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Mischer mit zylindrischem Mischbehälter und darin um eine waagerechte
Achse umlaufendem Rotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer, bestehend
aus einem zylindrischen Mischbehälter mit wenigstens einem darin um eine waagerechte
und parallel zur Behälterwandung verlaufende, zur Behälterachse exzentrische Achse
schnell umlaufenden Rotor, dessen Werkzeuge in verhältnismäßig geringem Abstand
an der Behälterwandung vorbeistreichen.
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Bei einem bekannten Mischer zum Mischen von Flüssigkeiten und von
flüssigen und festen Stoffen ist der schnell umlaufende Rotor exzentrisch zum Krümmungsmittelpunkt
der Mulde des Mischbehälters in den Seitenwandteilen des letzteren drehbar gelagert.
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Wenn in einem derartigen Mischer pulverförmige Stoffe gemischt werden,
so kann es vorkommen, daß sich innerhalb des Mischbehälters sogenannte tote Zonen
bilden, in welchen sich Teile des Mischgutes während des Mischens aufhalten, so
daß das Mischprodukt in bezug auf seine Mischqualität uneinheitlich ist.
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Es wurde daher für einen Mischer, insbesondere zum Mischen von pulvrigen
und stückigen Stoffen, gemäß einem älteren Vorschlag schon empfohlen, den Mischbehälter
drehbar auszubilden und frei tragend zu lagern. Hierbei erfolgt die Abstützung des
Mischbehälters mittels an seinen Seitenwandteilen befestigter Drehzapfen. Bei dieser
Anordnung läuft entweder das Gehäuse des Mischbehälters um die Drehachse des Rotors
oder der Rotor um die Antriebsachse des Mischbehälters um. Der Durchmesser des Rotors
beträgt hierbei nicht mehr als ein Drittel des Durchmessers des Mischbehälters.
Die Drehzahl und der Drehsinn des Mischbehälters und des Rotors sind bei dem Mischer
gemäß dem älteren Vorschlag unabhängig voneinander veränderbar.
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Durch diese konstruktive Weiterbildung der bekannten Mischvorrichtung
wird eine gleichnamige Zufuhr des Behandlungsgutes innerhalb des Mischbehälters
bewerkstelligt. Bedingt dadurch, daß der Rotor im Verhältnis zum Mischbehälterdurchmesser
klein ist, wird es ermöglicht, insbesondere pulverförmige und trockene Stoffe mit
einem geringen Energieaufwand gleichmäßig zu mischen.
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Während des Mischbetriebes gemäß dem älteren Vorschlag taucht der
Rotor periodisch in das Mischgut ein und aus, wobei nur im Zeitintervall des Eintauchens
des Rotors in das Mischgut Energie an letzteres abgegeben wird. Durch eine geeignete
Bemessung der Drehgeschwindigkeit des Mischbehälters kann daher die Erwärmung des
Mischgutes leicht in zulässigen Grenzen gehalten werden. Während
der Dauer des Eingriffes
des Rotors mit dem Mischgut werden im engen Raum zwischen dem Rotor-Drehkreis und
dem nächstliegenden Behälterwandteil die der Behandlung unterliegenden Stoffe gepreßt
und gerieben, wobei sie gegebenenfalls auch geglättet oder zerkleinert werden. Je
nach Art des zu behandelnden Mischgutes sowie der gestellten Mischaufgabe, z. B.
auflockern, glätten, umhüllen, zerkleinern oder mischen, ist es erforderlich, den
Rotor bzw. seine Werkzeuge und gegebenenfalls auch den Mischbehälter diesen Aufgaben
anzupassen, wobei zu berücksichtigen ist, daß zwischen dem drehenden Mischbehälter
und dem schnell umlaufenden Rotor enge Wechselbeziehungen bestehen.
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Für den Zulauf des Mischgutes zum Rotor ist der sogenannte Einzugswinkel
von besonderer Bedeutung. Das ist jener Winkel, der gebildet ist zwischen zwei Tangenten,
von denen die eine am Ort des kürzesten Abstandes zwischen der Mischbehälterinnenwand
und dem Drehkreis des Rotors an die Krümmungskurve der Mischbeälterinnenwand angelegt
ist, während die andere Tangente durch den Berührungspunkt der ersteren Tangente
mit der Krümmungskurve der Mischbehälterinnenwand geführt ist und den Rotor-Drehkreis
tangiert.
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Ist dieser Einzugswinkel sehr klein, so wird das Mischgut mit großer
Kraft zwischen dem Rotor und der Behälterwandung gepreßt. Die Folge ist ein großes
Drehmoment an der Rotorwelle, wobei auch gegebenenfalls der Nachteil besteht, daß
z. B. grobstückiges Mischgut nur langsam in den keilförmigen Spalt zwischen dem
Rotor-Drehkreis und der gekrümmten
Behälterwand eingezogen werden
kann.
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Bei pulverförmigem Mischgut erfolgt der Einzug entsprechend schneller.
Ist der Einzugswinkel indessen groß, so wird durch den Rotor verhältnismäßig wenig
pulverförmiges Mischgut erfaßt, jedoch ist das Drehmoment an der Antriebsachse entsprechend
kleiner.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgemäß darin,
bei einer nach dem älteren Vorschlag gebildeten Mischvorrichtung den Zulauf des
Mischgutes zum Rotor in Abhängigkeit von der Art des Mischgutes und der zu bewältigenden
Mischaufgabe bei einem gegebenen Antriebsmoment der Rotorwelle optimal groß zu halten.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination nachfolgender
Einzelmerkmale gelöst: a) Der Mischbehälter ist um seine Horizontalachse drehbar,
wobei die Rotorachse um die Drehachse des Mischbehälters umläuft. b) Drehzahl und
Drehsinn des Mischbehälters und des Rotors sind unabhängig voneinander veränderbar.
c) Der zwischen der Behälterwandung und dem Rotorumfang bestehende Einzugswinkel
ist in einem Intervall zwischen 0 und 500 veränderbar.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der kürzeste Abstand
vom Umfang des Rotors bis zur Innenwand des Mischbehälters einstellbar. Hierbei
kann die Anordnung vorteilhaft derart getroffen sein, daß die Rotorachse in Exzenterbüchsen
gelagert und der Abstand des Rotors zur Innenwand des Mischbehälters durch Verdrehen
der Exzenterbüchsen veränderlich ist.
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Durch diese erfinderischen Maßnahmen und Anordnungen wird bewirkt,
daß der Mischer der jeweiligen Mischaufgabe in der zweckentsprechendsten Weise angeglichen
werden kann. Durch die drehende Bewegung des Mischbehälters wird das Mischgut umgewälzt
und in den Wirkungsbereich der Rotoren gebracht. Mittels eines Getriebes kann sowohl
die Drehzahl wie auch der Drehsinn der jeweiligen zu bewältigenden Mischaufgabe
angeglichen werden.
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Die Größe des Einzugswinkels ist bei einem Mischer mit exzentrisch
angeordnetem Rotor eine Funktion des kleinsten Abstandes vom Mischbehälter zum Rotor,
wobei diese Größe mit kleiner werdendem Abstand nach Null geht. Die jeweilig einzustellende
Größe des Einzugswinkels richtet sich nach der Art des zu verreibenden Materials
und ist fernerhin abhängig vom Verreibungsgrad und von der Verreibungsdauer.
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Es versteht sich, daß bei konstanter Leistung des Mischers die Verreibungszeit
möglichst kurz, andererseits aber der Verreibungsgrad, d. h. die Güte des Endproduktes,
möglichst hoch sein soll. Das optimale Verhältnis läßt sich weitgehendst durch die
Einstellung des günstigsten Einzugswinkels bewerkstelligen.
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Eine Änderung des Einzugswinkels kann unter Voraussetzung des gleichen
Behälters und exzentrischer Lagerung des Rotors in diesem einmal dadurch erzielt
werden, daß der Rotor in seinem Durchmesser geändert wird, andererseits aber auch
dadurch, daß der Abstand von dem Drehkreis des Rotors bis zur Innenwand der Mischtrommel
geändert wird.
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Diese Änderung des Abstandes erfolgt mit Vorteil derart, daß durch
die exzentrische Verdrehung der Achslager des Rotors der Rotor-Drehkreis sich der
Innenwand des Mischbehälters nähert bzw. sich von ihr entfernt, wobei der Einzugswinkel
eine Wende rung erfährt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Rotorwerkzeuge
eine derartige Form auf, daß in einer Drehrichtung das Gut von der Mischbehälterwand
abgehoben, während es bei entgegengesetzter Drehrichtung an die Behälterwand angedrückt
wird. Läuft beispielsweise die Rotorwelle im Drehsinn rechts, so arbeitet das Werkzeug
als Mischer, im Drehsinn links als Verreiber, oder umgekehrt.
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Vorzugsweise erfolgt der Antrieb der Rotoren und des Mischbehälters
von getrennten Motoren, obwohl dieser Umstand für die Erfindung keine bindende Vorschrift
darstellt. Eine besonders einfache Anordnung zum Betrieb der Rotoren ist nach der
Erfindung dadurch gegeben, daß von einem ortsfesten Motor die drehende Bewegung
auf eine lose auf dem Drehzapfen des Mischbehälters gelagerte Riemenscheibe übertragen
wird. Von dieser Riemenscheibe wird sodann das Antriebsrad des Rotors betrieben.
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Vorzugsweise sind die an den Stirnseiten des Mischbehälters angeflanschten
Lagerzapfen hohl ausgebildet und mit axial verlaufenden Kanälen versehen, wobei
bei doppelwandiger Mischbehälterausführung durch einen Kanal ein Heiz- oder Kühlmittel
in den Hohlraum der Mischbehälterwand eingeführt und durch einen anderen Kanal abgeführt
wird. Auch können derartige Kanäle dazu benutzt werden, bei drehendem Mischbehälter
Stoffe wie chemische Reagenzen oder sonstige Zusätze zum Behandlungsgut dem Innenraum
des Mischbehälters zuzuführen. Ferner können bei arbeitender Vorrichtung durch den
hohlen Lagerzapfen des Mischbehälters Meß- oder Beobachtungsgeräte oder Werkzeuge
zur Entnahme von Proben des Behandlungsgutes in den Innenraum des Mischbehälters
eingeführt werden.
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In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Mischers zum Teil schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Mischer in Seitenansicht,
Fig.2 eine andere Mischerausführung, ebenfalls in Seitenansicht, F i g. 3 einen
Querschnitt durch Mischbehälter und Rotor in schematischer Darstellung, F i g. 4
einen Längsschnitt durch einen hohlen Lagerzapfen in größerem Maßstab, F i g. 5
einen Längsschnitt durch ein Rotorwellenlager mit Abdichtung in größerem Maßstab,
F i g. 6 bis 9 verschiedene Ausführungsformen des Rotors.
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Gemäß F i g. 1 ist im Mischbehälter 1 der Rotor 2 in Flanschen 3
gelagert. Die Rotorwelle 4 bzw. 49 ist mittels Stopfbüchsen 5 gegenüber dem Mischbehälterraum
abgedichtet. Auf der einen Seite der Rotorwelle ist ein Antriebsrad 6 angeordnet,
welches über eine lose - hier im Beispiel - Keilriemenscheibe 7 auf einem Lagerzapfen
8 für den Mischbehälter betrieben wird. Der Lagerzapfen ist mit der Stirnseite 9
des Mischbehälters fest verbunden und auf einer Konsole 10 in einem Lager 1l drehbar
gelagert.
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Auf oder an der gleichen Konsole ist ein Motor 12 befestigt, wobei
die mit dem Motor mittelbar verbundene Keilriemenscheibe 14 über die Keilriementriebe
den Rotor 2 antreibt. Gleichachsig mit dem Lagerzapfen 8 befindet sich an der anderen
Stirnseite 15 und mit dieser fest verbunden ein Lagerzapfen 16, welcher in einem
Lager 17 auf der in F i g. 1 rechten Konsole 18 drehbar gelagert ist.
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Auf der vom Mischbehälter abgekehrten Seite des Lagers 17 ist der
Lagerzapfen 16 mit einer Kupplung 19 ausgerüstet, welche die Verbindung zu einem
von einem Motor 21 angetriebenen Getriebe, z. B.
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Schneckengetriebe 20, herstellt.
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Ein Gegengewicht 23 zum Rotor 2 sowie ein Ventil 23' zur Regulierung
eines gewünschten Innendrucks im Mischbehälterraum, sei es ein Unter- oder Überdruck
oder aber auch zum Ausgleich des Innendrucks mit dem Außendruck, sind auf der Stirnseite
9 bzw. 15 des Mischbehälters angebracht.
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Bei der Ausführungsform mit heiz- oder kühlbarem Mischbehälter gemäß
F i g. 2 erfolgt der Antrieb des Rotors 2 wie auch des Mischbehälters 1 einseitig,
während von der anderen Seite des Mischers ein Heiz- oder Kühlmittel durch einen
hohlen Lagerzapfen 27 in den Hohlraum der Mischbehälterwand, gebildet aus den Stirnseiten
9 und 15, und zu den Außenwänden 24 und 25 zugeführt wird.
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Der Lagerzapfen 26 ist mit dem Mischbehälter 1 fest verbunden und
trägt die lose Riemenscheibe 7, deren Antrieb entsprechend F i g. 1 erfolgt. Der
Antrieb des Mischbehälters erfolgt über den Lagerzapfen 26, wobei das Getriebe 19
bis 22 nunmehr an der gemäß F i g. 2 linken Konsole 10 befestigt ist.
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Sowohl der Rotor wie auch der Mischbehälter sind durch ein Getriebe
13 bzw. 22 in bezug auf ihre Drehgeschwindigkeit regel- und/oder einstellbar sowie
im Drehsinn umkehrbar. Wie gestrichelt angedeutet, kann die Einfüllöffnung des Mischbehälters
1 mit einem Einfülltrichter la versehen sein.
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Wie insbesondere aus F i g. 4 ersichtlich, erfolgt die Zu- und Abfuhr
des Kühl- oder Heizmittels durch den bezüglich der F i g. 2 rechten Lagerzapfen
27, der bei 28 in einem Gleitlager 29 gegen die Konsole 18 abgestützt ist. Der Lagerzapfen
ist mit einer Bohrung 30 versehen, die an der Seite der Trommelwand durch eine Platte
31 abgeschlossen ist. Ein Zentralrohr 32 erstreckt sich axial durch die Bohrung
30 und ist bei 33 abgewinkelt und durch eine radial verlaufende Bohrung 34 im Lagerzapfen
und Flansch 35 hindurchgeführt. Eine gegen die erstere radial verlaufende und versetzte
Bohrung 36 nimmt ein Rohrstutzen 37 auf, der mit dem Lagerzapfen 27 dicht verschraubt
ist. Beide Rohre 32 und 37 drehen sich also mit dem Lagerzapfen 27. Neben dem Lager
29 ist auf der Konsole 18 ein Böckchen 38 befestigt, das vom Ende 39 des Lagerzapfens
27 durchragt wird. Das Böckchen ist mit einer Dichtungspackung versehen, welche
durch eine Muffe mittels an einem Flansch 42 des Böckchens befestigter Schrauben
43 dicht zusammengedrückt wird.
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Die Muffe ist fernerhin mit einem Durchgang 40 versehen, durch den
das Zentralrohr 32 hindurchragt, das bei 44 ebenfalls von einer Dichtung 45 umgeben
ist, die mittels eines Ringes 46 angezogen werden kann. Am Ring 46 ist die Zuführungsleitung
47 und in der Muffe der Ablaufstutzen 48 für das Kühl- bzw. Heizmittel angeschlossen,
die sich bei drehender Welle 35, 27 in Ruhe befinden.
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Gemäß F i g. 3 ist die Anordnung des Rotors im Mischbehälter von
besonderer Bedeutung. In der Zeichnung bedeutet r den Radius des Rotors 2, D die
lichte Weite des Mischbehälters und e den Radius des halbkreisförmig gebogenen Mischbehälterbodens,
dessen Mittelpunkt P in der Drehachse des Mischbehälters 1 liegt. Der gemäß Fig.
3 an der tiefsten Stelle der Mischbehälterinnenwand gelegene Punkt X hat den kürzesten
Abstand vom Rotor-Drehkreis.
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Eine durch den Punkt X geführte, an den Rotor-Drehkreis angelegte
Tangente bildet mit der im Punkt X an die Innenwand des Mischbehälters angelegten
Tangente den Einzugswinkel z. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wächst der Einzugswinkel
a bei gleichbleibendem Abstand h mit kleiner werdendem Radius r oder bei gleichbleibendem
Radius r mit größer werdendem Abstand h. Der Einzugswinkel fg ist von besonderer
Bedeutung für den Zulauf des Mischgutes zum Rotor, der für ein bestimmtes Mischgut
nicht unter ein spezifisches Maß absinken darf, andernfalls wird der Zulauf des
Mischgutes zum Rotor ganz oder teilweise unterbunden.
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Für ein bestimmtes Mischgut gibt es nur einen optimal großen Einzugswinkel.
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Gemäß der vorstehenden Defination errechnet sich der Einzugswinkel:
+ 2hr a = arc tang ¾(h2 r -Durch die Drehung des Mischbehälters soll eine kräftige
Umwälzung des Mischgutes bewerkstelligt werden. Die Drehzahl des Mischbehälters
kann den besonderen Gegebenheiten angeglichen werden, wobei die durch die Umfangsgeschwindigkeit
auftretende Zentrifugalbeschleunigung im allgemeinen nicht größer als die Erdbeschleunigung
sein soll.
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In den Fig. 5 und 6 sind zwei verschiedene, mit Vorzug zum Mischen
und Verreiben verschiedener Pulverarten zur Anwendung kommende Rotoren dargestellt.
Auf der Rotorwelle 49 sind mindestens zwei Halter, z. B. Scheiben 50, befestigt,
welche Stäbe 51 einschließen.
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Für spezielle Aufgaben, wie z. B. zum Verdichten oder Verreiben,
können, wie insbesondere aus F i g. 6 hervorgeht, an Stelle der Stäbe auch Walzen
51' vorgesehen sein, welche in Lager 55 auf Achsen 52 gehalten sind.
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Die Scheiben od. dgl. besitzen eine Nabe 53, mittels welcher sie
mit der Rotorwelle 49 gesichert gegen Drehung und Verschiebung verbunden sind.
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Die Nabe 53 trägt einen Kragen 54, gegen den eine Dichtung 55 angedrückt
wird. Der notwendige Andruck der Dichtung wird dabei durch einen im Flansch 56 verschiebbar
gelagerten und unter dem Druck einer Feder 57 stehenden Muffenring 58 erzeugt. Ein
auf dem Muffenring sitzender Führungsstift 59 ist in einer in der Flanschbohrung
eingebrachten Nut 61 geführt, so daß der Muffenring gegen Verdrehung gesichert ist.
Der Muffenring ist von einer Dichtung 62 umkleidet, die in einer Aussparung im Flanschbund
60 eingelassen ist. Die Andruckkraft der Feder 57 ist mittels eines Spannringes
64 einstellbar. Wie ersichtlich, ist die Rotorwelle 49 an beiden Enden (von denen
in der Zeichnung nur eins gezeigt ist) in einem Pendelrollenlager 65 gelagert, wobei
letzteres in einem Flanschlagergehäuse 66 eingelassen ist. Das Lagergehäuse 66 ist
in bekannter Weise mittels Schrauben 67 mit dem Flansch
56 verbunden.
Ein mit einer Dichtung 68 versehener Lagerdeckel 69 schließt das Lagergehäuse 66
dichtend ab, so daß das durch die Bohrung 70 eingeführte Schmierfett nicht auslaufen
kann.
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An einem Ende der Rotorwelle, z. B. bei 71, ist die Triebscheibe
6, vorzugsweise eine Riemenscheibe, mittels eines Keiles 72 und eines Tellers 73
befestigt.
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Wie insbesondere aus der Fig.5 ersichtlich, ist die Rotorwelle 49
exzentrisch in bezug auf den Bund des Flansches 56 gelagert. Der radiale Abstand
von der Rotorwellenmitte bis zum Bund ist einerseits mit m und andererseits mit
n bezeichnet.
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Durch Drehen des Flansches kann der kürzeste Abstand h vom Rotor-Drehkreis
bis zur Innenwand des Mischbehälters in den Grenzen der Exzentrizität n- m geändert
und somit die Größe des Einzugswinkels geändert werden.
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Gemäß F i g. 6 kann durch die Wahl der Walzendurchmesser d der kürzeste
Abstand h gemäß F i g. 3 und 5 ebenfalls geändert werden.
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In F i g. 7 ist ein Rotor gezeigt, der bei Drehrichtungsumkehr seine
Arbeitsfunktion ändert. Die Rotorwelle 49 trägt mehrere an ihren peripheren Teilen
abgebogene Platten 75 bis 78. Dreht sich z. B. der Rotor in Richtung des Pfeiles
79, so wird der Rotor das Mischgut aufwirbeln und damit auflockern, hingegen in
Richtung des Pfeiles 80 eine Reibwirkung auf das Mischgut ausüben, wobei letzteres
von den aus der radialen Ebene abgebogenen Teilen der Platten 75 bis 78 und der
Mischbehälterwandung 81 gepreßt wird.
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Gemäß F i g. 8 sind auf der Rotorwelle 49 mehrere, verschiedenartige,
an und für sich bekannte Einzelwerkzeuge in mehreren Gruppen 83, 84 und 85 befestigt.
So bestehen beispielsweise die Gruppen 83 und 85 aus zwei Werkzeugen 86 und 87,
wobei 86 eine Messerwelle darstellt, während 87 (eine durchlochte Platte) ein Mischwerkzeug
ist. Die Werkzeuge der Gruppe 84 sind Wendeschaufeln.
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Der Rotor gemäß F i g. 9 ist zweiteilig ausgebildet, bestehend aus
den beiden Hälften 90 und 91, welche durch Schrauben 92 miteinander verbunden sind.
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Beim Anziehen der Schrauben legt sich die Bohrung 93 nach Art einer
Rohrschelle um die Rotorwelle 49.
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Die Erfindung ist indes nicht an die Verwendung bestimmter Werkzeuge
gebunden, so können auch andere, nicht gezeigte und an und für sich bekannte Werkzeuge
zur Anwendung kommen, z. B. Rührwerkzeuge, gabelförmige Zinken, schraubenförmig
verwundene Platten und Werkzeuge, deren Durchmesser in bezug auf den Abstand h einstellbar
sind.
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In einer gezeigten Ausführungsform ist der zum Antrieb des Behälters
dienende Lagerzapfen 26 hohl ausgebildet. Vornehmlich dient diese Öffnung zur Einführung
eines schaufelartigen Werkzeuges, welches an einer Stange befestigt ist, um während
des Betriebes Mischproben aus dem Mischbehälter zu entnehmen. Die Öffnung kann jedoch
auch dazu benutzt werden, um eine Be- undXoder Entlüftung oder eine Zuführungsleitung
für ein in den Mischbehälter einzubringendes Mittel, z. B. elektrischen Strom für
einen Wärmeerzeuger, ein beliebiges Meßwerkzeug 100 (F i g. 2), ein Mischgut, eine
Flüssigkeit, ein chemisches Reagenz od. dgl., einzuführen.
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An allen wichtigen Stellen des Mischers sind Meßgeräte vorgesehen,
welche die Temperatur und den Druck im Innenraum des Mischbehälters, im Man-
tel
des Mischbehälters und an sonstigen, nicht gezeigten Stellen anzeigen.