DE2336104C3 - Kegelschneckenmischer - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kegelschneckenmischer, dessen sich etwa über die Mischbehälterhöhe erstreckende, um ihre Achse umlaufend angetriebene und nach oben fördernde Mischschnecke am unteren Ende des kegelförmigen Mischbehälters dreh- und schwenkbar gelagert ist und am oberen Ende von einem um die Mischbehälterachse umlaufend angetriebenen, »ich radial erstreckenden Arm drehbeweglich gehalten ist, wobei der Mischbehälter oben mit einer Beschikkungsöffnung und un'en mit einem Entleerungsstutzen versehen ist.

Einem MischprozelJ obliegt die Aufgabe, durch möglichst homogene Vereinigung verschiedener Komtanenten ein Gemenge herzustellen, eine chemische eaktion einzuleiten oder einen Wärmetransport vorzunehmen. Zur Durchführung eines Mischprozesses lind unter anderem Kegelschneckenmischer bekannt, die als Schnellmischer ausgebildet sind und zum Durchmischen und Homogenisieren verschiedener Stoffe dienen, die körnig, pulver- bis pastenförmig oder •uch flüssig vorliegen können. Ein Kegelschneckenmischer besitzt besonders kurze Mischzeiten, die durch eine in einem kegelförmigen Behälter herumlaufende und rotierende Mischschnecke erzielt werden.

Die Erfindung geht von einem Kegelschneckenmischer aus, der ein Miscluverk aufweist, das aus einer Mischschnecke und Dreharmen besteht, wobei das Mischwerkzeug das zu mischende Gut vom unteren Teil des Mischbehälters nach oben fördert und dabei verschiedene Kurven beschreiben kann, beispielsweise einen Kreis entlang der Behälterwandung, eine zyklische Bahn vom Rande des Kegels zur Mitte oder eine stufenlos wählbare Trochoide, die vom Behälterrand zur Behältermitte hin verläuft. Damit wandert die Mischschnecke während ihres Laufes auf einer sich wiederholenden Bahn an der Behälterwandung zur Behältermitte und wieder zurück zur Behälterwand, jede Zone des zu mischenden Gutes wird während eines Umlaufes im Behälter von dem Mischwerkzeug erfaßt und nach drei verschiedenen Richtungen hin umgewälzt. Damit erreicht dieses Mischprinzip in relativ kurzer Zeit eine bestmögliche Mischgüte und, da auf das Mischgut keine Zentrifugalkräfte einwirken, sondern vom Mischwerkzeug nur eine Umwälzung des Mischgutes bewirkt wird, entstehen auch bei sehr unterschiedlichen Schüttgewichten oder Korngrößen keine Entmischungserscheinungen. Durch die kegelförmige Ausgestaltung des Mischbehälters sind auch keine Toträume vorhanden, da (¹Je Mischschnecke jeden Punkt innerhalb des Behälters in sich wiederholenden Zeitabschnitten durchläuft.

Es sind bereits Kegelschneckenmischer bekannt, bei denen sowohl die Mischschnecke als auch der Schwenkarm zur Durchführung kreisender Bewegungen von oben angetrieben werden. Derartige Mischer sind jedoch nur bis zu einem Fassungsvermögen von etwa 2 cbm vorteilhaft, da anderenfalls die Kräfte zu groß werden, die auf die Mischschnecke angreifen. Bei Kegelschneckenmischern mit einem größeren Fassungsvermögen wird der Schwenkarm von oben und die Mischschnecke von unten angetrieben. Hierfür ist die Mischschnecke beispielsweise über ein Kreuzgelenk, das die Kräfte aufzunehmen hat, und über eine elastische Kupplung mit dem unteren Gctriebemotor verbunden. Zur Aufnahme des Kreuzgelenkes dient die kegelige Bunkerspitze, die an den Behälterfuß angeflanscht ist.

Es ist ferner auch bereits ein Kegelschneckenmischer bekannt, bei dem die Mischschnecke so ausgeführt ist. daß die Kräfte in einem sphärischen Lager aufgenommen werden. Sowohl ein Kreuz- als auch ein Kugelgelenk sind besonders dann nachteilig, wenn schwer zu mischende oder chemisch aggressive saure oder basische Stoffe sowie abrasive Komponenten gemischt werden sollen, da mindestens Teile der Gelenke sich im Mischraum befinden, welche diesen Stoffen ausgesetzt sind. Dadurch ergibt sich in nachteiliger Weise ein erhöhter Verschleiß und ein früher Ausfall der gesamten Anlage.

Ein derartiger Kegelschneckenmischer ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 12 62 972 bekannt, dessen Schnecke eine Rotationsachse aufweist die eine Bewegung auf einem Kegelmantel durchführt Hierbei ist es erforderlich, zwei Antriebe vorzusehen wobei der untere Antrieb über ein Kugelgelenk erfolgt das sich in dem Mischraum befindet. Dadurch ergeber sich die oben aufgeführten Nachteile.

Zur Erzielung der Wirkung, welche mit einer auf eine bestimmten Bahn bewegbaren Rotationsachse eine Schnecke erzielt wird, nämlich daß die Schnecke in

Laufe des Bewegungsvorganges zu allen Flächcnieilen des Mischgefäßes gelangt, ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 07 780 auch bereits bekannt, den gesamten Mischbehälter zu neigen und in Rotation zu bringen. Dadurch wird zu den eingangs aufgeführten bekannten Kegelschneckenmischern eint kinematische Ußikehr erzielt, die jedoch aus antriobs- und statischen Gründen äußerst aufwendig ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1949 929 ist ein Kegelschneckenmischer bekannt, dessen Antrieb ic sich unterhalb der Kegelspitze dieses Mischers befindet und bei dem die Antriebsachse in jeder Arbeitslage der Schnecke koaxial zu deren Achse verläuft. Bei diesem Mischer ist jedoch die Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke um ilm; Achse mit der Bewegungsgeschwin- «jigkeit der Achse gekoppelt, so daß sich diese bekannte Mischvorrichtung nicht für solche Stoffe eignet, deren Eigenschaften unterschiedlich sind. Es sind hier erst mit den zu mischenden Stoffen Versuche erforderlich, um das günstigste Übersetzungsverhältnis zwischen der Rotation und den Kreisen der Schneckenrotationsachse festzustellen. Nach dem so ermittelten Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation und den Kreisen der Mischschnecke muß das Planetengetriebe ausgelegt werden, so daß danach diese Werte fest eingestellt bleiben. Damit aber eignet sich die Mischschnecke dann nur noch für Stoffe und Stoffkomponenten einer gleichbleibenden Art, und der Verwendungsspielraum wird somit erheblich eingeengt.

Aus der britischen Patentschrift 5 83 499 ist ein Mischwerkzeug bekannt, welches einen Antrieb aufweist, der mit einer kardanischen Aufhängung versehen

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem mit einer Schnecke ausgerüsteten Kegelschneckenmischer deren von einem Motor angetriebene Rotationsachse ihrerseits bestimmte, von einem weiteren Antrieb bewirkte Bewegungsbahnen durchläuft, vorzuschlagen, die Antriebsteile derartig anzuordnen und auszugestalten, daß diese insbesondere gegen chemisch aggressive, saure oder basische Stoffe geschützt sind.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs aufgeführten Kegelschneckenmischer die Antriebsvorrichtung für die Mischschnecke unterhalb des Mischbehälters koaxial zur Mischschnecke angeordnet und kardanisch aufgehängt ist und daß die Welle der Mischschnecke durch eine im Boden des Mischbehälters von einer elastischen Membrane schwenkbeweglich gehaltene Wellendichtung nach außen geführt ist.

Hierdurch wird der Kegelschneckenmischer erheblich vereinfacht und es lassen sich abrasive und aggressive Stoffe verarbeiten, da sich weder ein Kreuznoch ein Kugelgelenk im Mischraum befindet.

Die Wellendichtung weist in vorteilhafter Weise eine Labyrinthdichtung und eine in einem Stopfbuchsgehäuse befindliche Stopfbuchspackung auf, die von einer Stopfbuchsbrille nach außen verschlossen ist, wobei das Stopfbuchsgehäuse an der Membrane befestigt ist, die ihrerseits mit dem Mischbehälter abdichtend verbunden

Vorteilhaft ist es, zwischen Antriebsmotor und der Welle der Mischschnecke eine elastische Kupplung anzuordnen.

Nach der Erfindung nimmt der Außendurchmesser f>s der Mischschnecke von unten nach oben konisch zu. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist es nach der Erfindung fprner pünstie. wenn der Außendurchmesser der Mischschnecke von unten nach oben proportional zum Querschnitt des Mischbehälters; zunimmt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der einige Ausführungsbeispiele dargesiellt sind. Hierbei zeigt

Fig.! eine Seitenansicht der Anlage mit einem nach der Erfindung ausgebildeten Kegelschneckenmischer, zum Teil aufgeschnitten,

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Anlage, bei der der Kegelschneckenmischer nach der Erfindung mit einem Waagebunker einer Waage kombiniert ist,

Fig. 3 ein Detail der kardanischen Aufhängung des Antriebsmotors für die Drehbewegung des Schneckenmischwerkzeuges um seine Achse,

F i g. 4 ein Detail der kardanischen Aufhängung nach F i g. 3 in Seitenansicht,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die in vergrößerter Wiedergabe dargestellten Staubabdichtung der Waage gemäß F i g. 1 und 2,

F i g. 6 die Abdichtung der Welle der Mischschnecke mit dem kardanisch aufgehängten Antrieb in vergrößerter Darstellung.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Wiegestation und mit 2 ein Kegelschneckenmischer bezeichnet, welche über einen Elevator 3 ( F i g. 2) und einen Schneckenförderer 4 miteinander verbunden sind. Der Waagebunker 5 besitzt eine Komponenteneingabe 6 und ist im oberen Teil mit einer Entstaubungsvorrichtung 7 versehen, die an sich bekannt ist und nicht näher beschrieben wird. Der Waagebunker 5 ist zum Meßwerkraum 8 mit einer Staubabdichtung 9 umgeben, die später an Hand der F i g. 5 näher beschrieben wird. In dem Meßwerkraum 8 befindet sich der Waagebalken 10, auf dem der Waagebunker 5 derart angeordnet ist, daß seine Gewichtsveränderung durch Eingabe eines zu wiegenden Gutes durch eine Lageveränderung des Waagebalkens angezeigt wird. Auf dem Meßwerkraum und vor dem Waagebunker 5 befindet sich zu diesem Zweck der Waagenkopf 11, der mit einer Gewichtsanzeige und einem Drucker versehen sein kann. Der Kegelschnekkenmischer 2 besitzt einen kegelförmigen Mischbehälter 12 mit einer oberen Abdeckung 13, auf dem sich der Antrieb 14 für die Kreisbewegung der Mischschnecke 15 befindet. Ferner ist bei 16 die Abdeckung 13 mit einer Öffnung versehen, die gleichzeitig als Eingang für das vom Elevator 3 geförderte Mischgut und für eine Entstaubungsvorrichtung 17 dient, welche der Entstaubungsvorrichtung 7 auf dem Waagebunker 5 ähnlich ist. Die untere Antriebsvorrichtung 13 zur Erzeugung der Drehbewegung der Mischschnecke 15 wird von einer kardanischen Aufhängung 19 gehalten, die an Hand der Fig. 3, 4 und 6 näher erläutert wird. Mit 20 ist ein Entleerungsstutzen bezeichnet, durch den das im Mischbehälter 12 befindliche Gut z. B. in ein Transportfahrzeug 21 gefördert wird

Mit dieser beschriebenen Anlage kann eine chargenweise Mischung eines beliebigen Gutes erfolgen. Das zu mischende Gut wird hintereinander der Komponenteneingabe 6 zugeführt und nach jeder Eingabe gewogen, so daß die gewünschte Menge der Komponenten exakt bestimmt werden kann. Der Waagebunker ist dabei entsprechend dtr Größe des ober der Mischbehälter ausgebildet.

Nachdem sämtliche Komponenten sich in dem Waagebunker befinden, wird die Schnecke 4 und der Elevator 3 betätigt, welche das Gut vom Waagebunker

in den Mischbehälter 12 fördert. Bereits während dieses Vorganges kann der Antrieb 14 und die Antriebsvorrichtung 18 betätigt werden, so daß der Mischvorgang bereits bei der Füllung des Mischbehälters 12 eingeleitet wird. Durch die Aufnahme sämtlicher Komponenten im Waagebunker wird bereits eine erste Mischung bewirkt. Nach der Füllung des Mischbehälters 12 kann der Waagebunker sogleich zur Aufnahme einer neuen Charge verwendet werden. Mit den Enist.'tubungsvorrichtungcn 7 und 17 wird während der Füll-, Misch- und Entleerungsvorgänge im ganzen System ein leichter Unterdruck erzeugt, so daß keinerlei Staub nach außen dringen kann.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Waagebunker 5 mit dem Mischbehälter 12, welcher demjenigen nach Fig. 1 ähnlich ausgebildet ist, ist auf dem Waagebalken 10 angeordnet, so daß das in ihm befindliche Mischgut gleichzeitig gewogen werden kann.

Durch diese Ausbildungsform entfällt einmal der Waagebunker 5 und zum anderen ein Transport vorgang des Mischgutes vom Waagebunker in den Mischbehälter 12. Bereits bei der Zugabe der einzelnen Komponenten kann dabei der Mischvorgang begonnen werden. Nach beendeter Mischung wird das Gut aus dem Entleerungsstutzen 20 über den Elevator 3 direkt in ein Transportfahrzeug 21 gebracht.

Die F i g. 3 und 4 zeigen Einzelheiten der kardanischen Aufhängung der Antriebsvorrichtung 18 für die axiale Drehbewegung der Mischschnecke 15 nach der Erfindung. Zur Ausführung der Drehbewegung in einer Ebene ist die Drehachse 22 mit ihren Traversen 23 und

24 an dem unteren Teil des Mischgefäßes 12 starr befestigt. Die Achse 22 wird dabei durch Achsstummel

25 und 26 gebildet, auf der jeweils eine Hülse 27 bzw. 28 um die Achse 22 drehbar gelagert ist. An den Hülsen 27 und 28 ist ein Rahmen 29 befestigt, der eine senkrecht zur Achse 22 verlaufende Achse 30 trägt mit der das Motorgestell 31 um diese Achse schwenkbar befestigt ist. Das Motorgestell 31 kann dabei um die Achse 30 eine Pendelbewegung ausführen, wie durch den Pfeil 32 angedeutet ist. Die Achse 30 entspricht dabei der »Null-Grad- bis 180-Grad«-Achse.

Die F i g. 4 zeigt die Anordnung nach F i g. 3, jedoch um 90° geschwenkt. Der Pfeil 33 gibt d^bei die Pendelbewegung wieder, die um die Achse 22 ausgeführt werden kann und welche der »90°- bis 270°«Achse entspricht. Durch die Aufhängung der Antriebsvorrichtung 18 der Mischschnecke 15 in der kardanischen Form wird in an sich bekannter Weise eine Bewegungsfreiheit um 360° gewährleistet, und sämtliche Kupplungs- und Tragelemente können vorteilhaft außerhalb des Mischbehälters 12 angeordnet sein.

Aus Fig.5 geht ein Ausführungsbeispiel einer Staubabdichtung 9 gemäß Fig. 1 und 2 hervor, welche dazu dient, den Außenraum vom Meßwerkraum 8 abzudichten, um gleichzeitig eine Relativbewegung des Waagebunkers beim ersten Ausführungsbeispiel bzw. des Kegelschneckenmischers mit seinem Mischgefäß 12 beim zweiten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Meßwerkraum 8 zu gewährleisten. Die Slaubabdichtung 9 weist dabei ein mit der Wandung 34 des Meßwerkraumes 8 fest verbundenes und nach oben offenes Gefäß 35 auf. welches mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise öl oder Wasser, gefüllt ist In das oben offene Gefäß 35 taucht ein Schenkel 36 eines Winkelstückes ein, dessen anderer Schenkel 37 mit der Wandung des Waagebunkers 5 bzw. mit der Wandung des Mischgefäßes 12 fest verbunden ist. Das Gefäß 35 ist mit einer Abdeckung 38 versehen, welche abnehmbar ausgebildet ist und welche eine Relativbewegung des in das Gefäß eintauchenden Winkelstückes zum Gefäß ermöglicht. Die Wiegeeinrichtung und die Staubabdichtung sind jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.

Fig. 6 zeigt Einzelheiten der Abdichtung der Mischschnecke mit einer Membrane sowie der kardanisehen Aufhängung der Antriebsvorrichtung 18. Die Welle 39 der Mischschnecke 15 ist dabei mit einer Verlängerung durch eine Labyrinthdichtung 40. durch ein Stopfbuchsgehäuse 41, eine Stopfbuchspackung 42 und eine Stopfbuchsbrille 43 geführt und an ihrem Ende befindet sich ein Drucklager 44, dem sich eine elastische Kupplung 45 anschließt. Mit dem Slopfbuchsgehäuse 41 ist eine Membrane 46 befestigt, welche ihrerseits mit der Wandung des Mischbehälters 12 derartig befestigt ist daß eine Abtrennung des Innenraumes des Mischbchälters 12 vom Außenraum gewährleistet ist. Die Membrane 46 besieht vorzugsweise aus einem gummielastischen Kunststoffmaterial, das gegenüber chemisch aktiven Stoffen beständig ist. Wie aus den F i g. 6 ohne weiteres ersichtlich ist, führt die Antriebsvorrichtung 18 auf Grund ihrer kardanischen Aufhängung jede Bewegung aus, die ihr von der Welle 39 durch den Antrieb 14 im oberen Teil des Kegelschneckenmischers auferlegt wird. Dadurch ist es möglich, daß ein Gelenk zur Kraftübertragung von der Antriebsvorrichtung 18 auf die Welle 39 vollständig entfällt so daß sich im Mischbehälter 12 kein empfindliches Element befindet, wie beispielsweise ein Kreuz- oder ein Kugelgelenk, welches wartungsbedürftig ist. Das durch die Antriebsvorrichtung 18 bei der Einschaltung erzeugte Gegendrehmoment wird dabei von der kardanischen Aufhängung abgefangen.

Der obere Antrieb der Mischschnecke 15 kann dabei durch einen Einzelarm erfolgen (s. hierzu Fi g. 1) oder auch durch einen nicht näher dargestellten Doppelarm und in einer Variante dazu mit einem Doppelarm mit Einzelantrieb. Bei einer Einzelarmausführung bewegt der Arm über eine elastische Kupplung nur einen Mischerarm, der zugleich die obere Führung der Mischschnecke darstellt. Die sich ergebende Bahn ist ein Kreis. Bei der Doppelarmausführung wird der äußere Mischraum zwangläufig über die Welle des inneren Mischarms und über einen Schneckenantrieb bewegt. Die sich hierbei ergebende Bahn ist eine bestimmte zyklische Kurve. Wird die Mischschnecke von zwei hintereinandergeschalteten Mischerarmen rrit Einzelantrieben bewegt so ergeben sich als Bahner stufenlos wählbare Trochioden. Bei diesen Beweguiigsformen durchfährt die Mischerschnecke in einer gev» issen Zeit den gesamten Raum des Mischbehälter* in sich wiederholender Weise.

Von Bedeutung ist daß der Bodendurchmesser des Mischbehälters 12 dem Durchmesser der Mischschnekke entspricht. Damit wird das gesamte Mischgut da« sich im unteren Mischgefäßteil befindet zwangsweise nach oben gefördert und durch die gleiche Menge Mischgut ersetzt die durch ihr Eigengewicht nach unter fließt Dabei kann es auch vorteilhaft sein, die· Schneck< des Misch Werkzeuges konisch auszubilden, und zwa mit einer entsprechend zunehmenden Breite nach ober wodurch die Umwälzung nach oben hin ansteigt un< eine schnellere Mischung bewirkt wird, üa sich mit de Gefäßhöhe der horizontale Querschnitt ändert, wird ir oberen Teil des Mischbehälters eine niedrigere Sinkge

schwindigkeit dann auftreten, wenn die Schnecke über ihre Länge gleichförmig ausgebildet ist. Um die Sinkgeschwindigkeit auszugleichen, kann somit die Schnecke entsprechend konisch ausgebildet sein.

Die Anlage nach der Erfindung eignet sich besonders zur Durchmischung von Düngemitteln, welche teilweise sehr aktive Komponenten aufweisen, wie beispielsweise phosphorsaure Substanzen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kegelschneckenmischer, dessen sich etwa über die Mischbehälterhöhe erstreckende, um ihre Achse umlaufend angetriebene und nach oben fördernde Mischschnecke am unteren Ende des kegelförmigen Mischbehälters dreh- und schwenkbar gelagert ist und am oberen Ende von einem um die Mischbehälterachse umlaufend angetriebenen, sich radial erstreckenden Arm drehbeweglich gehalten ist, wobei der Mischbehälter oben mit einer Beschikkungsöffnung und unten mit einem Entleerungsstutzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (18) für die Mischschnecke (15) unterhalb des Mischbehälters (12) koaxial zur Mischschnecke angeordnet und kardanisch aufgehängt ist und daß die Welle (39) der Mischschnecke durch eine im Boden des Mischbehälters von einer elastischen Membrane (46) schwenkbeweglich gehaltenen Wellendichtung (40 bis 44) nach außen geführt ist.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellendichtung eine Labyrinthdichtung (40) und eine in einem Stopfbuchsgehäuse (41) befindliche Stopfbuchspackung (42) aufweist, die von einer Stopfbuchsbrille (43) nach außen verschlossen ist und daß das Stopfbuchsgehäuse an der Membrane (46) befestigt ist, die ihrerseits mit dem Mischbehälter (12) abdichtend verbunden ist.

3. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebsvorrichtung (18) und der Welle (39), der Mischschnecke (15) eine elastische Kupplung (45) angeordnet ist.

4. Mischer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Mischschnecke (15) von i:nten nach oben konisch zunimmt.

5. Mischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Mischschnecke (15) von unten nach oben proportional zum Querschnitt des Mischbehälters(12)zunimmt.