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Vorrichtung zum Mischen von Stoffen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Mischen von Stoffen, insbesondere zum Dispergieren von pulverförmigen
und/oder feinkörnigen Stoffen, mit Flüssigkeiten mit mindestens zwei Mischorganen,
welche mit einem gemeinsamen Antrieb derart verbunden sind, daß ihre Drehzahl geändert
werden kann, wobei zur Übertragung der Antriebskräfte mindestens ein Riemenantrieb
vorgesehen ist.
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Es sind bereits Vorrichtungen zum Dispergieren von pulverförmigen
und/oder feinkörnigen Stoffen Flüssigkeiten bekanntgeworden, die mit einem einzigen
hochtourigen, kreissägeblattähnlichen Mischorgan ausgestattet sind. Diese Mischorgane
werden in einen kreisrunden bzw. zylindrischen, oben offenen Behälter eingetaucht
und leisten dort die Dispersionsarbeit. Das Kreissägeblatt wird von einem starken
Motor über ein variables Verstellgetriebe in eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa
23 m/sec versetzt.
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Tnsbesondere bei großen Vorrichtungen mit einer Leistung von beispielsweise
etwa 1000 bis 3000 kg Mischgut pro Behälter ergibt sich der wesentliche Nachteil,
daß diese Vorrichtungen nicht für kleinere Chargen eingesetzt werden können, weil
bei dem großen Durchmesser des Sägeblattes oder eines anderen umlaufenden Mischorgans
eine zu starke Turbulenz auf die kleineren Mengen ausgeübt wird, so daß das Mischgut
verspritzt und in der Praxis über den Rand des Behälters hinausgeschleudert wird.
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Ferner ist bekannt, daß für eine gute Dispergierung die optimale Umfangsgeschwindigkeit
des Mischorgans, insbesondere des sägeblattartigen Organs, bei etwa 23 sec liegt.
Wird diese Umfangsgeschwindigkeit überschritten, so bedeutet dies einen unnötigen
Kraftaufwand und eine Überhitzung des Mischgutes; liegt die Umfangsgeschwindigkeit
dagegen unter diesem Wert, so bleibt der erwünschte Dispergiervorgang aus. Es ist
demnach zwecklos, die Umfangsgeschwindigkeit auf eine solche Drehzahl herabzuregeln,
bei welcher ein Herausschleudern des Mischgutes aus dem Behälter vermieden wird.
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Die Anwendung von Mischorganen, wie Sägescheiben, größerer Durchmesser,
z. B. von etwa 500 mm, bedingt erheblich dickeres Scheibenmaterial für das Mischorgan
und zusätzliche besondere dickwandige Versteifungsscheiben auf beiden Seiten der
Nabe bis etwa auf den halben Durchmesser des Sägeblattes, um ein Flattern der Sägescheiben,
das bis zur bleibenden Deformierung, d h. bis zum Aufkrempen des Scheibenblattes
führen kanns zu vermeiden. Dickere Wandungen derartig schnell laufen der Rotationskörper
in Flüssigkeiten bedingen aber erheblich höheren und nutzlosen Kraftaufwand, was
jedem
Fachmann für Propeller-Schiffsantriebe bekannt ist.
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Bekannt ist ferner eine Vorrichtung zum Mischen, Sieben und Kneten,
wobei oberhalb eines ortsfesten oder ortsbeweglichen Troges der Antrieb für das
Werkzeug angeordnet ist, dessen Antriebswelle zusammen mit dem Antriebsmotor exzentrisch
zur Mittelachse des Troges steht, wobei ferner bei feststehendem Trog die Antriebswelle
zusammen mit dem Antriebsmotor oder bei fest angeordnetem Antriebsmotor der Trog
um die Mittelachse desselben drehbar gelagert ist.
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Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung können zwar zwei oder mehrere
Mischorgane von einem einzigen Antrieb über Riementriebe betätigt werden, jedoch
befindet sich jedes Mischorgan auf je einem der parallel zueinander verlaufenden
Tragarme, wobei die Lagerung ebenso wie die gesamte Konstruktion sehr kompliziert
ist, der Abstand der Mischorgane voneinander so groß ist, daß sie praktisch nur
in getrennten Bottichen eingesetzt werden können, und wobei schließlich die Mischorgane
keine gegenseitige Wirkung aufeinander ausüben.
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Ausgehend von der zu Anfang erläuterten Vorrichtung liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile der bekannten Vorrichtungen
zu vermeiden und eine Mischvorrichtung zu schaffen, die nicht nur auf die verschiedenartigsten
Güter anwendbar ist, sondern auch bei optimaler Leistung leicht auf unterschiedliche
Mischgutmengen umstellbar ist. Weiterhin wird angestrebt, die Vorrichtung denkbar
einfach zu gestalten und auch die Bedienung so zu erleichtern, daß sie von einem
Nichtfachmann ausgeführt werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Riemenantrieb sowie die Lager der Mischorgane so gestaltet sind, daß die Mischorgane
in bezug auf ihren Abstand voneinander verstellbar sind, daß die Wellenlager der
Mischorgane nebeneinander in dem Anlegeraum vorgesehen sind und daß die Mischorgane
mit gleicher Höhe, mit gleichem Drehsinn und mit solchem Abstand voneinander umlaufen,
daß eine Prallwirkung im Bereich zwischen den Mischorganen entsteht.
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Dieser grundsätzlichen technischen Maßnahme liegen folgende Hauptgedanken
zugrunde: Bekanntlich wächst bei gleicher Drehzahl die Kraftaufnahme eines Mischorgans
in Form einer Mischscheibe mit der Vergrößerung des Scheibendurchmessers nicht im
Verhältnis der Durchmesserzunahme, sondern jeweils um ein Vielfaches davon. Benötigt
man beispielsweise bisher ein Sägeblatt-Mischorgan mit einem Blattdurchmesser von
500 mm und mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 23 m/sec und einer Drehzahl von
875 U/min., um eine beispielsweise angenommene Menge von 2000 kg Mischgut umzuwälzen
und zu dispergieren, so benötigt man gemäß der Erfindung für dieselbe Menge beispielsweise
zwei getrennte Sägeblatt-Mischorgane mit einem Durchmesser von nur 250mm sowie mit
einer Umfangsgeschwindigkeit von 23 m/sec und mit einer Drehzahl von 1750 U/min.
Aus diesem Beispiel wird schon klar, daß die Antriebselemente für die Mischorgane
infolge der höheren Drehzahl wesentlich günstiger und leichter ausfallen. Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann nun in Verbindung mit der vorerläuterten Drehzahländerung
eine einfache und gute Anpassung der Vorrichtung an die jeweiligen Betriebsgegebenheiten
erreicht werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung sowie aus der Zeichnung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung mit
zwei Mischorganen, Fig.2 eine Draufsicht hierzu, vereinfacht, mit Teilschnitt gemäß
Schnittlinie 11-11, F i g. 3 eine Stirnansicht auf einen Teil der Mischvorrichtung
gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeiles III, Fig. 4 eine stark schematisierte Draufsicht
auf eine andere Ausführungsform des Auslegearmes mit gleichzeitiger Veranschaulichung
der Verstellbarkeit der Mischorgane und F i g. 5 eine andere Ausführungsform des
Auslegearmes zur Lagerung von vier Mischorganen.
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Die Misch- bzw. Dispergiervorrichtung besteht im wesentlichen aus
einer Säule 1, einem Auslegerarm 2, welcher mittels der Säule vertikal verstellbar
eingerichtet ist, und den angetriebenen Mischorganen.
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Jedes Mischorgan ist aus einer vertikalen Welle 4 und einer hieran
befestigten, vorzugsweise in horizontaler Ebene schnell umlaufenden Scheibe 5, zweckmäßig
in Form eines Sägeblattes, gebildet. Der Außendurchmesser jeder Scheibe ist etwa
nur halb so groß bemessen wie der Durchmesser der bisher üblichen Mischscheiben,
jedoch ist die Drehzahl, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben ist, derart
gewählt bzw. angepaßt, daß eine Umfangsgeschwindigkeit im optimalen Bereich von
23 m/sec vorhanden ist. Die so gebildeten Mischorgane tauchen in einen
Mischbehälter
6 ein, der oben offen ist und vorzugsweise eine ovale, flachrunde oder erdnußförmige
Grundrißform aufweist, wobei die Form den jeweiligen Gegegebenenheiten, beispielsweise
der verwendeten Anzahl von Mischorganen, angepaßt werden kann.
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Die Mischorganwellen 4 sind mittels lösbarer Kupplungen7 leicht von
dem Antriebswellenstumpf 8 zu lösen bzw. wieder einzusetzen oder auszuwechseln.
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Jeder Antriebswellenstumpf 8 ist in einem Lager 9, 10 gehalten. Die
Lager 9,10 sind an demAuslegerarm2 befestigt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die beiden Mischorgane 5 mit ihren Wellen 4 und den Lagern 9,
10 in bezug auf ihren Abstand voneinander verstellbar eingerichtet.
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Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, werden die Lager 9, 10 auf der Unterseite
des Auslegerarmes 2 geführt, und zwar so, daß sie um die Achse 11 entsprechend dem
Radius 12 gemäß den Pfeilen 13, 14 nach beiden Seiten hin geschwinkt werden können
(vgl. F i g. 4). Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform greift an den beiden
Lagergehäusen 9, 10 eine Spindel 15 an, die derart gestaltet ist, daß die soeben
beschriebene Schwenkbewegung (Fig.4) möglich ist. Die Verstellung erfolgt mit Hilfe
eines Handrades 16, so daß sich die beiden Lager 9, 10 mitsamt den Rührorganen zufolge
der gegensinnig wirkenden beiden Gewindeteile entweder voneinander entfernen oder
zusammenrücken.
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Die Wellenstümpfe 8, 17 (F i g. 3) sind nach oben hin im Bereich
des Auslegerarmes 2 verlängert, so daß diese Wellenteile 18, 19 je eine Keilriemenscheibe
20,21 tragen. Vereinfacht durch strichpunktierte Linien 22,23 angedeutete Keilriemen
stellen die Verbindung mit entsprechenden Keilriemenscheiben 24, 25 auf der Antriebswelle
26 des Elektromotors 27 her. Der Elektromotor ist auf einer Platte 28 befestigt,
welche gemäß F i g. 1 mittels eines Handrades 29 verschoben werden kann. Auf diese
Weise kann der Elektromotor 27 in Richtung der Pfeile 30, 31 auf die gewünschte
Stellung eingestellt werden. Beide Hälften der Keilriemenscheiben 24, 25 sind axial
gegen Federkraft verschiebbar auf der vertikalen Motorwelle 26 gehalten, so daß
sich die beiden Hälften jeder Keilriemenscheibe beim Verschieben des Elektromotors
in Richtung des Pfeiles 30 infolge der Spannung der Keilriemen voneinander entfernen
und beim Verschieben in Richtung des Pfeiles 31 wieder zusammenrücken. Auf diese
Weise wird also erreicht, daß die Drehzahl der von dem Keilriementrieb angetriebenen
Mischorgane stufenlos geändert werden kann. Statt der Keilriemenscheiben 24 und
25 können auch die Keilriemenscheiben 20, 21 geteilt ausgebildet sein, womit das
gleiche Ergebnis erreicht wird. In dem letzteren Fall besteht noch darüber hinaus
die unter Umständen vorteilhafte Möglichkeit, das eine oder das andere der Lager
9, 10 ebenfalls in bezug auf den Elektromotor 27 zu verstellen, so daß eine gewisse
unterschiedliche Drehzahl der beiden Mischorgane eingestellt werden kann.
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Es ist besonders empfehlenswert, die Leistung des Antriebsmotors
zu etwa 5 bis 100 PS, die Umfangsgeschwindigkeit der Mischscheiben 5 zu etwa 20
bis 25 m/sec, vorzugsweise 23 m/sec, und den Durchmesser der Scheiben 5 entsprechend
zu wählen.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Misch-bzw. Dispergiervorrichtung
ist folgende: Zunächst einmal werden die beiden Mischorgane 4,5 mittels der Kupplungen7
befestigt und der gesamte
Auslegerarm 2 mit seinem Antrieb so weit
aufwärts gefahren, bis der Mischbehälter 6 entweder von der Seite in gefülltem Zustand
an die richtige Stelle gefahren ist oder bei stationärem Mischbehälter die Füllung
vollzogen ist. Sodann wird der Auslegerarm mitsamt den Mischorganen abgesenkt und
die Scheiben 5 auf die gewünschte Höhe gebracht. Ferner wird durch Einstellung des
Elektromotors 27 mittels des Handrades 29, dessen Stellung mit Hilfe einer Skala
geeicht werden kann, die oben erläuterte Drehzahl für die Mischorgane bestimmt.
Jedes Mischorgan erzeugt innerhalb der Füllung, deren Oberfläche mit den Bezugszeichen
34 belegt ist, eine Strömung etwa entsprechend den Pfeilen33 in F i g. 1, d. h.,
das Mischgut steigt in Spiralen nach der Wandung des Mischbehälters 6 zu aufwärts,
strömt im oberen Bereich wieder nach innen zu und nahe den jeweiligen Wellen 4 wieder
nach unten hin zurück. Da die Mischscheiben im gleichen Drehsinn umlaufen, prallen
in dem engen Raum32 zwischen den Mischscheiben 5 die Gutteilchen aufeinander, wodurch
noch eine zusätzliche intensive Misch- und Dispergierwirkung erreicht wird. Insbesondere
wird der Dispergiervorgang wesentlich beschleunigt und in der Qualität verbessert.
Durch die Verstellungsmöglichkeit der Lager 9, 10 und damit der Mischorgane im Abstand
voneinander läßt sich in Anpassung an das jeweilige Mischgut sowie die Mischorgane
die günstigste Einstellung leicht finden, wobei gleichzeitig erreicht werden kann,
daß die infolge der Zentrifugalkraft von den Mischscheiben abgeschleuderten Teilchen
mit etwa doppelter Umfangsgeschwindigkeit und entsprechender Prallwirkung gerade
aufeinanderstoßen.
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Die an Hand der F i g. 1 bis 3 oben beschriebene Misch- bzw. Dispergiervorrichtung
kann auch zum Teil andere Bauformen erhalten, bzw. es können andere konstruktive
Maßnahmen und Verbesserungen getroffen werden, ohne daß dadurch der Grundgedanke
der Erfindung verlassen wird. So ist z. B. in F i g. 2 dargestellt, daß zu jeder
Keilriemenscheibe 20, 21 ein eigener Keilriemen 22, 23 führt. Gemäß F i g. 4 kann
man statt dessen auch einen einzigen Keilriemen35 vorsehen, welcher die beiden nun
vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordneten Keilriemenscheiben 36, 37 umschlingt.
In diesem Fall genügt es, auf der Motorachse nur eine einzige Keilriemenscheibe
38 zu befestigen.
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Gemäß F i g. 5 kann man auch vier Rührorgane oder auch eine andere
Anzahl von Rührorganen in Reihe oder in einer anderen geometrischen Figur zueinander
in dem gemeinsamen Auslegerarm 39 lagern. Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind jeweils zwei Rührorgane paarweise über entsprechende Keilriemenscheiben 40,
41 bzw.
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42, 43 von zwei Keilriemen 44, 45 angetrieben.
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Wenn besonders kleine Chargen verarbeitet werden sollen, besteht
leicht die Möglichkeit, nicht die volle Anzahl der Mischorgane an den entsprechenden
Kupplungen 7 anzusetzen, sondern eine geringere Zahl. So ist es z. B. auch möglich,
nur ein einziges Mischorgan zu verwenden, wobei aber stets die Umfangsgeschwindigkeit
im Bereich von etwa 20 bis 25m/sec, vorzugsweise 23 m/sec, gewählt ist. Die nicht
beanspruchten Keilriemenscheiben können der Einfachheit halber lose mitlaufen, bei
längerem Dauerbetrieb jedoch auch durch Abnehmen der entsprechenden Keilriemen stillgesetzt
werden.
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Bei kleineren Chargen, bei welchen nur ein einziges Mischorgan eingesetzt
wird, empfiehlt es sich, in einem Mischbehälter mit kreisförmigem Grundriß zu arbeiten.
Bei Verwendung von mehreren Mischorganen empfiehlt es sich, im Betrieb feststehende
Mischbehälter mit einem anderen Grundriß vorzusehen. In Fig. 2 sind beispielsweise
vereinfacht durch gestrichelte Linien ein flachrunder, 6b, und ein erdnußförmiger
Behälter dargestellt. Bei derartigen Behälterformen wird vorteilhafterweise das
fließfähige Mischgut in der Umwälzung gebremst, so daß kein Gut verspritzt oder
herausgeschleudert werden kann. Von Vorteil ist, wenn man dabei darauf achtet, daß
die Peripherien der Mischscheiben einen möglichst gleichmäßigen Abstand von der
Behälterwandung haben.
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Es sei schließlich noch erwähnt, daß die Verschiebung der sich selbsttätig
gegen Federkraft axial einstellenden Keilriemenscheiben durch Anschläge axial begrenzt
werden kann.