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Trommelmischer zum Mischen trockner, -feinkörniger, pulverförmiger
oder kurzfaseriger Stoffe Die Erfindung bezieht sich auf Trommelmischer zum Mischen
trockner, feinkörniger, pulverförmiger oder kurzfaseriger Stoffe, deren im wesentlichen
waagerecht liegende Mischtrommel teilweise mit Kugeln gefüllt ist und von mindestens
einer Welle durchsetzt ist, an der von Armen getragene, bis zur glatten Trommelwand
reichende Mischwerkzeuge angeordnet sind.
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Kugelmühlen werden in der Technik seit vielen Jahrzehnten eingesetzt.
Man verwendet sie hauptsächlich für Mischaufgaben, bei denen die zu vermischenden
Stoffe sehr fein gemahlen sind. Durch die feine Mahlung ist die Oberfläche der zu
vermischenden Güter im Verhältnis zu ihrer Körnung sehr groß, und die Stoffe neigen
dementsprechend auf Grund der Kohäsion zu Agglomerationen. Um homogene Endprodukte
zu erhalten, müssen diese Agglomerationen zerstört werden. Zum Teil ist auch noch
eine weitere Zerkleinerung der Korngröße erwünscht. In den meisten Fällen, besonders
in der Farbenindustrie, besteht das Mischgut aus mehreren Komponenten, die innig
vermischt werden müssen.
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Im Mischbehälter der Kugelmühlen befinden sich Kugeln, deren Gewicht,
Größe und Menge von der Art der jeweils vorliegenden Mischprobleme abhängt.
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Die Mischbehälter der Kugelmühlen werden für den Mischvorgang zu etwa
60 bis 700/0 gefüllt. Die Kugelmühlen arbeiten nach dem Prinzip der Freifallmischer,
die mit einer unter der kritischen Drehzahl liegenden Umfangsgeschwindigkeit rotieren.
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Man kann sie deshalb bei z. B. 1 m Trommeldurchmesser nur mit etwa
25 bis 40 UpM betreiben. Wenn die Trommel zur Vermeidung von Fliehkräften langsam
rotiert, wird das Misch- bzw. Mahlgut von der aufsteigenden Trommelwand, an der
eventuell zur Erhöhung der Zugwirkung für das Mischgut Leisten oder Leitbleche angebracht
werden können, mit hochgenommen. Hierbei befinden sich 90o des Mischgutes fast im
Ruhezustand, lediglich die obere Schicht kommt in Rutsch- bzw. Fallbewegung, sobald
sie den Böschungswinkel erreicht. Bei dieser Rutsch- bzw. Fallbewegung werden dann
das Mischgut und die darin befindlichen Agglomerationen zwischen den Kugeln bzw.
zwischen den Kugeln und den Trommelwandungen gerieben. Wenn das Mischgut aus verschiedenen
Komponenten besteht, wird es vielfach durch eingebaute Leitbleche wechselweise in
seitliche Richtungen verschoben.
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Die Mischwirkung der bisher üblichen Kugelmühlen ist verhältnismäßig
schlecht. Man kann zwar jeden gewünschten Grad der Mischung erreichen, benötigt
aber für gute, z. B. strichreine Mischungen sehr lange Mischzeiten. So ist es nicht
ungewöhnlich, daß die zu mischenden Chargen in den Kugelmühlen 12 bis 24 Stunden
laufen, ehe die Mischung genügend gut ist, um entnommen werden zu können. Das Entleeren
der bekannten Freifall-Kugelmühlen ist praktisch nicht staubfrei möglich, da die
Entleerung während der Rotation der Mischtrommel erfolgt. Zu diesem Zweck wird der
Verschlußdeckel abgenommen und die Öffnung mit einem Siebgewebe abgedeckt. Bei jeder
Umdrehung fällt eine Teilmenge des Mischgutes heraus, wenn die Trommelöffnung nach
unten kommt. Die Kugeln werden vom Siebgewebe zurückgehalten.
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Neben den Kugelmühlen mit umlaufender Trommel und an der Trommelinnenwand
angebrachten Leisten sind andere, ebenfalls nach dem Freifallprinzip arbeitende
Kugelmühlen bekannt, in denen das Mischgut und die Kugeln bei feststehender horizontaler
Trommel durch langsam umlaufende, auf einer horizontalen Welle mittels Tragarmen
angeordnete spiralförmige Leisten oder lamellenartige Rührelemente oder andere Mitnehmerelemente
oder bei vertikaler Trommel mittels einer vertikal angeordneten Schnecke hochgehoben
werden. Die hochgehobenen Kugeln fallen auf das nicht hochgehobene Mischgut und
die nicht hochgehobenen Mahlkugeln und zermahlen dabei das Mischgut.
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Es ist auch eine schnell rotierende, teilweise mit Kugeln gefüllte
Schlägermühle bekannt, in der Schlägerelemente, die nicht bis zur Trommelwand reichen,
mit so großer Geschwindigkeit umlaufen, daß die Kugeln und das Mahlgut an der Trommelwand
entlang und auf eine Prallwand getrieben werden, wobei die Kugeln ihre zerkleinernde
Wirkung
ausüben. Mit langsam laufenden Kugelmühlen ist jedoch die
Mischwirkung zu gering, oder der Mischvorgang nimmt eine zu große Zeitspanne in
Anspruch. In den schnell rotierenden Kugel-Schlägermühlen ist dagegen der Verschleiß
untragbar hoch und die Mischwirkung ebenfalls nicht befriedigend.
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Gernäß der vorliegenden Erfindung wurde in überraschender Weise gefunden,
daß eine bessere Mischwirkung erzielt wird, wenn man die Kugeln nicht mehr wie bisher
unter der Einwirkung der Schwerkraft fallen läßt, sondern sie unter Einwirkung von
zwangsweise angetriebenen, im Mischer angeordneten Werkzeugen bewegt, die derart
ausgebildet sind, daß im Vergleich zu den bisherigen Kugelmühlen die Kugeln nicht
nur mit wesentlich erhöhten Geschwindigkeiten gegen das Mischgut geschleudert werden,
sondern daß außerdem ein intensives Mischen des Mischgutes erfolgt.
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Deshalb wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Mischwerkzeuge
in an sich bekannter Weise als einseitig und/oder doppelseitig wirkende pflugscharähnliche
Schleuderwerkreuge auszubilden, die in ebenfalls an sich bekannter Weise mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von etwa 2,5 bis etwa 14m/sec, berechnet auf einen Trommeldurchmesser
von etwa 1 m, angetrieben sind. DieTrommel ist zu 10 bis 50 O/o, vorzugsweise zu
20 bis 40°/o, ihres Nutzraumes mit Kugeln und bis zu etwa 70°/o ihres Nutzraumes
mit Mahlgutfüllung einschließlich der Kugeln gefüllt.
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Der Mischbehälter, der sich bei den bisherigen Kugelmühlen stets
dreht, kann bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung feststehen, denn eine Eigenbewegung
des Mischbehälters führt im allgemeinen zu keiner dem Aufwand entsprechenden Erhöhung
der Misch- und Mahlwirkung. Ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu den bekannten
Kugelmühlen liegt darin, daß die Entleerung des Mischgutes bei stillstehendem Mischbehälter
durchgeführt werden kann, was nicht nur technisch einfacher ist, sondern auch ein
staubfreies Arbeiten ermöglicht. Bevorzugt haben die Mischbehälter gemäß der Erfindung
die Form von horizontal angeordneten feststehenden Zylindern.
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Die Mischwerkzeuge haben eine pflugscharähnliche Form und sind als
einseitig oder doppelseitig arbeitende Elemente ausgeführt. Man kann die Umtangsgeschwindigkeit
so stark steigern, daß der Trommelinhalt zum Teil (besonders im Leerraum oberhalb
der Welle) in einen intensiven Schleuder-und Wirbelprozeß versetzt wird. Die pflugscharähnlichen
Schleuderwerkzeuge heben das Mischgut mit den Kugeln von der Trommelwand ab, bilden
auch bei relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten noch keine verdichteten Mischgutringe,
gehen mit sehr geringem Kraftaufwand durch das Mischgut hindurch und verbrauchen
dementsprechend, trotz ihrer hohen Umlaufgeschwindigkeit, eine sehr geringe Menge
Energie.
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Die Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge soll gemäß der Erfindung
je nach Art der Misch-bzw. Schleuderwerkzeuge, Größe und Gewicht der Wurfkugeln
und dem Misch- bzw. Mahlgut zwischen etwa 2,5 und 14 m/sec, berechnet auf einen
Trommeldurchmesser von etwa 1 m, gehalten werden. Die Umfangsgeschwindigkeit der
Werkzeuge kann man so weit steigern, bis durch Auftreten der Fliehkraft am Mischbehältermantel
Mischgutringe entstehen.
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Lockere Mischgutringe stören den Vorgang noch
nicht, dagegen sind stärker
verdichtete Mischgutringe nicht mehr tragbar. Die kritischen Drehzahlen, bei deren
Erreichung sich Mischgutringe bilden, sind abhängig von der Form und Anordnung der
Mischwerkzeuge.
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Am höchsten liegt die kritische Drehzahl bei Mischern, in denen einseitig
oder doppelseitig wirkende pflugscharähnliche Mischwerkzeuge vorhanden sind, die
so geformt und angeordnet sind, daß sie das Mischgut und die Kugeln von der Wand
des Mischbehälters abheben. Die vorgehenden Kanten dieser Mischwerkzeuge greifen
an der unteren Rundung der Kugeln an. Beim schnellen Rotieren, auch noch bei höheren
Drehzahlen, verhindern sie die Bildung von stärker verdichteten Mischgutringen,
da sie die im Mischgut erzeugte Fliehkraft zum größten Teil abfangen. Der Kraftbedarf
bei pflugscharähnlichen Mischelementen ist gering.
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Je größer im Kugel-Mischgut-Gemisch die von den Mischwerkzeugen erzeugte
Bewegung ist, desto größer ist die Reibwirkung der Kugeln und der Mischelemente
auf das Mischgut und desto schneller vollzieht sich der Mahl- und Mischprozeß.
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Der Hauptvorteil, der durch die Trommelmischer gemäß der Erfindung
erreicht wird, besteht darin, daß man mit ihm gegenüber bekannten Kugelmühlen Mischaufgaben
in erheblich kürzerer Zeit unter Erzielung eines Produktes mit höherem Mischungsgrad
lösen kann. Außerdem kann der gesamte Misch-bzw. Mahlprozeß einschließlich des Beschickens
und Entleerens des Mischbehälters staubfrei durchgeführt werden, während bei Verwendung
der bekannten Kugelmühlen die Entleerung des Mischbehälters mit einer erheblichen
und sehr unangenehmen Staubentwicklung verbunden ist.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Trommelmischer
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht in teilweisem Längsschnitt,
Fig. 2 einen Querschnitt nach LinieA-B aus Fig. 1, F i g. 3 ein pflugscharähnliches
Mischelement vom Stiel her gesehen und F i g. 4 einen Schnitt durch das Mischelement
nach Linie C-D aus Fig. 3.
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Der Trommelmischer besitzt eine zylinderförmige Mischtrommel 1, die
zur Beschickung oben eine Öffnung besitzt, welche während des Mischprozesses mit
einer der Trommelrundung angepaßten Klappe 2 verschlossen ist. Zur Entleerung ist
an der tiefsten Stelle der Mischtrommel eine Entleerungsöffnung angebracht, die
mit einer Klappe 3 verschlossen wird.
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Dicht über dieser Entleerungsöffnung liegt zum Trommelinnern ein fest
oder abnehmbar montiertes Siebgewebe 4, durch das nach Öffnen der Klappe bei rotierenden
Mischwerkzeugen das Mischgut, nicht jedoch die Kugeln 9 hindurchfallen. Die Entleerungsklappe
3 befindet sich innerhalb eines Schachtes 8, der am unteren Ende einen Flansch besitzt,
um weitere Abflußleitungen zur staubfreien Entleerung anflanschen zu können. Zum
Reinigen und Erneuern bzw. Auswechseln der Kugeln 9 ist seitlich am Trommelmantel
eine Öffnung vorhanden, die mit einer Klappe 5, die wiederum der Trommelrundung
angepaßt ist, verschlossen werden kann. In der Mitte der Mischtrommel 1, und zwar
parallel zum Trommelmantel, ist eine Welle 6 angeordnet, auf der, am
Umfang
und auch in der Länge verteilt, Tragarme 7 für Mischwerkzeuge 10 angeordnet sind.
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Die an den Armen 7 angeordneten pflugscharähnlichen Mischwerkzeuge
10 reichen bis dicht an den Trommelmantel bzw. die Stirnwände der Mischtrommel.
Sie können als einseitig und doppelseitig wirkende Pflugkörper ausgebildet sein.
Die Form der doppelseitig wirkenden Mischwerkzeuge 10 ist aus F i g. 3 und 4 genauer
ersichtlich.
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Beim Rotieren schieben sich die vorgehenden Kanten 10 a (F i g. 4)
der Mischwerkzeuge 10 wie ein Keil dicht am Trommelmantel entlang unter das Mischgut
bzw. die Kugeln 9 und heben den Trommelinhalt dadurch vom Trommelmantel ab. Da das
Mischgut in Richtung auf das Trommelinnere abgehoben wird, erfolgt praktisch kaum
eine Pressung des Mischgutes, so daß die Mischwerkzeuge 10 mit dem geringstmöglichen
Kraftaufwand angetrieben werden können. Durch den geringen Kraftaufwand ist es wiederum
möglich, Mischer mit pflugscharähnlichen Mischwerkzeugen hochtourig bis zum Erreichen
eines intensiven Schleuder- und Wirbeleffektes anzutreiben. Die Umfangsgeschwindigkeit
kann man so hoch steigern, daß sich infolge der erzeugten Fliehkraft innerhalb des
Mischgutes am Trommelmantel ein Mischgutring bildet, der aber wenigstens teilweise
noch zum Trommelinnern zurückfallen muß. Solange die Mischgutringe noch aufgelockert
sind, stören sie den Mischvorgang nicht.
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Durch die abhebende Wirkung der Mischwerkzeuge 10 fangen diese beim
Rotieren den größten Teil der im Mischgut erzeugten Fliehkraft auf und halten den
Mischgutring trotz der hohen Umfangsgeschwindigkeiten noch in einem aufgelockerten
Zustand.
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Wenn der Mischer nach F i g. 1 und 2 durch einen Motor hochtourig,
jedoch unter Beachtung der Maximalgrenze angetrieben wird, wird der gesamte Inhalt
des Mischbehälters, besonders oberhalb der Welle, in eine Schleuder- und Wirbelbewegung
versetzt. Von den Seitenflächen der Mischwerkzeuge 10 werden die Kugeln 9 dann fortlaufend
in Pfeilrichtung, d. h. in Richtung zum Trommelinnern, durch das aufgewirbelte Mischgut
geschleudert. Beim Auftreffen der Kugeln auf Flächen der Mischelemente, Wandungen
der Mischtrommel und auf andere Kugeln werden die gerade dort liegenden groben
Mischgutkörner
oder Mischgutagglomerationen zerschlagen.
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Ein besonderer Vorteil der Vorrichtungen gemäß der Erfindung liegt
darin, daß man in ihnen auch Mischgüter verarbeiten kann, die während des Mischvorganges
zum Anhaften an den Wänden des Mischbehälters neigen, wie dies oft bei Farbpigmenten,
z. B. Lithopone, der Fall ist. Es wurde festgestellt, daß die Mischgüter ihre Neigung
zum Anhaften zwar auch in dem Mischer gemäß der Erfindung besitzen, die Kugeln das
angehaftete Mischgut aber immer wieder nach kurzer Zeit abschlagen bzw. zerschlagen
und somit die Innenflächen von Mischgutsätzen frei halten.