich,
wenn die Gesamtmenge in mehreren Chargen hergestellt wird. Die Einzelchargen zeigen
in der Ein-
heitlichkeit immer gewisse Unterschiede, da die Gemischkomponenten unterschiedlich
in bezug z.B. auf Korngröße und Reinheitsgrad sein können und der Mischvorgang auch
nicht genau reproduzierbar ist.
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Besonders in der Farbenindustrie werden derart hohe Anforderungen
an die Einheitlichkeit von Farben, die aus Mischungen einzelner Farbstoffkomponenten
untereinander oder mit Verschnittstoffen bestehen, zur Erhaltung eines strichreinen
Produktes gestellt.
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Aufgabenstellungen dieser Art lassen sich in der Apparatur gemäß
der Erfindung in überraschend kurzen Mischzeiten und in wirtschaftlich befriedigender
Weise lösen. Während man für viele dieser Aufgabenstellungen bisher Kugelmühlen
und Mischzeiten bis zu etwa 6 Stunden verwendete, erreicht man in der Apparatur
gemäß der Erfindung gleiche Effekte in einer Mischzeit von z. B. etwa 1/2 Stunde.
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Weiterhin eignen sich die Maschinen gemäß der vorliegenden Erfindung
sehr gut dazu, faserige Bestandteile, wie Asbest, Papiermehl, Linters usw., mit
pulverförmigen Stoffen zu vermischen. Bisher wurden bei Aufgabenstellungen dieser
Art vielfach besondere Zerfaserungsapparaturen vorgeschaltet und die Vermischung
mit dem pulverförmigen Stoff anschließend in einem Zwangsmischer durchgeführt. Dabei
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 die Einfügung von Messerkopfzerhackern in den Zwangsmischer
gemäß der Erfindung wird jedoch ein homogenes Produkt erhalten, da die sich bildenden
Flocken und Knötchen schnell durch den Messerkopfzerhacker zerstört werden. Darüber
hinaus ist es nicht notwendig, einen Zerfaserer vorzuschalten. Dadurch ergibt sich
der besondere Vorteil, in nur einem Arbeitsgang aus Fasern und pulverisierten Stoffen
ein homogenes Mischprodukt herstellen zu können.
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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 des Apparates
gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise gelöst. Bei dieser Aufgabenstellung
kann man die hochtourig laufenden Messerköpfe so gestalten, daß sie nicht nur,das
zugeführte Mischgut zerschlagen, sondern gleichzeitig als Zerstäuber für die in
die Apparatur eingeführte Flüssigkeit dienen. Während die Messerköpfe, wie vorerwähnt,
im allgemeinen aus zwei messerartig ausgebildeten, sich kreuzenden Propellern bestehen,
werden sie bei Zugabe von Flüssigkeiten zweckmäßig aus einer schnell, z.B. mit etwa
3000 und mehr UpM rotierenden Scheibe von z.B.
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150 mm Durchmesser gebildet, an deren Peripherie im Abstand von z.B.
10 bis 900 schräggestellte, zum Zerhacken des Mischguts geeignete Messer angebracht
sind. Der Abstand der Messer richtet sich nach der Art des Mischguts und der Viskosität
der eingeführten Flüssigkeit. Wenn die Flüssigkeit nahe dem Mittelpunkt der Scheibe
auf diese gegeben wird, wird sie infolge der hohen Zentrifugalkraft, die durch die
hohe Umdrehungszahl der Scheibe erzeugt wird, nach allen Richtungen sehr fein zerstäubt.
Sie schlägt sich also in sehr fein verteilter Form auf die durch die schräggestellten
Messer pulverisierten oder zerfaserten festen Mischkomponenten nieder. Falls sich
dabei kieine Agglomerationen bilden, werden diese sofort durch die an der Peripherie
der Scheibe angebrachten Messer zerstört. Man kann die Flüssigkeit durch eine Leitung
zuführen,
wobei die Leitung nahe dem Mittelpunkt der Scheibe enden muß und die Flüssigkeit
nahe dem Mittelpunkt der Scheibe auf diese auftropfen muß, um eine gleichmäßige
Zerstäubung zu erreichen.
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Nach einer anderen Ausführungsform bringt man die Zerhackerscheibe
auf einer Hohlwelle an, durch deren Bohrung man die Flüssigkeit in die Mitte der
Scheibe fiihren kann. Man kann die Scheibe einige Millimeter vor dem Ende der Welle
montieren, das Ende der Welle verschließen und die Flüssigkeit durch kl eine Bohrlöcher
seitlich aus der Welle auf die Scheibe austreten lassen.
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Die Apparatur gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsarten
dargestellt, und zwar einmal mit Messerkopf mit Flüssigkeitszugabemöglichkeit und
einmal mit Messerkopf ohne Flüssigkeitszugabemöglichkeit.
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Fig. 1 und 2 mit dem dazugehörigen Schnitt A-B zeigen, wie man einen
Messerkopf, der zwecks Flüssigkeitszugabe als Schleuderscheibe ausgebildet ist,
gemäß der Erfindung anordnen kann; Fig. 3 und 4 mit dem zugehörigen Schnitt C-D
zeigen die Anordnung eines normalen Messerkopfes in einem Zwangsmischer.
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In den Figuren ist der Mischbehälter tnit 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 Entleerungsöffnung angebracht,
die mit einer der Trommelrundung angepaßten Verschlußklappe 3 verschlossen wird.
Zu Montage- undReinigungszwecken ist seitlich an derMischtrommel 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,
wobei die an den Stirnwänden des Mischbehälters angeordneten Mischelemente 7a einseitig
pflugscharähnlich ausgebildet sind und das Mischgut in das Behälterinnere werfen
können, während die anderen Mischelemente 7 doppelseitig pflugscharähnlich ausgeführt
sind. Mit 8 sind die Flanschmotore für die Messerköpfe 11 bzw. 12 und 13 bezeichnet.
Die Wellenstummel 9 dieserMotore werden mit entsprechender Dichtung durch den Trommelmantel
hindurchgeführt, um mit gewissem Abstand vom Trommelmantel am Ende der Wellenstummel,
wie in Fig. 3 und 4 mit dem dazugehörigen Schnitt C-D dargestellt, die Messerköpfe
anzuordnen.
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Mit 10 ist eine Keilriemenscheibe bezeichnet, die außerhalb der Trommel
auf der Zerhackerwelle sitzt und über die der Messerkopfzerhacker mittels eines
Keilriemens von einem Motor angetrieben werden kann. Das ist besonders dann zweckmäßig,
wenn die Zerhackerwelle ausgebohrt ist und die Flüssigkeit 16 (rechts in Fig. 1)
in Pfeilrichtung durch diese Welle 9a zum Messerkopf geführt werden soll. Für die
Flüssigkeitszugabe muß der Messerkopf, im Gegensatz zum einfachen Messerkreuzzerhacker
11 in Fig. 4, besonders ausgebildet sein, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die
Flüssigkeit strömt dann durch entsprechende Bohrlöcher auf den mittleren Teil 12
des Messerkopfes, der als Schleuderscheibe ausgebildet ist. An der Peripherie der
Schleuderscheibe sind die Zerhakkermesser 13 angeordnet.
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Wenn dieser Messerkopf hochtourig, etwa mit 3000 UpM, angetrieben
wird, dann strömt die Flüssigkeit, bedingt durch die Fliehkraft, vom mittleren Teil
12 des Messerkopfes 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 Zerhakkermessern
13 wieder zerschlagen. Man kann die Flüssigkeit auch im freien Fall aus einem außerhalb
der Mischtrommel angeordneten Gefäß 14 durch eine Rohrleitung 15 zur Schleuderscheibe
12 des Messerkopfes bringen, wie dieses in Fig. 1 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.
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PATENTANSPRSCHE: 1. Vorrichtung zum Mischen, Zerkleinern und gegebenenfalls
Anfeuchten von pulverförmigen, feinkörnigen oder faserigen Stoffen in einem feststehenden,
waagerecht oder schrägliegenden, zylindrischen oder muldenförmigen Behälter mit
mindestens einer diesen in Längsrichtung durchsetzenden Welle, an der Tragarme mit
bis zur Behälterwand reichenden Mischwerkzeugen angeordnet sind, dadurcligekennzeichnet,
daß im unteren Bereich des Mischbehälters (1) mindestens ein schnell rotierender
Messerkopf (11, 12, 13) vorgesehen ist.