DE19800195A1 - Vorrichtung zum Behandeln von fließfähigen Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-B-11 02 534 für die Bearbeitung von im wesentlichen trockenem Schüttgut bekannt geworden. Dabei sind zwei ver­ hältnismäßig kurze, radial in den Trog ragende Messerwellen in relativ großem Ab­ stand voneinander angeordnet, um größere Schüttgutkörner oder -agglomerate zu zerkleinern.

Im allgemeinen werden solche Vorrichtungen relativ schwach befüllt, so daß es aus­ reichend ist, die Bearbeitungswerkzeuge nur im Umfangsbereich des Troges (in der DE-B wird auch von "Mulde" gesprochen) vorzusehen. Dadurch werden die be­ kannten Vorrichtungen im allgemeinen auch relativ schlecht ausgenützt, weil ja je­ weils nur ein kleiner Anteil des Totalvolumens des jeweiligen Troges als Schüttgut vorliegt. Sollen jedoch größere Volumina bearbeitet und damit der Wirkungsgrad ver­ bessert werden, so langen die bekannten Anordnungen nicht mehr.

Besonders bei flüssigen bis pastösen Massen wäre es auch günstig, wenn die Bear­ beitung auch im radial inneren Bereich des Troges erfolgen könnte. Dies ist beson­ ders dann der Fall, wenn es sich um kakaohältige Massen, wie schokoladeartige Massen, Couvertüren, etc., handelt, die nicht nur einer homogenen Durchmischung, sondern auch einer Dispergierung und Homogenisierung bedürfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bearbeitungsintensität, und da­ mit den Wirkungsgrad, einer solchen bekannten Vorrichtung zu steigern und vor al­ lem für die Anwendung auf flüssige bis pastöse Massen, beispielsweise zum Verflüs­ sigen schokoladeartiger Massen, geeigneter zu machen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Während es bei Mischern und Conchen bekannt ist, in wenigstens einem Trog (Con­ chen haben beispielsweise zwei oder drei zusammenhängende Tröge) eine Längs­ welle mit eine Axialbewegung hervorrufenden Bearbeitungswerkzeugen vorzusehen, wird bei der Erfindung, neben dieser Bearbeitung durch die Längswelle, auch noch eine Querbewegung der Masse erzeugt. Da der Trog in Querrichtung normalerweise eine kleinere Dimension haben wird als in Längsrichtung, ergibt sich ein Kreislauf mit relativ kurzer Umlaufzeit, der der Vergleichmäßigung der Bearbeitung äußerst förder­ lich ist. Besonders günstig ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verflüssigen der krümmelig bis pulvrig von Feinmahlwalzen kommenden kakao­ haltigen Massen. Dabei hat es sich gezeigt, daß die Zeit zur Verflüssigung infolge des erhöhten Wirkungsgrades gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen erheblich herabgesetzt werden kann.

Daraus wird aber auch ersichtlich, daß die Art der Behandlung des fließfähigen Gu­ tes durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr verschieden sein kann. Im Falle eines Verflüssigers wird vor allem die Einbringung von Scherkräften eine Rolle spie­ len. Falls es sich beim fließfähigen Gut um körniges Gut handelt, kann das Aufbre­ chen von Agglomeraten eine wichtige Funktion sein. Und in den meisten Fällen wird, mindestens auch, die Mischwirkung von Bedeutung sein.

Dabei können an sich ähnliche Stummelwellen von einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses bzw. Troges hineinragen, wovon die eine Stummelwelle eine Förderung in einer Richtung, die andere in die andere Richtung durchführt, so daß das erfindungsgemäß vorgesehene Paar von Querwellen praktisch von vier einander gegenüberliegenden Stummelwellen gebildet wird. Bevorzugt ist jedoch eine Ausbil­ dung nach Anspruch 2, weil so der Aufbau vereinfacht und die Kosten verringert werden.

Im Prinzip ist es durchaus möglich, die beiden Querwellen in einer zur Längswelle (und zur genannten Symmetrieebene) senkrechten Ebene anzuordnen. Der Wir­ kungsgrad wird jedoch verbessert, wenn die Anordnung nach Anspruch 3 gewählt wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es durchaus möglich, daß die beiden Querwellen (oder wenigstens eine von ihnen) jeweils einen von der Mitte (Symmetrieebene) aus gegen die Umfangswand des Troges gerichtete Strömung erzeugen. Bevorzugt ist jedoch die gegenteilige Anordnung nach Anspruch 4, denn die gegeneinander gerichteten Strömungen unterstützen das Mischen in höherem Maße.

Wenn im Anspruch 5 davon die Rede ist, daß die Paddeln eine Förderschnecke (oder deren Abschnitte) bilden sollen, so brauchen sie deshalb nicht propellerartig verwunden zu sein, vielmehr bestehen sie im einfachsten Falle aus flachen, an der jeweiligen Welle radial abstehenden Platten oder Blechen. Dies gilt hier für die ge­ samte Beschreibung, wo immer von einer schneckenartigen oder schraubenlinien­ förmigen Ausbildung die Rede ist.

Auch wäre es durchaus möglich, wenn die eine Querwelle die Masse im einen Sinne fördert, die daneben liegende andere Querwelle hingegen mindestens zum Teil in einem dazu entgegengesetzten Sinne. Diesbezüglich wird jedoch eine Ausbildung nach Anspruch 6 bevorzugt.

Gerade für die eingangs erwähnten schokoladeartigen, aber auch für andere, insbe­ sondere viskose, Massen ist es vorteilhaft, wenn die Ausbildung im Sinne des An­ spruches 7 vorgesehen wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Be­ schreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in axonometrischer Darstellung;

Fig. 2A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Troges mit der Darstellung von ge­ genüber Fig. 1 abgeänderten Bearbeitungswerkzeugen der Längswelle in Draufsicht samt den durch sie hervorgerufenen Strömungen, wogegen die Querwellen zur Verdeutlichung dieser Bearbeitungswerkzeuge weggelas­ sen sind;

Fig. 2B eine der Fig. 2A ähnliche Draufsicht, jedoch unter Weglassung der Bear­ beitungswerkzeuge der Längswelle und mit der Darstellung der Querwellen mit ihren Werkzeugen;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Trog mit einer Seitenansicht der Querwellen und der durch ihre Bearbeitungswerkzeuge hervorgerufenen Strömungen, wobei die Bearbeitungswerkzeuge der Längswelle weggelassen sind; und

Fig. 4 die Darstellung eines Details aus Fig. 1 mit dem Antrieb der Querwellen.

In einem zylindrischen Trog 1 (Fig. 1) mit zwei einen Kühlmantel bildenden Wänden 1a, 1b ist in bekannter Weise eine Längswelle 2 in an den Stirnwänden (vgl. 1c) in nicht dargestellten Lagern gelagert. Die Drehachse A der Längswelle 2 fällt mit der Längsachse des Troges 1 zusammen. An Stelle einer einzigen, durchgehenden Längswelle 2 könnten auch je eine von je einer der Stirnwände 1c ausgehende Längswelle vorgesehen sein. An der Längswelle 2 sind Bearbeitungswerkzeuge 3 in Form von conchierenden Scherwerkzeugen, d. h. mit schräg zur Tangente an die In­ nenfläche des Troges 1 gerichteten Versalbungsstegen jeweils an Armen 4 befestigt. Wie ersichtlich, ist eine ganze Reihe solcher Werkzeuge 3 jeweils mit einem axialen Abstand 5 dazwischen vorgesehen.

Diese axialen Abstände 5 ermöglichen den Einsatz von Querwellen 6, die jeweils paarweise zu beiden Seiten der Längswelle 2 angeordnet sind. Die Fig. 2B und 3 veranschaulichen die räumliche Anordnung dieser Querwellen 6 relativ zur Längs­ welle 2. So zeigt die Fig. 3, daß die beiden Querwellen 6 von oben her über eine et­ wa horizontale Symmetrieebene S hinaus nach unten ragen. Dazu sei aber erläutert, daß die Erfindung nicht auf eine horizontale Anordnung dieser Ebene S beschränkt ist, und daß sie auch nicht unbedingt genau durch die Achse A der Längswelle 2 zu verlaufen braucht. Ferner sich die von oben kommenden Wellen 6 auch nur etwa bis zur Symmetrieebene S erstrecken können oder sogar kurz davor enden, während ein weiteres Paar von von unten kommenden Querwellen ebenfalls nur bis zur Symme­ trieebene S oder kurz davor reichen. Dies würde aber vier Antriebe erforderlich ma­ chen, was durch die gezeigte Ausbildung mit relativ langen Querwellen 6 vermieden wird.

Wenn auch Fig. 1 zwei Paare solcher Querwellen 6 zeigt, so ist die Erfindung weder auf die Anzahl von Paaren von Querwellen 6 beschränkt, noch müssen diese zwangsläufig paarweise vorliegen. Beispielsweise kann mindestens eine dritte Quer­ welle, z. B. als Dissolverwelle mit Zähnen, in den Trog 1 ragen. Auch die Ausbildung der Bearbeitungswerkzeuge kann verschieden sein. Erwähnt wurde eben die Ver­ wendung von Dissolverwellen mit Zähnen. Ferner kann es sich einfach um Förderor­ gane in Form von Schnecken handeln. Bevorzugt ist aber eine Ausführung mit den, besonders aus Fig. 3 ersichtlichen, Paddeln 7a, 7b, die gegenüber der Längsrichtung der Querwellen 6 schneckenartig wenigstens zueinander, gegebenenfalls aber auch in sich, verdreht sind. Dabei ist ersichtlich, daß die Paddeln 7b unterhalb der Sym­ metrieebene S vorzugsweise so verdreht sind, daß sie eine aufwärts gerichtete För­ derströmung entsprechend den Pfeilen 8, also gegen die Symmetrieebene S hin, besitzen, wogegen die oberhalb der Symmetrieebene S gelegenen Paddeln 7a im entgegengesetzten Sinne verdreht sind, so daß sie im Sinne der Pfeile 9 abwärts auf die Symmetrieebene S zu fördern. Im Endeffekt werden also im Bereiche der Sym­ metrieebene S zwei Strömungen aufeinanderstoßen, was zu einer guten Durch­ mischung Anlaß gibt, worauf die so aufeinandertreffenden Ströme sich im Bereiche der Symmetrieebene S radial einwärts gegen die Längswelle 2 und auswärts gegen die Innenfläche des Troges 2 umwälzen werden. Dies ist aber nur eines der durch die erfindungsgemäße Anordnung hervorgerufenen Grundmuster der Strömungen.

Es versteht sich, daß die Erfindung bezüglich dieses Strömungs-Grundmusters weit­ gehende Freiheit läßt. Es könnte beispielsweise die Anordnung so getroffen werden, daß die Strömungen oberhalb und unterhalb der Symmetrieebene S gerade entge­ gengesetzt zur Richtung der Pfeile 8 und 9 verläuft, worauf sie unter der Umlenkwir­ kung der zylindrischen Innenfläche des Troges 1 wieder nach oben zurückkehrt. Fer­ ner wäre es denkbar, eine der Querwellen 6 so zu bestücken bzw. mit einer solchen Drehrichtung zu betreiben, daß sie im Sinne der Pfeile 8 und 9 fördert, wogegen die andere im entgegengesetzten Sinne fördert. Allerdings wird es für die meisten An­ wendungsfälle günstiger sein, wenn die Förderrichtung beider Querwellen 6 gleich ist, wobei die aus Fig. 3 ersichtliche Anordnung besonders bevorzugt wird.

Ein weiterer, bei einer vorteilhaften Ausbildungsform erzielbarer Effekt ist eine Scherwirkung, die sich bei einer Anordnung gemäß Fig. 2B ergibt. Diese Scherwir­ kung ist dadurch bedingt, daß der Abstand der beiden Querwellen 6 und die radiale Länge der Bearbeitungswerkzeuge 7a, 7b so gewählt sind, daß die Werkzeuge 7a (und 7b) ineinandergreifen (wozu sie gegenseitig axial versetzt sind, wie Fig. 3 ver­ anschaulicht) und so zwischen einander die erwähnte Scherwirkung ausüben. Dies ist gerade für schokoladehaltige Massen von besonderem Vorteil, wo die Scherwir­ kung wichtig für die Verflüssigung ist.

Während der Wirkungsradius der Querwellen 6 sich normalerweise nur im Bereiche rund um ihren Durchmesser ergibt, kann der radiale Wirkungsbereich vergrößert werden, wenn die Querwellen 6 in der aus Fig. 2B ersichtlichen Weise entlang einer Ebene E versetzt sind, wobei diese Ebene E senkrecht auf der Symmetrieebene S (Fig. 3) steht, aber einen Winkel α gegenüber der Drehachse A der Längswelle 2 einschließt. Auf diese Weise kann sich die Wirkung jeder Querwelle auch nach der­ jenigen Seite hin entfalten, die von der gegenüber ihr axial versetzten anderen Querwelle 6 in einer Richtung quer zur Drehachse A hin freigegeben worden ist.

Dem oben besprochenen, durch die Querwellen 6 hervorgerufenen Strömungsmu­ ster, insbesondere entsprechend den Pfeilen 8 und 9, kann zur weiteren Verbesse­ rung der Mischwirkung ein axiales Strömungsmuster überlagert werden, wie es aus Fig. 2A ersichtlich wird. Dabei sind auf der Längswelle 2 Ausschnitte einer Schrau­ benlinie bildende innere Werkzeuge 3a mit Förderung in Richtung eines Pfeiles 10, und auf diesen wieder äußere, Ausschnitte einer Schraubenlinie bildende Werkzeuge 3b vorgesehen, die in die jeweils entgegengesetzte Richtung, entsprechend den Pfeilen 11, fördern. Durch die gezeigte Umlenkung an der Stirnwand 1c des Troges 1 im Sinne der Pfeile 10a ergibt sich ein zweiter Kreislauf bzw. ein zweites Strömungs- Grundmuster, das zusammen mit dem erstgenannten Strömungsmuster entspre­ chend den Pfeilen 8 und 9 (oder entgegengesetzt) eine synergetisch bewirkte Ab­ wandlung ergibt, die sich sogar im Zuge der Bearbeitung immer wieder ändern kann, und die daher eine besonders homogene Durchmischung ergibt.

Im Zuge dieses Zusammenspiels der Strömungs-Grundmuster werden, wenigstens im dargestellten Ausführungsbeispiel, die Bearbeitungswerkzeuge 7a, 7b der Quer­ wellen 6 das zu behandelnde Gut von der Peripherie des zylindrischen Troges 1 zur Mitte, d. h. zur Symmetrieebene S, hin fördern, während gleichzeitig die Längswelle 2 das sich im Bereiche der Symmetrieebene S ansammelnde Produkt mittels ihrer Be­ arbeitungswerkzeuge, insbesondere der Werkzeuge 3a und 3b, übernimmt und axial in Richtung der Pfeile 10, 11 zu den Stirnwänden 1c Troges 1 hin fördert. Dort aber wird das Produkt wiederum umgelenkt (vgl. die Pfeile 10a) und in einem weiteren Kreislauf entlang der Zylinderperipherie des Troges 1 wiederum den Querwellen 6 zugeführt. Im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind daher die Bear­ beitungswerkzeuge 3a, 3b der Längswelle 2 derart ausgebildet, daß die der Längs­ welle 2 nahen Werkzeuge 3a die zu bearbeitende Masse in der einen Richtung, näm­ lich in der in Fig. 2A gezeigten Troghälfte axial nach außen gegen die Stirnwand 1c hin fördern, wogegen die der Zylinderwand des Troges 1 nahen Bearbeitungswerk­ zeuge 3b in dieser Troghälfte die Masse axial zur axialen Mitte des Troges zurück fördern. Es versteht sich aber, daß gewünschtenfalls die Förderrichtungen der Werk­ zeuge 3a, 3b und 7a, 7b insgesamt oder nur zum Teil auch umgekehrt werden könnten.

Es versteht sich ebenso, daß die Bearbeitungswerkzeuge der Längswelle 2 im Rah­ men der Erfindung zahlreiche verschiedene Formen annehmen können. So ist bei­ spielsweise im rechten Teil der Fig. 2A eine Kombination mit den oben an Hand der Fig. 1 beschriebenen stegartigen Scherwerkzeugen 3 dargestellt. Auch müßten die Werkzeuge 3a, 3b nicht unbedingt als Ausschnitte einer Schnecke ausgebildet wer­ den, vielmehr könnte man die einander entgegengerichtete Förderwirkung nach den Pfeilen 10 und 11 auch mit vollen Schnecken erreichen. Auch wäre eine Kombination denkbar, bei der beispielsweise die inneren Werkzeuge 3a in der gezeigten Weise als Paddeln ausgebildet sind und an ihren radial äußeren Enden eine volle Schnecke statt der Paddeln 3b tragen und umgekehrt. Die Verwendung von Paddeln 3a bzw. 3b hat aber den Vorteil, daß mehr Platz zur Ausbildung des durch die Querwellen 6 hervorgerufenen Strömungs-Grundmusters verbleibt.

Wie Fig. 1 in Form von Wandungen 12, 13 andeutet, kann der ganze Trog 1 oder nur ein Teil davon in ein etwa von solchen Wandungen gebildeten quaderförmigen Ge­ häuse eingebaut sein. Das Einfüllen der zu bearbeitenden Masse kann dann durch Schächte 14 hindurch erfolgen. Fig. 4 zeigt nun ein Detail des Antriebes der Quer­ wellen 6, der an den Wandungen 12, 13 angebracht ist. Fig. 1 veranschaulicht hier­ zu, daß der Antrieb innerhalb von hohlen Armen 15, 16 verkapselt ist, die in Fig. 4 nicht dargestellt sind. Auch sind in Fig. 1 ein Motor M1 und ein Motor M2 zu sehen, wovon in Fig. 4 der Motor M1 in Draufsicht gezeigt ist. Dieser Motor M1 treibt bei­ spielsweise über einen Keilriemen 17 eine auf einer der Querwellen 6 sitzende An­ triebsscheibe 18. Dabei ist die Welle in einem Hebel 19 gelagert, der seinerseits an der Wandung 12 um ein Schwenklager 20 verschwenkbar ist. Um aber eine Ver­ schwenkung während des Betriebes zu verhindern, ist ein aus zwei Abschnitten über ein Links- und ein Rechtsgewinde 21 zusammengefügter und mittels einer Schraub­ hülse 22 so gespannter Stützhebel 23 vorgesehen, der sich in einem Lager 24 an der Wandung 12 abstützt. Mit Hilfe des so verlänger- und verkürzbaren Stützhebels 24 kann der Riemen 17 nötigenfalls gespannt werden. Eine ähnliche Anordnung ist mit Teilen 18' bis 24' an der zweiten Querwelle 6 vorgesehen, die von einem Riemen 17' angetrieben wird.

Dagegen ist der Antrieb der Längswelle 2 im wesentlichen herkömmlicher Art, wie er beispielsweise auch aus dem Conchenbau bekannt ist, wobei der aus Fig. 1 ersichtli­ che Motor M3 über Keilriemen 25 eine als Aufsteckgetriebe ausgebildeten Antriebs­ anordnung antreibt, wobei zweckmäßig, in an sich bekannter Weise eine Drehmo­ mentstütze vorgesehen ist.

Wenn auch in Fig. 1 nur zwei Paare von Querwellen 6 angeordnet sind, ist es im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, mehr solcher Wellenpaare vorzusehen, es aber gewünschtenfalls auch nur mit einem einzigen Paar bewenden zu lassen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Behandeln von fließfähigen Massen in mindestens einem, wenigstens einen Teilzylinder mit einer Drehachse (A) bildenden Trog (1), in dem mindestens eine entlang der Drehachse (A) verlaufende Längswelle (2) mit Be­ arbeitungswerkzeugen (3; 3a, 3b) und wenigstens zwei quer zu dieser Richtung ver­ laufende Querwellen (6) mit Bearbeitungswerkzeugen (7a, 7b) vorgesehen und an­ treibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwellen (6) zu beiden Seiten der jeweiligen Längswelle (2) vorgesehen sind, und daß die Bearbeitungswerkzeuge (7a, 7b) der Querwellen (6) zu beiden Seiten einer im wesentlichen die Längswelle (2) schneidenden Symmetrieebene (S) für eine Förderung symmetrisch gegenüber dieser Symmetrieebene (S) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eine der Querwellen (6) sich über die Symmetrieebene (S) hinaus erstreckt und somit Bearbeitungswerkzeuge (7a, 7b) sowohl zum Fördern in der einen Richtung relativ zur Symmetrieebene (S), als auch solche zum Fördern in der anderen Rich­ tung relativ zur Symmetrieebene (S) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwellen (6) zu beiden Seiten der Längswelle (2) in einer unter einem schiefen Winkel (α) zur Längswelle (2) liegenden Ebene (E) angeordnet sind, die sich etwa senkrecht zur genannten Symmetrieebene (S) erstreckt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Förderrichtung (8, 9) der Bearbeitungswerkzeuge (7a, 7b) der Querwellen (6) gegen die Symmetrieebene (S) hin gerichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge (7a bzw. 7b) der Querwellen (6) als eine Förderschraube bildende Paddeln ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Paar von zu beiden Seiten der Längswelle (2) angeordneten Querwellen (6) Bearbeitungswerkzeuge (7a, 7b) mit gleicher Förderrichtung (8, 9) aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge (7a, 7b) der Querwellen (6) zur Er­ zeugung einer Scherwirkung ineinandergreifen (Fig. 2B).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge (3a, 3b) der Längswelle (2) minde­ stens zum Teil nach Art einer Schnecke für eine Förderung in Axialrichtung (10, 11) ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bear­ beitungswerkzeuge der Längswelle (2) wenigstens zum Teil einen äußeren, in die eine axiale Richtung (11) fördernden Abschnitt (3b) besitzen, sowie einen inneren, in die andere axiale Richtung (10) fördernden Abschnitt (3a).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge (3a, 3b) der Längswelle (2) mindestens zum Teil als Pad­ deln ausgebildet sind.