DE19533693A1 - Mischkneter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkneter für die thermische oder chemische Behandlung von Produkten in flüssigem, pastösem und/oder pulverförmigem Zustand in einem Gehäuse, wobei in diesem Gehäuse eine mit Scheibenelementen besetzte und um eine Drehachse drehende Kneterwelle angeordnet ist, zwischen den Scheibenelementen Knetgegenelemente mit jeweils einem Fuß am Gehäuse festliegend vorgesehen sind und das/die Scheibenelement/e in Scheibenebenen senkrecht zur Kneterwelle angeordnet ist/sind.

In vielen industriellen Bereich, insbesondere aber in der chemischen Industrie müssen heute Produkte behandelt werden. Beispielsweise müssen in einem oben beschriebenen Mischkneter zwei chemische Produkte so innig miteinander vermengt werden, daß sie zumindest z. T. miteinander reagieren. Dabei können diese Produkte einen beliebigen Aggregatzustand durchlaufen, so daß Anforderungen an einen Mischkneter sehr hoch sind.

Im wesentlichen werden einwellige und zweiwellige Mischkneter unterschieden. Die vorliegende Erfindung betrifft einen einwelligen Mischkneter, wie er beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung 90 11 86 26.2 oder den Schweizer Patentgesuchen 0 1726/87-6, 0 1244/90-7 oder 0 0146/95-1 beschrieben ist. Dort befinden sich auf einer Welle radiale Scheibenelemente, denen in der Regel umfangswärtig Knetbarren aufgesetzt sind. Dies Knet­ barren streifen an der Gehäuseinnenwand entlang und reinigen die Gehäuseinnenwand von beispielsweise Produktan­ krustungen.

Meist sind jedoch auch die Scheibenelemente selbst und die Kneterwelle beheizt, so daß auch hier Produktankrustungen stattfinden können. Diese werden von entsprechend geformten Knetgegenelementen abgereinigt, wobei meist diese Knetgegenelemente auch zusammen mit dem Knetbarren oder den Scheibenelementen einen Knetspalt bilden, in dem das Produkt geschert bzw. gequetscht wird.

Bei all diesen einwelligen Mischknetern geht es unter anderem darum, sämtliche Flächen, die mit dem zu behandelnden Produkt in Berührung kommen und insbesondere die beheizten Flächen von Produktankrustungen oder -anhaf­ tungen zu befreien. Bei den o.g. Mischknetern geschieht diese Abreinigung der Flächen schon in weitgehendem Masse, jedoch hat sich herausgestellt, daß gerade zwischen den Füssen der Knetgegenelemente, die sich in der Regel im Gehäuse gegenüber liegen, ein Ring bilden, der nicht abgereinigt wird. Dieser Ring kann wegen Fehlens von bewegten Elementen sogar so dick werden, daß von einem Torusaufbau gesprochen wird. Dieser Torus kann einen großen Teil des Apparatequerschnitts ausfüllen und beeinträchtigt nicht nur die Produktqualität, sondern auch den Transport des Produktes in axialer Richtung.

Da Knetgegenelemente ein Scheibenelement jeweils von einer Seite abreinigen, bilden sich zwei derartige Ringe, jeweils einer links und rechts von dem Scheibenelement.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischkneter der o.g. Art zu schaffen, bei dem die Beseitigung der Produktankrustungen oder -anhaftungen nochmals verbessert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Fuß des Knetgegenelementes ebenfalls in der Ebene der/des Scheibenelemente/s liegt.

Das bedeutet, daß sich in unmittelbarer Nähe des ungereinigten Rings am Fuß der Knetgegenelemente die bewegten Scheibenelemente befinden, die den Aufbau eines Rings oder Torus verunmöglichen. Hierdurch wird die nicht gereinigte Fläche auf ein Minimum reduziert.

In einem Ausführungsbeispiel können die Scheibenelemente, wie bisher, aus zwei parallel verlaufenden Flächen bestehen. Ein Umfang dieser Scheibenelemente hält dann von der Gehäuseinnenwand einen Abstand ein, in den der Fuß des Knetgegenelementes einragt. Danach wird dann das Knetgegenelement winklig um das Scheibenelement herumgebogen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung soll jedoch das Scheibenelement diskusförmig ausgebildet sein. In einem Teilquerschnitt ergibt dies eine etwa dreiecks­ förmige Ausgestaltung, wobei die Spitze des Dreiecks in der Ebene der Scheibenelemente liegt und auf den Fuß hinweist. Diese Spitze ist vom Umfang aus betrachtet als Schneide ausgebildet, so daß sie sehr gut in das Produkt eindringen kann. Dies ergibt bessere K-Werte, da mit den früheren Knetbarren an den Scheibenflächen immer Produktklumpen vor sich her geschoben wurden, wodurch das Produkt teilweise von den Scheibenflächen ferngehalten wurde.

Sollte es gewünscht werden, z. B. zwecks Abführung von Dämpfen, so können in den Umfang des Scheibenelementes noch Auskehlungen eingeformt sein. Jedoch sind auch andere Ausgestaltungen des Scheibenelementes in beliebigem Rahmen möglich.

Zum Abreinigen dieser diskusförmigen Scheibenelemente ist von dem Fuß des Knetgegenelementes ein Schabarm in einem Winkel abgebogen, der bevorzugt so gewählt ist, daß der Schabarm in etwa parallel zur Oberfläche des Scheibenelementes verläuft. An den Schabarm schließt sich dann in etwa achsparallel zur Kneterwelle ein Wellenschaber an, der nahe der Oberfläche dieser Kneterwelle verläuft. Im Gegensatz zu früheren C-förmigen Hakenelementen ist hier die mechanische Beanspruchung, insbesondere im Fußbereich, wesentlich geringer, da der Schabarm in einem geringeren Masse abgebogen ist und deswegen einer geringeren Hebelwirkung durch das Produkt ausgesetzt ist. Auch konstruktiv ist dieses Knetgegenelement einfacher.

Bei dieser Ausgestaltung ist es zusätzlich möglich, den Knetspalt zwischen Schabarm und Scheibenelement sowie Wellenschaber und Kneterwelle durch radiales Verstellen einzustellen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, da mit der radialen Verstellung auch einem unterschiedlichen Produktzustand, z. B. Viskosität, Rechnung getragen werden kann.

Bevorzugt werden pro Scheibenebene zwei Knetgegenelemente, radial versetzt eingebaut, wobei das eine Knetgegenelement die eine Seite des Scheibenelementes abstreift und das zweite die Gegenseite. Da sich die Füße der Knetgegenelemente erfindungsgemäß in derselben Scheibenebene befinden, wird durch das sich dort rotierende Scheibenelement wirksam der Aufbau eines Produktringes an der Gehäusewand verhindert. Die übrige Fläche der Gehäuseinnenwand wird mittels eines Reinigungselementes abgereinigt, das ebenfalls an der Kneterwelle angeordnet ist. Bevorzugt ist dieses Reinigungselement T-förmig ausgebildet, wobei ein radialer Stamm dieses Reinigungselementes mit der Kneterwelle verbunden ist. Auf dem Stamm ist ein Querbalken aufgesetzt, der achsparallel oder angestellt nahe der Gehäuseinnenwand verläuft.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es sogar möglich, zwei Knetgegenelemente, wie sie oben beschrieben sind, an einem Fuß anzuordnen. Hierdurch ergibt sich ein Gabelelement, mit dem beide Oberflächen der Scheibenelemente abgereinigt werden. Dabei genügt die Zuordnung von nur einem Gabelelement zu jedem Scheibenelement, so daß nur ein Fuß da ist, an dem sich keinesfalls ein Torus aufbauen kann.

Sollte zwischen den Scheibenelementen eine innigere Durchmischung bzw. -knetung des Produktes gewünscht werden, so hat es sich als ratsam erwiesen an den Knetgegenelementen, insbesondere am Schabarm und am Stamm der Reinigungselemente noch zusätzliche Zinken anzuordnen, die miteinander kämmen. Hierdurch wird eine Vielzahl von Knetspalten gebildet, die wesentlich zur Verbesserung der Produktbehandlung beitragen.

Während bei den bekannten Mischknetern Knetspalte in der Regel zwischen der Gehäuseinnenwand und den Knetbalken gebildet werden, erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Zinken eine Knetspaltbildung in dem Raum zwischen der Kneterwelle und der Gehäuseinnenwand. Diese Anordnung der Knetspalte näher an der Kneterwelle bedeutet ein geringeres Drehmoment für die Kneterwelle und damit eine verminderte Kraftaufnahme beim Drehen.

Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Knetgegenelemente ist es im übrigen möglich, die Scheibenelemente an der Kneterwelle näher als im Stand der Technik zueinander anzuordnen. Dies erlaubt wiederum, daß mehr Scheibenelemente auf einer Welle angeordnet werden können, wodurch wiederum die Produktbehandlung verbessert wird, da die Wärmeübertragungsfläche vergrößert ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mischkneter mit einem teilweise aufgeschnittenen Gehäuse;

Fig. 2 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch den Mischkneter gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Mischkneter entlang Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 bis 6 schematisch dargestellte Teillängsschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele von Mischknetern, ähnlich Fig. 1.

Ein erfindungsgemäßer Mischkneter P weist gemäß Fig. 1 ein meist horizontal angeordnetes Gehäuse 1 mit Stirnwänden 10 und 15 auf. In diesem Gehäuse 1 rotiert eine Kneterwelle 20, die mit Zapfen 21 und 22 in den Lagern 12 und 17 auf beiden Seiten des Gehäuses 1 abgestützt ist. In den Stirnwänden 10 und 15 befinden sich Stopfbuchsen oder Gleitringdichtungen 13 und 18, welche die rotierende Kneterwelle 20 nach außen hin in bekannter Weise abdichten. Mit 2 ist ein Heizmantel zur Beheizung des Gehäuses gekennzeichnet.

Bevorzugt wird auch die Kneterwelle 20 in bekannter Weise beheizt oder gekühlt, wobei an einem entsprechenden Dichtkopf ein Zulauf 6 und ein Austritt 7 für ein Heizmittel vorgesehen ist.

Die Kneterwelle 20 wird von einem nicht näher gezeigten Motor mittels einem über eine Keilriemenscheibe 23 gelegten Keilriemen angetrieben, wobei zwischen Keilriemenscheibe 23 und Kneterwelle 20 noch ein Getriebe 24 eingeschaltet ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Mischkneter ist für einen kontinuierlichen Betrieb gedacht. Dabei wird das Produkt durch einen Einlaufstutzen 3 in das Innere des Gehäuses gefüllt und über den Auslaufstutzen 4 entnommen. Ferner sind auf der Oberseite diverse Stutzen 5 zur Abführung von Brüden vorgesehen. Um die optimale Füllung der Maschine im Bereich von 50% bis 80% bei verschiedenen Drehzahlen möglichst gleich zu halten, ist vor dem Auslaufstutzen 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eines Mischkneters in einer Flanschverbindung 8 ein Überlaufwehr 9 vorgesehen.

Auf der rotierenden Kneterwelle 20 befinden sich in regelmäßigen Abständen Scheibenelemente 25, während in eine Gehäusewand 26 Knetgegenelemente 27 eingesetzt sind. Hierzu sind die Knetgegenelemente 27 mit einem Flansch in die Gehäusewand 26 eingesetzt, können jedoch auch direkt eingeschweißt werden.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus dem Gehäuse 1 mit eingesetzter Knetwelle 20 gezeigt. Erfindungsgemäß sind der Knetwelle 20 diskusscheibenartige Scheibenelemente 25 aufgesetzt, welche im Querschnitt dreiecksförmig bzw. rombisch ausgestaltet sind. Dabei umschließt eine Scheibenwand 28 einen Ringraum 29, der über Durchlässe 30 mit einer Axialbohrung 31 in der Kneterwelle 20 in Verbindung steht. In diese Axialbohrung 31 wird ein Heiz­ medium geführt, welches durch die Durchlässe 30 auch in den Ringraum 29 eintreten kann. Hierdurch erfolgt gleichfalls ein Beheizen der Scheibenelemente 25 bzw. der Scheibenwand 28.

Ein erfindungsgemäßes Knetgegenelement 27.1 sitzt mit einem Fuß 32 in einer Gehäusewand 33 und ist dort festge­ legt. Von diesem Fuß 32 ist ein Schabarm 34 abgekröpft, wobei der Schabarm 34 mit dem Fuß 32 einen Winkel w einschließt. Andernends des Fußes 32 ist an den Schabarm 34 ein Wellenschaber 35 angesetzt, der in etwa achsparallel zur Achse A der Kneterwelle 20 verläuft und dabei einen geringfügigen Abstand a von der Kneterwelle 20 einhält.

Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist, daß der Schabarm 34 in etwa in einer Neigung zu der Achse A parallel zu einer Oberfläche 36 des Scheibenelementes 25 verläuft. Dabei ist sein Fuß 32 in etwa in der Ebene E angeordnet, welche durch die beiden Spitzen 37.1 und 37.2 des diskusförmigen Scheibenelementes 25 verläuft. Somit entspricht der Winkel w auch einem Winkel v, mit dem die Oberfläche 36 gegenüber der Ebene E verläuft.

Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:

Die Kneterwelle 20 dreht, wie in Fig. 3 angedeutet ist, gegen den Uhrzeigersinn z. Dabei schneiden die Scheibenelement 25 in ein zu bearbeitendes Gut. Beispielsweise wird auf dieses Gut Wärme über die Scheibenelemente 25 übertragen. Im vorliegenden Beispiel sind die Scheibenelemente 25 noch in bestimmten Bereichen mit einer Auskehlung 37 versehen. Die Scheibenelemente 25 können jedoch auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise sägezahnartig oder wellenartig. Sie können auch mit Durchbrüchen zum Materialtransport usw. versehen sein. Hier ist dem erfinderischen Gedanken keine Grenze gesetzt.

Wesentlich allein ist, daß mittels den Knetgegenelementen 27.1 die Oberflächen 36 der Scheibenelemente 25 vollständig abgereinigt werden. Hierzu befinden sich in dem Gehäuse 1, wie in Fig. 2 gezeigt, gegenüberliegende Knetgegenelemente 27.1, so daß eine Reihe von Knetgegenelementen immer die eine Seite der Oberflächen abreinigt, während dieser Vorgang durch die gegenüberliegende Reihe von Knetgegen­ elementen auf der anderen Oberfläche vollzogen wird.

Dabei ist erkennbar, daß die Füße 32.1 und 32.2 von sich gegenüberliegenden Knetgegenelementen 37.1 ziemlich exakt in der Ebene E liegen, so daß sich ein Torus an einer Gehäuseinnenwand 38, wenn überhaupt, nur zwischen diesen Fußbereichen der Knetgegenelemente als Ring aufbauen kann. Bekanntermaßen kann sich ein Torus nur zwischen zwei statischen Elementen aufbauen. Im vorliegenden Fall sind dies die Fußbereiche zwischen den Knetgegenelementen. Nur hier kann ein Torus auch eine Abstützung durch die Gehäuseinnenwand 38 finden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Mischkneters P₁ gemäß Fig. 4 befinden sich auf der Kneterwelle 20 zwischen den Scheibenelementen 25 noch weitere Reinigungs­ element 40. Jedes Reinigungselement 40 ist T-förmig ausgebildet, d. h., es besitzt einen mit der Kneterwelle 20 fest verbundenen Stamm 41, auf den ein Querbalken 42 aufgesetzt ist. Dieser Querbalken 42 erstreckt sich in etwa parallel zu der Achse A nahe der Gehäuseinnenwand 38. Ggfs. kann dieser Querbalken 42 auch schräg angestellt sein, damit er bei einem Transport des Produktes in axialer Richtung mitwirkt.

Der Querbalken 42 hat vor allem die Aufgabe, die Gehäuseinnenwand 38 von Produktankrustungen zu reinigen. Ferner wirkt er mit der Gehäuseinnenwand 38 auch als Knetspalt, so daß in diesem Knetspalt eine Scherung des Produktes und damit auch eine innige Durchmischung stattfinden kann. Ähnliches gilt im übrigen auch für den Schabarm 34 im Zusammenwirken mit der Oberfläche 36 der Scheibenelemente 25.

Gemäß Fig. 5 sind bei einem Mischkneter P₂ zwei der in den Fig. 2 gezeigten Knetgegenelemente zusammengefaßt. Dies ergibt dann ein V-förmiges Gabelelement 43, welches etwa parallel zu der Oberfläche 36 der Scheibenelemente 25 angeordnet ist. Das Gabelelement 43 besteht somit aus einem Knetgegenelement 27.1 und einem zweiten Knetgegenelement 27.2 und besitzt mit diesem zusammen einen gemeinsamen Fuß 32. Es versteht sich von selbst, daß jedes Knetgegenelement 27.1 bzw. 27.2 jeweils aus einem Schabarm und einem Wellenschaber besteht.

In Fig. 5 ist angedeutet, daß zwei derartige Gabelelemente 43.1 und 43.2 sich in dem Gehäuse 1 gegen­ überliegen. Es genügt allerdings auch die Anordnung von nur einem Gabelelement.

Bei dieser Anordnung befindet sich das T-förmige Reinigungselement 40.1 in etwa mittig zwischen zwei Scheibenelementen 25, wobei sich sein Querbalken 42 bis nahe an die Füße 32 der benachbarten Gabelelemente 43 erstreckt.

Um sämtliche Toträume zwischen zwei Scheibenelementen und jegliche Torusbildung zu vermeiden, weist ein Mischkneter P₃ gemäß Fig. 6 zwischen zwei Scheibenelementen 25 die jeweils oben beschriebenen Knetgegenelemente 27.3 und T- förmige Reinigungselemente 40 auf. Allerdings erstrecken sich sowohl von dem Schabarm 34 als auch von dem Stamm 41 zueinander Zinken 44.1, 44.2 sowie 45.1, 45.2, die miteinander kämmen. Auch diese Anordnung wechselt sich spiegelbildlich gegenüberliegend ab. Hierdurch bilden sich zwischen den Zinken 44 und 45 eine Anzahl von Knetspalten, die wesentlich zur Verbesserung der Produktdurchmengung beitragen. Dennoch sind genügend freie Räume zu den Scheibenelementen 25 hin vorhanden, so daß der Produkttransport ohne Schwierigkeiten erfolgt.

Die erfindungsgemäßen Knetgegenelemente 27 bzw. Gabelelemente 43 haben den erheblichen Vorteil, daß sie radial zur Kneterwelle 20 hin verstellbar sind. Beispielsweise kann der Fuß 32 in der Gehäusewand 33 verschiebbar und wieder feststellbar gelagert sein. Hierdurch kann ein in der Fig. 4 dargestellter Spalt 46 zwischen der Oberfläche 36 des Scheibenelementes 25 und dem Schabarm 34 in seiner Breite s verändert werden. Je nach Produkt ist es möglich, die Oberfläche 36 noch intensiver oder weniger intensiv abzureinigen bzw. den Knetspalt, der durch den Spalt 46 gebildet wird, zu verändern. Zähviskos­ pastöse Produkte erfordern in der Regel ein Spalt mit einer größeren Breite s als leichtviskospastöse Produkte. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies nur für das Knetelement 27 gezeigt, das gleiche gilt jedoch auch für das Gabelelement 43.

Ferner ist es möglich, diese Knetgegenelemente 27 bzw. Gabelelemente 43 querschnittlich pflugscharartig auszubilden, sie entlang ihrer Achse zu drehen (twisten) oder sie in oder gegen die Drehrichtung Z der Welle 20 anzustellen. Nur beispielhaft wird hier auf die Europäische Patentanmeldung 90 11 86 26.2 oder das Schweizer Patentgesuch 01726/87-6 verwiesen.

Ebenso ist auch eine Vielzahl von Ausgestaltungen für das T-förmige Reinigungselement denkbar, wie dies beispielsweise im Schweizer Patentgesuch 00 146/95-1 angedeutet ist.

Claims (12)

1. Mischkneter für die thermische oder chemische Behandlung von Produkten in flüssigem, pastösem und/oder pulverförmigem Zustand in einem Gehäuse (1), wobei in diesem Gehäuse (1) eine mit Scheibenelementen (25) besetzte und um eine Drehachse (A) drehende Kneterwelle (20) angeordnet ist, zwischen den Scheibenelementen (25) Knetgegenelementen (27, 43) mit jeweils einem Fuß (32) am Gehäuse festliegend vorgesehen sind und das/die Scheibenelement/e (25) in Scheibenebenen (E) senkrecht zur Kneterwelle angeordnet ist/sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (32) des Knetgegenelementes (27, 43) ebenfalls in der Ebene (E) der/des Scheibenelement/es (25) liegt.

2. Mischkneter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Scheibenelement/e (25) diskusförmig bzw. in einem Teilquerschnitt dreiecksförmig ausgebildet ist/sind, wobei eine Spitze (37) des Dreiecks in der Ebene (E) liegt und auf den Fuß (32) hinweist.

3. Mischkneter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibenelement (25) zwischen Spitzen (37.1, 37.2) Auskehlungen (39) aufweist.

4. Mischkneter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Knetgegenelement (27) im Anschluß an den Fuß (32) einen in einem Winkel (w) abgekröpften Schabarm (34) aufweist.

5. Mischkneter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schabarm (34) ein etwa achsparallel zur Kneterwelle (20) und nahe dieser verlaufenden Wellenschaber (35) anschließt.

6. Mischkneter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schabarm (34) etwa parallel zu einer Oberfläche (36) des Scheibenelementes (25) verläuft.

7. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (32) radial verstellbar ist.

8. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß pro Scheibenebene zwei Knetgegenelemente radial versetzt eingebaut werden, wobei das eine Knetgegenelement die ein Seite des Scheibenelementes abstreift und das zweite die Gegenseite.

9. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Knetgegenelemente (27.1, 27.2) als Gabelelement (43) spiegelbildlich zueinander an dem Fuß (32) angeordnet sind.

10. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheibenelementen (25) zumindest ein Reinigungselement (40) an der Kneterwelle (20) angeordnet ist.

11. Mischkneter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungselement (40) aus einem Stamm (41) mit einem Querbalken (42) besteht.

12. Mischkneter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß vom Reinigungselement (40) und dem Knetgegenelement (27, 43) Zinken (44, 45) abragen, die miteinander kämmen.