DE19636989A1

DE19636989A1 - Scher- und Mischwerkzeug

Info

Publication number: DE19636989A1
Application number: DE19636989A
Authority: DE
Inventors: Kurt Muentener
Original assignee: Richard Frisse GmbH
Current assignee: Richard Frisse GmbH
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: US5810476A; ITMI962053A1; IT1285473B1; DE19636989B4

Description

Die Erfindung geht von bekannten Mischwerkzeugen sowie bekannten Scherwerk zeugen aus, die an einer Welle befestigt sind, wobei die Welle in einem zumindest teilweise zylindrischem Trog drehbar gelagert ist und die Mischwerkzeuge in durch wegs geringem Abstand von einer Troginnenfläche enden und die Welle Antriebs mittel aufweist.

Derartige Mischwerkzeuge sowie derartige Scherwerkzeuge sind seit Jahrzehnten bekannt und werden meist in weitgehend horizontal ausgerichteten Trögen einge setzt, um Schüttgüter und flüssige Massen jedweder Art zu vermischen oder einer Scherbehandlung zu unterziehen. Diese Gesamtwirkungsweise hat sich für die Be handlung von Schokolade-, Compound- und Füllmassen als äußerst günstig erwie sen.

Stand der Technik für Mischwerkzeuge sind Pflugscharschaufeln, wie sie durch die DE-PS 12 76 986, bekanntgeworden sind. Diese Mischwerkzeuge werden in einer Trommel derart angeordnet, daß eine Produktverteilung im Spalt zwischen dem Mischwerkzeug und der Trommelinnenfläche nicht stattfinden kann. Dies wird am Mischwerkzeug durch einen entgegen der Umlaufrichtung des Schleuderwerks sich öffnenden Freiwinkel erreicht. Um diese Vorgabe zu erfüllen, kann die Bodenwand des Mischwerkzeugs zurückversetzt sein, oder sie ist entsprechend angeschrägt oder das Mischwerkzeug selbst wird schräg angestellt, so daß das Mischwerkzeug eine die Trommelinnenwand abkratzende, reinigende Funktion erhält. Für reine Mischwerkzeuge ist dies nicht von Einfluß, weil die eigentliche Mischwirkung, die die Werkzeuge erfüllen müssen, dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Ebenso Stand der Technik für Mischwerkzeuge sind Wurfschaufeln. Mischwerkzeu ge solcher Art sind sichelförmige, zur Querachse der Wellenachse schräg gestellte, gerade und flache, blattförmige Schaufeln mit durchgehend gleichmäßig geringst möglichem Abstand zur Trommelinnenwand, wobei die der Trommelinnenwand nächst anliegende Schaufelkante logischerweise eine elliptische Kurve sein muß. Diese Mischwerkzeuge werden in einer Trommel derart angeordnet, daß im Spalt zwischen dem Mischwerkzeug und der Trommelinnenfläche das Produkt weder ein gezogen, gepreßt oder geschert wird, sondern vom Mischer vorhergeschoben wird, noch daß gar eine Keilwirkung stattfinden kann. Mit anderen Worten: Es bildet sich kein Scherspalt aus, und damit können nur geringe Materialumstrukturierungen statt finden.

Bekannt sind auch Scherwerkzeuge, die wiederum mehr einen scherenden als mi schenden Einfluß ausüben sollen. Diese Werkzeugen haben über ihre ganze Länge, in Umlaufrichtung der Werkzeuge gesehen, im vorderen Bereich durchgehend einen größeren Abstand zur Troginnenfläche als durchgehend im hinteren Bereich, was eine das Material einziehende Wirkung hervorruft. Allerdings ist bei diesen Werk zeugen die Mischwirkung gering.

Des weiteren ist aus der DE-A-43 44 995 eine Konstruktion bekanntgeworden, die ein Mischwerkzeug, wie eine bekannte Pflugscharschaufel, dahingehend verbessert, daß neben dem Mischvorgang auch Materialumstrukturierungen begünstigt werden. Zu diesem Zweck wird das oder die Mischwerkzeuge, in Umlaufrichtung der Misch werkzeuge gesehen, im vorderen Bereich weiter von der Trommelinnenfläche beab standet als im hinteren Bereich.

Dies führt bei den gedachten Produkten zu einer erheblichen Produktverkeilung, und das einmal im Spalt gefangene Produkt, insbesondere begünstigt durch die bei en ger werdendem Spalt dafür größer werdende Scherfläche, kann bei übermäßiger Beanspruchung kaum mehr der Pressung ausweichen, was bei Suspensionen bis zu einem Mahleffekt für die Feststoffteile führen kann. Die dadurch erzeugte übermäßi ge Reibung kann zu örtlichen Überhitzungen des Produktes führen, was uner wünscht sein kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mischwerkzeug, wie eine bekannte Wurfschaufel, dahingehend zu verbessern, daß neben dem Mischvorgang auch Ma terialumstrukturierungen im zu behandelnden Produkt begünstigt werden, anderer seits aber auch im gleichen Schritt dasselbe Werkzeug als Scherwerkzeug, ähnlich einer bekannten Scherleiste, dahingehend zu verbessern, daß neben dem Schervor gang auch eine beachtliche Mischwirkung erzielt werden kann.

Wichtiges Ziel der Verbesserung ist dabei, bei optimaler Mischleistung eine das Pro dukt noch schonende und trotzdem höchst effiziente Materialumstrukturierung her beizuführen und das Werkzeug so auszubilden, daß bei über die Prozeßzeit sich än dernder Produktrheologie, -struktur und -konsistenz immer wenigstens ein zur zeit abhängigen Struktur des Produktes passender, optimal ausgebildeter Scherspaltab schnitt als Teil der ganzen Länge des Scherspaltes zur Verfügung steht. Des weite ren soll das Produkt keine örtlichen Überhitzungen erleiden, noch soll bei Suspen sionen ein Mahleffekt, wirkend auf die Feststoffanteile, entstehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

- das Scher-/Mischwerkzeug an einem Ende des Rührarmes mindestens eine si chel- und löffelförmige Scher-Wurfschaufel aufweist,
- die Scher-Wurfschaufel von ihrer Sichelspitze zu ihrem Ende gesehen, mit, vor zugsweise variablem, Biegewinkel α kreisbogenförmig oder mit progressiv zu- oder abnehmender Kurve senkrecht zur Längsachse der Scher-Wurfschaufel ge krümmt ist,
- die Außenfläche der Scher-Wurfschaufel ebenfalls gekrümmt ist, wobei der Ab stand zwischen der Troginnenwand und der Außenfläche der Scher-Wurfschaufel von der Sichelspitze gesehen, unter Bildung eines weiteren Winkels γ zwischen den Tangenten an die Außenfläche der Scher-Wurfschaufel und an die Trogin nenwand zunimmt, und
- die Scher-Wurfschaufel einen Ausstellwinkel β zur Längsachse der Welle bildet.

Die Scher-/Mischwerkzeuge weisen eine sichelförmige, im Querschnitt vorzugsweise kreisbogenförmig gebogene, in Längsrichtung vorzugsweise gerade Scher-Wurf schaufel auf, welche in einem Winkel von 1-45° schräg zur Wellenachse mit der Sichelspitze voraus in der Trommel rotieren, wobei der Biegewinkel im Querschnitt der Scher-Wurfschaufel von der Sichelspitze her nach hinten vorzugsweise immer größer wird, so daß die Scher-Wurfschaufel nach hinten eine umgedreht löffelförmi ge Fläche beinahe parallel zur Troginnenfläche bildet und daß mit der Vergrößerung des Biegewinkels α der Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnen wand, z. B. bis zu über 50 mm, immer größer wird (Winkel γ) und daß das über einen Arm mit der Antriebswelle kraftschlüssig verbundene Scher-/Mischwerkzeug vor zugsweise mindestens einen weiteren Arm hat, der mit einem in Drehrichtung wir kenden Wandschaber versehen ist. Es versteht sich, daß gemäß der beschriebenen geometrischen Form der Scher-Wurfschaufel zur optimalen Behandlung unter schiedlichster Produkte mit größer werdendem Biegewinkel gleichzeitig auch der Biegeradius vergrößert oder verkleinert werden kann, ebenso auch, daß die Quer biegung produktabhängig eine degressiv, aber auch progressiv verlaufende Kurve sein kann und daß die Scher-Wurfschaufel in Längsrichtung, zusätzlich zur Quer biegung, von der Sichelspitze her und in der Draufsicht gesehen unter Bildung eines Winkels δ zwischen der Tangente an die Biegung und der Längsachse der Erstrec kung des Werkzeuges gegen die linke oder rechte Seitenwand hin gebogen sein kann.

Ebenso versteht sich, daß produktabhängig zu einer gewünschten Wirkung der am weiteren Arm angebrachte Wandschaber ebenfalls als sichelförmige, jedoch flache, also im Querschnitt nicht gebogene, in Längsrichtung gerade oder aber gegen die linke oder rechte Seitenwand gebogene Wurfschaufel mit gleichbleibenden mini malsten Abstand zur Troginnenwand ausgebildet sein kann.

Die erfindungsgemäße bevorzugte Anordnung des Gegenarmes mit Wandschaber hat den Vorteil, daß bei der Behandlung von klebrigen oder sonst adhäsiven, leicht an der Troginnenwand anhaftenden Produkten, die von der Zentrifugalkraft an die Troginnenwand gepreßte Produktschicht vom nachfolgenden Wandschaber abgelöst wird, so daß die dem Wandschaber wieder nachfolgende Scher-Wurfschaufel beim nächsten Durchgang derselben Stelle andere Produktteile zwischen Scher-Wurf schaufelperipherie und Troginnenwand einer Misch- und Scherbehandlung unter zieht. Des weiteren wird nach Beendigung des Prozesses mit dem Wandschaber eine gute Entleerung mit wenig Produktrückstand sichergestellt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Wandschaber in Form eines Rotors angeordnet, wobei um einen Innenrotor ringförmige Befesti gungselemente in Abständen längs der Rotorachse angeordnet sind und die Scher- Wurfschaufeln bzw. die Wandschaber zwischen den Befestigungselementen gehal ten werden, um einen Außenrotor zu bilden.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Scher-/Mischwerkzeugs zur Troginnenwand hat den Vorteil, daß ein Teil des Produktes, welches bei einer Umdrehung des Scher-/Mischwerkzeuges eine Relativbewegung zur Scher-Wurfschaufel ausführt, und zwar längs der sichelförmigen Scher-Wurfschaufel sowie gleichzeitig quer dazu in axialer Richtung der antreibenden Welle, wegen des zum umgedreht löffelförmi gen Ende des Werkzeuges hin immer größer werdenden Abstandes der Scher- Wurfschaufelperipherie zur Troginnenwand sowie auch wegen des in Richtung der Produktbewegung immer größer werdenden Biegeradiusses durch den Scherspalt, welcher sich durch den jeweiligen örtlichen Abstand der Scher-Wurfschaufelperi pherie zur Troginnenwand ergibt, gepreßt wird. Damit wird ein größtmöglicher Misch- und Schereffekt mit ein und demselben Werkzeug erreicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat die weiteren Vorteile, daß das Produkt äu ßerst schonend behandelt wird, nämlich dadurch, daß der Scher-Wurfschaufel längs gleitende Produktanteile, für welche die Kraft nicht ausreicht, um sie durch den Scherspalt zu pressen, sei es, daß der sich erweiternde Spalt noch zu eng ist oder das Produkt eine noch zu steife Konsistenz hat, sich durch weiteres, längs des Werkzeuges Gleiten der Pressung vorläufig ausweichen können. Damit ist der wei tere Vorteil verbunden, daß es bei Produkten, die während der Prozeßdauer ihre rheologischen Eigenschaften, ihre Struktur oder Konsistenz zeitlich ändern, für den jeweiligen momentanen Zustand des Produktes immer einen in Längsrichtung gese henen Scherspaltabschnitt gibt, der einen in seiner geometrischen Form idealen Scherspalt darstellt. Gleichzeitig verbessert der durch den zur Drehachse gerichtete Winkel der Scher-Wurfschaufel auch die Durchmischung der Masse, weil durch die Drehung des Werkzeuges eine radial auswärts gerichtete Fliehkraft auf das zu be arbeitende Material, wie Schokolademasse einwirkt, die radial einwärts gerichtete Scher-Wurfschaufel aber das von der Innenwand abgenommene Material wieder zurückwirft. Damit wird eine höchst intensive Produktscherung bei gleichzeitig guter Durchmischung erzielt.

Die erfinderische Ausgestaltung der Scher-/Mischwerkzeuge erlaubt nicht nur eine über den Scherspalt ab- oder zunehmende, sondern auch annähernd konstante Krafteinwirkung über die ganze Länge der Scher-Wurfschaufel. Dieser Effekt ist über die physikalische Beziehung

Kraft = Schubspannung im Produkt mal Scherfläche
F = τ · A

und über die Beziehung
Schubspannung = Produktzähigkeit mal Geschwindigkeitsdifferential dividiert durch das Abstandsdifferential

definiert.

Aus dieser zweiten Beziehung ist leicht ersichtlich, daß in der erfindungsgemäßen Anordnung der in einem Trog rotierenden Scher-Wurfschaufel bei Vergrößerung des Abstandsdifferentials dy sich der Ausdruck für τ verkleinert. Wenn τ kleiner wird; muß demzufolge die Scherfläche A in der ersten Beziehung größer werden, sofern die Krafteinwirkung F bei größer werdendem Abstand der Scher-Wurfschaufelperi pherie zur Troginnenwand über die ganze Länge der Scher-Wurfschaufel konstant sein soll.

Aus dieser Beziehung läßt sich aber auch leicht ersehen, daß durch geeignete Bie gung der Scher-Wurfschaufel in ihrem Querschnitt und geeignete zunehmende Be abstandung der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnenfläche von der Sichel spitze weg sowie durch eine eventuelle zusätzliche Biegung der Scher-Wurfschaufel in ihrer Längsrichtung, über die Länge des sich ergebenden Scherspaltes jedwede gewünschte zu- oder abnehmende Krafteinwirkung erzielen läßt.

Demzufolge werden in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Scher-/Misch werkzeuge in Conchiermaschinen zum Conchieren von Schokolademassen sowie Verflüssigermaschinen von Compound- und Füllmassen in der Süßwarenindustrie eingesetzt. Effiziente Conchiermaschinen zeichnen sich bekanntlich dadurch aus, daß ein und dieselbe Maschine in einem Arbeitsgang mehrere verfahrenstechnische Grundoperationen, wie Mischen, Scheren und Belüften, optimal ausführen. Bei Schokolademassen kann damit die Umstrukturierung des pulverförmigen Walzgutes in eine fließfähige Suspension effizient durchgeführt und gleichzeitig die Schokola demassen entsäuert werden, ohne Aromaeinbußen zu erleiden, entstanden durch örtliche Überhitzungen infolge zu hoher Reibung des Produktes. In diesem Zusam menhang ist es ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung, daß die Schokolademas sen einer Scherung im Spalt zwischen Troginnenwand und Scher-Wurfschaufel peripherie unterzogen werden, sofern die Kraft für einen Einzug in den Scherspalt nicht mehr ausreicht oder je nach Auslegung der beschriebenen Form der Scher- Wurfschaufel nur ein Abschnitt des Scherspaltes zeitlich aktiv zur Wirkung kommt, was so auf Grund des Zusammenwirkens der Winkel β und γ eine noch schonende, aber trotzdem effiziente Behandlung von Schokolade-, Compound- und Füllmassen höchster Qualität erlaubt. Damit ist auch trotz notwendiger Scherung und Reibung eine feine, für den Gaumen höchst angenehme Aromabildung verbunden.

Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Die einzelnen Figuren der Zeichnungen zeigen den er findungsgemäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und sind nicht maßstäb lich zu verstehen, wobei die verschiedenen Ausführungsformen nicht als abschlie ßende Aufzählung zu verstehen sind, sondern beispielhaften Charakter haben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeuges mit einer in Längsrichtung geraden, im Querschnitt mit von der Sichelspitze zum umgedreht löffelförmigen Ende hin zunehmendem Biegewinkel kreisbogenförmig gebogenen Scher-Wurfschaufel mit von der Sichel spitze weg zunehmendem Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnenwand zu einer Trommel;

Fig. 2a und 2b eine erfindungsgemäße Anordnung des Scher-/Mischwerkzeuges in Draufsicht, und im Querschnitt durch die Trommel

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie I-I der Fig. 1 und 2b;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und 2b;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 und 2b;

Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 und 2b;

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Seitenriß und im Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 1 und 2b;

Fig. 8a + b eine erfindungsgemäße Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeuges mit einer in Längsrichtung von der Sichelspitze her in der Draufsicht gese hen gegen die linke Seitenwand gebogenen und im Querschnitt mit von der Sichelspitze zum umgedreht löffelförmigen Ende hin zunehmendem Biegewinkel und zunehmendem Radius kreisförmig gebogenen Scher- Wurfschaufel in einer Trommel mit Stirnwand im Querschnitt zur Trom mel und in Draufsicht;

Fig. 9 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie VI-VI von Fig. 8b;

Fig. 10 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie VII-VII von Fig. 8b;

Fig. 11 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie VIII-VIII von Fig. 8b;

Fig. 12 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug im Schnitt entlang der Linie IX-IX von Fig. 8b;

Fig. 13 ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug entlang der Linie X-X von Fig. 8b;

Fig. 14 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung eines Scher-/Mischwerk zeuges mit einer in Längsrichtung geraden, im Querschnitt mit vom um gedreht löffelförmigen Vorderteil weg zum sichelförmigen Ende hin ab nehmendem Biegewinkel kreisbogenförmig gebogenen Scher-Wurf schaufel mit vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil weg abnehmen dem Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnenfläche im Querschnitt zum Trog;

Fig. 15 eine erfinderische Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeuges mit einer in Längsrichtung vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil her in Drauf sicht gesehen, gegen die rechte Seite hin gebogenen und im Quer schnitt mit vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil zum sichelförmigen Ende hin abnehmendem Biegewinkel und abnehmenden Radius kreis förmig gebogenen Scher-Wurfschaufel in einer Trommel mit Stirnwand im Querschnitt zur Trommel und in der Draufsicht; und

Fig. 16 einen Rotor mit mehreren Scher-/Wurfschaufeln bzw. Wandschabern.

Die Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht und im Schnitt ein Scher-/Mischwerkzeug 1, wie es auf einer Welle 2 kraftschlüssig befestigt ist und wie die Welle 2 mit dem Scher-/Mischwerkzeug 1 in einer Trommel 3 angeordnet ist. Mehrere Scher-/Misch werkzeuge 1 auf der Welle 2 bilden einen Scher-/Mischrotor. Mit Pfeilrichtung 4 ist die Drehrichtung des Scher-/Mischrotors angedeutet. Die Werkzeuganordnung setzt sich aus dem Scher-/Mischwerkzeug 1 mit einer Scher-Wurfschaufel 5 an einem Arm 6 und einem Befestigungsring 7 und einem weiteren, gegenüberliegenden Arm 8 mit einem Wandschaber 9 zusammen. Der Arm 6 mit dem Befestigungsring 7 und der Gegenarm 8 ist entweder lösbar an der Welle 2 befestigt (Nut mit Feder), oder der Rührarm 6 mit Befestigungsring 7 und mit Gegenarm 8 ist mit der Welle 2 ver schweißt.

Das in Seitenansicht gezeigte Scher-/Mischwerkzeug 1 zeigt die am Ende des Ar mes 6 ausgebildete, in Längsrichtung gerade Scher-Wurfschaufel 5 wegen der Schrägstellung dieser zu den Erzeugenden der einen Conchentrog bildenden Trom mel 3 bzw. zur Querachse 10 (siehe Fig. 2a und 2b) der Wellenachse 11 nicht in ihrer wahren Länge. Der Befestigungsring 7 mit Gegenarm 8 und mit Wandschaber 9 erscheinen, weil nicht schräg zu einer Hauptachse, in wahrer Länge und Breite.

Die Scher-Wurfschaufel 5 ist in ihrem Querschnitt von der Sichelspitze 12 weg bis zum umgedreht löffelförmig sich ausbildenden, entgegengesetzten Ende 13 mit zu nehmendem Biegewinkel α (siehe Fig. 3 bis Fig. 6) kreisbogenförmig gebogen und ist mit zunehmendem Biegewinkel α mit ihrer Peripherie 14 von der Troginnenwand 15 mit einem Abstande 16 zunehmend beabstandet, der einen Winkel γ zwischen Tangenten T1 und T2 am Außenumfang des Werkzeugblattes 5 und am Innenum fang des Troges 3 ergibt. Der mit größer werdendem Biegewinkel α auch immer größer werdende Abstand 16 von der Scher-Wurfschaufelperipherie 14 zur Trogin nenwand 15 erscheint wegen der Schrägstellung der Längsachse 17 (siehe Fig. 2a und 2b) der Scher-Wurfschaufel 5 zur Querachse 10 der Wellenachse 11 verzerrt und nicht in seiner wahren Größe. Die kreisbogenförmige Biegung im Querschnitt der Scher-Wurfschaufel 5 ist in dieser Seitenansicht nur durch die von der Sichel spitze 12 weg immer zunehmend sichtbare Fläche 18 der Scher-Wurfschaufelblatt dicke ersichtlich.

Daraus ergibt sich aber, daß der immer größer werdende Abstand 16 einem dritten Winkel, nämlich dem Öffnungswinkel γ jeweils zwischen zwei Tangenten T1, T2 am inneren Umfange des Troges 3 bzw. am äußeren Umfang der Schaufel 5. Dieser Winkel γ kann über den Umfang jeweils gleich groß oder aber auch ab- oder zuneh mend sein. In jedem Falle aber wirkt dieser Winkel γ bei der in Fig. 1 gezeigten Dre hung im Uhrzeigergegensinne leistungserhöhend, was die in die Schokolademasse eingebrachte Leistung betrifft, in Uhrzeigerrichtung dagegen einziehend und sche rend.

Demnach ergeben sich beim erfindungsgemäßen Werkzeug drei unterschiedliche Winkel α, β und γ, die an einem einzigen Werkzeug gleichzeitig unterschiedliche Aufgaben bewältigen, nämlich

α) ein Durchmischen in Radialrichtung des Troges 3 entgegen der durch die Drehung nach außen wirkenden Fliehkraft;
β) ein Durchmischen in Axialrichtung des Troges 3; und
γ) Einbringen von Leistung in die Schokolademasse, u. a. durch Scherung.

Dazu ergibt sich auch noch ein Zusammenwirken der Winkel β und γ, das später besprochen werden soll. All diese Aufgaben können durch ein relativ leicht, durch die entsprechende Biegung, herzustellendes Werkzeug bewältigt werden. Die Größe dieser Winkel ist an sich im Rahmen des Fachwissens eines Durchschnittsfachman nes wählbar, doch wird der Winkel α im Durchschnitt etwa 45° (etwa 90° maximal) betragen, vorzugsweise darunterliegen und in den meisten Fällen zwischen 20° und 35° betragen, z. B. 30°. Der Winkel β wird etwa im gleichen Bereiche liegen, aber 45° nicht übersteigen, wogegen γ vorzugsweise kleiner ist und beispielsweise 10° bis 30° beträgt, insbesondere 15° bis 25°. Kleinere Winkel als 10° sind für γ möglich, aber nicht bevorzugt, so daß für diesen Winkel die obigen Maximalwerte von beson derer Bedeutung sind.

Bei in Pfeilrichtung 4 rotierendem Scher-/Mischwerkzeug 1 wird ein Teil des Produk tes bei ausreichender Kraft durch den Scherspalt 16 gepreßt und an die Troginnen wand 15 gedrückt, bei nicht ausreichender Kraft axial weitergeschoben, so daß sie mit anderen Teilen des Produktes vermischt werden. Dies ergibt sich aus einem Zu sammenwirken der Winkel β und γ. An der jeweiligen Stelle haften bleibende Pro duktteile, werden vom der Scher-Wurfschaufel 5 nachfolgenden Wandschaber 9 wieder von der Troginnenwand 15 entfernt, damit beim nächsten Durchlauf der Scher-Wurfschaufel 5 an dieser Stelle wieder andere Produktteile einer Scher-/ Mischbehandlung unterzogen werden.

Die Fig. 2a + 2b zeigen eine Draufsicht, eine Seitenansicht des Werkzeuges im Innenraume 20 der Trommel 3 sowie einen Schnitt durch die Trommel 3 samt ihrer Stirnwand 19. Die Welle 2 ist in den Stirnwänden gelagert, wobei nur eine Stirnwand 19 in Fig. 2a gezeigt ist. Die Lagerung selbst ist stark schematisiert dargestellt. In dieser Draufsicht ist deutlich die Schrägstellung mit dem Winkel β der Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 zur Querachse 10 der Wellenachse 11 oder zu dieser selbst ersichtlich, während der Wandschaber 9 am Gegenarm 8 (siehe Fig. 1) paral lel zur Wellenachse 11 verläuft. Dabei ergänzen die Wirkungen der, beiden Werk zeuge 5 und 9 in ihrer Wirkung einander, wie schon erwähnt wurde. Deswegen ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Werkzeug der einen und der anderen Art über den Umfang einer Conchierwelle 2 verteilt sind.

Die Draufsicht zeigt auch klar die wegen der von der Sichelspitze 12 weg mit zuneh mendem Biegewinkel α (siehe Fig. 3-6) kreisbogenförmigen Biegung des Scher-Wurfschaufelblattes im Querschnitt sich ausbildende, umgekehrt löffelförmige Fläche 21 zum der Sichelspitze 12 entgegengesetzten Ende 13 hin. Die Rundung der Abbiegung ist auch in dieser Draufsicht nur durch die von der Sichelspitze 12 weg zur umgekehrt löffelförmig sich ausbildenden Fläche 21 hin abnehmende Sicht barkeit der Scher-Wurfschaufelblattdickenfläche 18 erkennbar (siehe Fig. 3 bis 6). Mit dem Bezugszeichen 14 ist die Peripherie des Scher-Wurfschaufelblattes be zeichnet.

In Pfeilrichtung 22 ist der Verlauf und die Bewegungsrichtung bei der Relativge schwindigkeit zur wahren Umfangsgeschwindigkeit des Scher-/Mischwerkzeuges 1 (siehe Fig. 1) eines Produktanteiles, welcher nicht durch den Scherspalt 16 gedrückt wird, demnach mehrheitlich nur einem Mischvorgang unterzogen wird, aufgezeigt, und mit Pfeilrichtung 23 ist der Verlauf und die Bewegung eines anderen Produktan teils, relativ zur Scher-Wurfschaufelbewegung, aufgezeigt, welche durch den Scher spalt 16 gepreßt wird, so daß sich dieser Produktanteil demnach mehrheitlich einer Scherung unterzieht.

Die Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 mit der Scher- Wurfschaufel 5 bis kurz nach der Sichelspitze 12 der Scher-Wurfschaufel 5 entge gen der Drehrichtung 4 im Querschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 1 und 2b. Die Scher-Wurfschaufel 5 stellt ein schmales, ebenes Blatt dar.

Die Fig. 4 zeigt das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im Schnitt der Li nie II-II durch die Scher-Wurfschaufel 5 der Fig. 1 und 2b bereits mit kleinem Bie gewinkel α kreisbogenförmig mit determiniertem Radius, quer zur Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 und der Drehrichtung 4 abgeneigt.

Die Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im Schnitt der Li nie III-III der Fig. 1 und 2b im Bereich der Scher-Wurfschaufel 5 mit dem Arm 6 mit bereits größerem Biegewinkel α als im Schnitt II-II von Fig. 2 und Fig. 4 kreisbogen förmig mit dem gleichen determinierten Radius wie in Fig. 4 quer zur Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 und der Drehrichtung 4 abgeneigt.

Die Fig. 6 zeigt das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1 und 2b im Bereiche des bereits umgekehrt löffelförmig ausgebildeten, der Spitze gegenüberliegenden Hinterteils 13 der Scher-Wurfschau fel 5 mit maximalem Biegewinkel α bis zu über 90° mit dem gleichen determinierten Biegeradius wie in Fig. 4 und Fig. 5, quer zur Längsachse 17 der Scher-Wurfschau fel 5 und der Drehrichtung 4 abgeneigt. Mit dem Bezugszeichen 25 ist die Außenflä che der Scher-/Wurfschaufel 5 bezeichnet.

Die Fig. 7 zeigt das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im Schnitt nach der Linie V-V parallel zur bzw. fluchtend mit der Längsachse 17 der Scher-Wurf schaufel 5 und in Draufsicht. Wegen der Schrägstellung der Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 zur Querachse der Wellenachse 11 ist die Schnittperipherie 24 des Troges 3 eine Ellipse.

In der Draufsicht auf die Scher-Wurfschaufel 5 mit ihrem Arm 6 erscheinen ihre wahre Länge und Breite. Der Gegenarm 8 mit dem Wandschaber 9 erscheinen in dieser Draufsicht nicht in ihrer wahren Breite. Der von der Sichelspitze 12 weg, ent gegen der Drehrichtung 4 mit zunehmendem Biegeradius des Scher-Wurfschaufel blattes 5 im Querschnitt zunehmend größer werdende Abstand der Scher-Wurf schaufelperipherie 14 zur Troginnenwand 15, der eigentliche Scherspalt 16 also, ist hier in seiner wahren Größe unverzerrt sichtbar.

Die Fig. 8a, 8b zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung einem Scher-/Mischwerk zeuges 31 und den Schnitt eines Troges 33 mit einer Troginnenwand 45, minde stens einer Stirnwand 49 und einem Innenbereich 50 analog Fig. 2a und 2b. In die ser Ausführung ist die Scher-Wurfschaufel 35, zusätzlich zur Querstellung der Scher-Wurfschaufel 5 der Fig. 1 bis 7 entsprechend dem Winkel β, in ihrer Längs richtung in der Draufsicht, entgegen der Drehrichtung 34 gesehen, zur linken Seite hin gebogen, so daß die Tangente T3 mit der Längsachse 47 einen Winkel δ bildet. Diese Ausführung erzeugt beim Rotieren des Scher-/Mischwerkzeuges 31 in Pfeil richtung 34 am breiteren Ende 43 der Scher-Wurfschaufel 35 auf der Seitenfläche 55 einen Produktstau in Richtung der Längsachse 47, entgegen der Drehrichtung 34, und bewirkt eine zunehmende Krafteinwirkung auf das Produkt in Richtung des sich immer weiter öffnenden Scherspaltes 46 am umgekehrt löffelförmigen Ende der Scher-Wurfschaufel 35 und zwingt damit einen größeren Produktanteil in Pfeilrich tung 53 durch den Scherspalt 46. Diese Ausführung zeigt auch auf, wie durch geziel te Formgebung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen die Krafteinwirkung auf das Produkt gelenkt werden kann. Analog zu den Fig. 1 bis 7 besteht das Scher-/ Mischwerkzeug 31 aus einem Rührarm 36, der die eigentliche Scher-/Wurfschaufel 35 und über einen Gegenarm 38 den Wandschaber 39 trägt. Die Scher-/Wurfschau fel 35 besitzt eine Sichelspitze 42, eine löffelförmige Fläche 51.

Die Fig. 9 zeigt, daß ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug 31, wie auch bei dem Scher-/Mischwerkzeug 1 in Fig. 3, bis kurz nach der Sichelspitze 42 der Scher-Wurfschaufel 35 entgegen der Drehrichtung 34 der Querschnitt entlang der Linie VI-VI von Fig. 8 durch die Scher-Wurfschaufel 35 ein schmales, ebenes Blatt darstellt.

Die Fig. 10 veranschaulicht, daß ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug 31 im Schnitt der Linie VII-VII von Fig. 8b durch die Scher-Wurfschaufel 35 bereits mit kleinem Biegewinkel α kreisbogenförmig mit determiniertem Radius, quer zur Längs achse 47 der Scher-Wurfschaufel 35 und der Drehrichtung 34 abgeneigt, gebogen ist.

Die Fig. 11 zeigt, daß ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug 31 im Schnitt nach der Linie VIII-VIII von Fig. 8b im Bereich der Scher-Wurfschaufel 35 und des Rührarmes 36 mit bereits größerem Biegewinkel α als im Schnitt VII-VII von Fig. 8b und Fig. 10 kreisbogenförmig mit einem determinierten, jedoch größeren Radius als in Fig. 10, quer zur Längsachse 47 der Scher-Wurfschaufel 35 und der Drehrichtung 34 abgeneigt, gebogen ist.

Die Fig. 12 stellt dar, daß das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 31 im Schnitt nach der Linie IX-IX von Fig. 8b im Bereich des bereits umgekehrt löffel förmig gebildeten, in Drehrichtung 34 gesehenen Hinterteils 43 der Scher-Wurf schaufel 35 mit maximalem Biegewinkel α bis zu über 90° mit einem determinierten, jedoch größeren Radius als in Fig. 8b und Fig. 11, quer zur Längsachse 47 der Scher-Wurfschaufel 35 und der Drehrichtung 34 abgeneigt, gebogen ist.

Die Fig. 13 zeigt das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 31 im Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 8b. Das Bezugszeichen 41 stellt die Wellenachse für die Welle 32 dar.

Die Fig. 14 zeigt in einer Seitenansicht und im Schnitt ein Scher-/Mischwerkzeug 61, das auf einer Welle 62 kraftschlüssig befestigt ist und wie die Welle 62 mit dem Scher-Mischwerkzeug 61 in einem Trog 63 angeordnet ist. Mehrere Scher-/Misch werkzeuge 61 auf der Welle 62 bilden einen Scher-/Mischrotor. Mit Pfeilrichtung 64 ist die Drehrichtung des Scher-/Mischrotors angedeutet. Das Scher-/Mischwerkzeug 61 umfaßt eine Scher-Wurfschaufel 65 an einem Arm 66 mit einem Befestigungsring 67 und arbeitet mit einem Gegenarm 68 und mit einem Wandschaber 69 zusammen. Der Arm 66 mit dem Befestigungsring 67 und mit dem Gegenarm 68 ist entweder lösbar an der Welle 62 befestigt (Nut mit Feder), oder der Arm 66 ist mit dem Befe stigungsring 67 und dem Gegenarm 68 mit der Welle 62 verschweißt.

Das in Seitenansicht gezeigte Scher-/Mischwerkzeug 61 zeigt die am Ende des Ar mes 66 ausgebildete, in Längsrichtung gerade Scher-Wurfschaufel 65 wegen der Schrägstellung derselben zur nicht dargestellten Querachse der Wellenachse 71 nicht in ihrer wahren Länge. Der Befestigungsring 67 mit dem Gegenarm 68 und dessen Wandschaber 69 erscheinen, weil nicht schräg zu einer Hauptachse, in wah rer Länge und Breite. Die Scher-Wurfschaufel 65 ist in ihrem Querschnitt vom um gedreht löffelförmigen Vorderteil 73 weg bis zum sich sichelförmig, ausbildenden, entgegengesetzten Ende 72 mit zunehmendem Biegewinkel α kreisbogenförmig ge bogen und ist mit abnehmendem Biegewinkel α mit ihrer Peripherie 74 von der Trog innenwand 75 abnehmend beanstandet. Der mit kleiner werdendem Biegewinkel α auch immer kleiner werdende Abstand 76 von der Scher-Wurfschaufelperipherie 74 zur Troginnenwand 75 erscheint wegen der Schrägstellung der Längsachse der Scher-Wurfschaufel 65 zur Querachse der Wellenachse 71 verzerrt, und nicht in sei ner wahren Größe. Die kreisbogenförmige Biegung im Querschnitt der Scher-Wurf schaufel 65 ist in dieser Seitenansicht nur durch die vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil 73 weg immer abnehmend löffelförmige Fläche 81 der Scher-Wurfschau felblattdicke 78 ersichtlich.

Bei rotierendem Scher-/Mischwerkzeug 61 in Pfeilrichtung 64 wird am umgedreht löffelförmigen Vorderteil fast 73 alles vom Vorderteil erfaßte Produkt und mit abneh mendem Abstand 76 der Scher-Wurfschaufelperipherie 74 von der Troginnenwand 75 noch ein immer abnehmender Teil dessen bei ausreichender Kraft durch den Scherspalt 76 gepreßt und an die Troginnenwand 75 gedrückt. Dort haftenbleibende Produktteile, werden von dem der Scher-Wurfschaufel 65 nachfolgenden Wand schaber 79 wieder von der Troginnenwand 75 entfernt, damit beim nächsten Durch lauf der Scher-Wurfschaufel 65 an dieser Stelle wieder andere Produktteile einer Scher-/Mischbehandlung unterzogen werden. Dieses Spiel der Kräfte zeigt, wie die Winkel β und γ zusammenwirken.

Die Fig. 15 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeu ges 131 und den Schnitt eines trommelartigen Troges 133 mit einer Troginnenwand 145, mindestens einer Stirnwand 149 und einem Innenraum 150. Der Werkzeugsatz ist analog zu den Fig. 1, 8 und 14 aus dem Scher-/Mischwerkzeug 131 an einem radialen Arm 136 mit einer Scher-/Wurfschaufel 135 und aus einem Gegenarm 138 mit einem Wandschaber 139 aufgebaut, wobei das Scher-/Mischwerkzeug 131 auf einer Welle mit einer Achse 141 befestigt ist. Die Scher-/Wurfschaufel ist an einer Längsachse 147 unter einem Winkel β zu einer Querachse 140 angeordnet und um faßt einen Bereich 143 mit einer löffelförmigen Fläche 151.

In dieser Ausführung ist die Scher-Wurfschaufel 135 zusätzlich zur Querverbiegung der Scher-Wurfschaufel 65 von Fig. 14, in ihrer Längsrichtung in der Draufsicht, ent gegen der Drehrichtung 134 gesehen, zur rechten Seite hin gebogen und bildet wie derum einen Winkel δ zur Längsachse 147. Diese Ausführung erzeugt beim Rotieren des Scher-/Mischwerkzeuges 131 in Pfeilrichtung 134 am engeren, sichelförmig werdenden Ende 142 der Scher-Wurfschaufel 135 auf der Seitenfläche 155 einen leichteren Produktabfluß in Richtung der Längsachse 147, entgegen der Dreh richtung 134, und bewirkt eine abnehmende Krafteinwirkung auf das, Produkt in Richtung des immer enger werdenden Scherspaltes 156 gegen das sichelförmige Ende 142 hin und zwingt damit einen kleineren Produktanteil in Pfeilrichtung 153 durch den Scherspalt 156. Diese Ausführung zeigt aber auch, wie durch gezielte Formgebung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen die Krafteinwirkung auf das Produkt gelenkt werden kann.

Die Fig. 16 zeigt eine Anordnung mit mehreren Scher-/Wurfschaufeln 205 bzw. Wandschabern 209. Um einen Innenrotor 210 mit einer Rotationsachse 212 sind mehrere ringförmige Befestigungselemente 211 in Abständen angeordnet. Zwischen den Abständen sind die Scher-/Wurfschaufeln 205 bzw. die Wandschaber 209 an gebracht. Die komplette Vorrichtung bildet somit einen zylindrischen Rotor mit einem Innen- 210 und einem Außenrotor 213, die vorzugsweise mit unterschiedlicher Ge schwindigkeit und/oder Drehrichtung R1, R2 rotieren.

Wenn auch das erfindungsgemäße Werkzeug oben im Zusammenhang mit einem vollzylinderförmigen, als Trommel ausgebildeten Conchentrog beschrieben ist, so versteht es sich, daß die Erfindung mit gleichen Vorteilen an teilzylindrischen Con chentrogabteilen bei Conchen mit mehr als einer Conchierwelle angewandt werden kann, wie solche an sich bekannt sind.

Claims

1. Scher-/Mischwerkzeug (1; 31; 61;1 31), angeordnet an einer in einem we nigstens teilweise zylindrischen Trog (3; 33; 63; 133) koaxial und drehbar gelagerten Welle (2, 32, 62, 132), wobei das Scher-Mischwerkzeug (1; 31; 61; 131) mit der Wel le (2, 32, 62,132) über einen Werkzeugträger (6; 36; 66; 136; 211, 213) eine Ro toranordnung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Scher-/Mischwerkzeug (1; 31; 61; 131) an einer radialen Außenseite des Werkzeugträgers (6; 36; 66; 136; 211, 213) mindestens eine sichel- und löffel förmige Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) aufweist,
b) daß die Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) von ihrer Sichelspitze (12; 42; 72; 142) zu ihrem Ende (13; 43; 73; 143) gesehen, mit, vorzugsweise varia blem, Biegewinkel (α) kreisbogenförmig oder mit progressiv zu- oder abnehmender Kurve senkrecht zur Längsachse (17; 47; 147) der Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) gekrümmt ist,
c) daß die Tangenten (T1, T2) an die periphere Außenfläche (14; 74) der Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) und an die Troginnenfläche (15; 45; 75; 145) einen weiteren Winkel (γ) einschließen, so daß der Abstand (16) zwischen der Troginnenfläche (15; 45; 75; 145) und der peripheren Außenfläche (14; 74) der Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) von der Sichelspitze (12; 42; 72; 142) her gesehen, zunimmt, und
d) daß die Längsachse (17; 47; 147) der Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) einen Ausstellwinkel (β) zur Achse (11; 41; 71; 141) der Welle (2; 32; 62; 132) bildet.

2. Scher-/Mischwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die seitliche Außenfläche (25; 55; 155) der Scher-/Wurfschaufel (5; 35; 55; 135; 205), in Draufsicht und entgegen der Drehrichtung (4; 34; 54; 134) gesehen, zur lin ken oder rechten Seite hin gebogen ist und so die Längsachse (17; 47; 147) der Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135; 205) mit der Tangente (T3) an die stärkste Bie gekrümmung einen weiteren Winkel (δ), vorzugsweise von maximal 30°, insbesonde re minimal 10°, zweckmäßig von 15° bis 25°, bildet.

3. Scher-/Mischwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoranordnung über den Umfang sowohl mindestens eine Scher-Wurf schaufel (5; 55; 135; 205) als auch mindestens ein weiteres Werkzeug (9; 59; 149) aufweist, und daß die Rotoranordnung einen Außen- und einen Innenrotor umfaßt, die vorzugsweise mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Drehrichtung (R1, R2) rotieren (Fig. 16).

4. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß an jedem axialen Ende einer Scher-/Wurfschaufel (205) und/oder eines Wandschabers (209) je ein Werkzeugträger in Form von ringförmi gen Befestigungselementen (211) vorgesehen ist, so daß diese ringförmigen Befe stigungselemente (211) jeweils in einem Abstand längs der Rotorachse (212) ange ordnet sind.

5. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger mindestens einen radial von der Welle (2, 32, 62,132) abstehenden Arm (6; 36; 56) aufweist, an dessen Ende min destens eine Scher-Wurfschaufel (5; 35; 65; 135) angebracht ist.

6. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Scher-Wurfschaufel (35) derart angeordnet ist, daß die Sichelspitze (12, 42) in Drehrichtung (4, 34) und der löffelförmige Teil (13, 43) entgegengesetzt zur Drehrichtung (4, 34) weist.

7. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Scher-Wurfschaufel (35) derart angeordnet ist, daß der löffelförmige Teil (63,143) in Drehrichtung (54, 134) und die sichelförmige Spit ze (62) entgegengesetzt zur Drehrichtung (54, 234) weist.

8. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Winkel nach Merkmal b) durchschnittlich etwa 45° oder darunter bzw. maximal etwa 90° beträgt, vorzugsweise 20° bis 35°, z. B. etwa 30°.

9. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Winkel nach Merkmal c) maximal 30°, insbesondere minimal 10°, zweckmäßig zwischen 15° und 25°, beträgt.

10. Scher-/Mischwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Winkel nach Merkmal d) maximal 45°, beträgt, vor zugsweise 20° bis 35°, z. B. etwa 30°.