DE2428153B2

DE2428153B2 - Antrieb fuer mischwerkzeuge eines mischers, insbesondere heiz- und kuehlmischers fuer die chemische verfahrenstechnik

Info

Publication number: DE2428153B2
Application number: DE19742428153
Authority: DE
Inventors: Hans 4930 Detmold Kimmel
Original assignee: Ausscheidung in: 24 62 443 Günther Papenmeier GmbH u. Co KG Maschinen- und Apparatebau, 4930 Detmold
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1974-06-11
Publication date: 1977-08-18
Also published as: JPS544081B2; DE2428153C3; BR7503658A; DE2428153A1; JPS518668A; FR2274341B1; GB1467616A; FR2274341A1; US4183679A

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Mischwerkieuge eines Mischers, insbesondere Heiz- und Kühlmi-•chers für die chemische Verfahrenstechnik, mit wenigstens einem um eine zu einer Hauptdrehachse •ines Mischwerkes paraHelen Achse umlaufenden rotationssymmetrischen Mischwerkzeug, das aus mehreren parallel zur Hauptdrehachse angeordneten

; Rührstäben besteht und eine planetarische Umlaufbewegung um die Hauptdrehachse ausführt, derart, daß 4er Drehsinn eines das Mischwerkzeug tragenden HischwcrkzeiigtrSgers amgskshri zurs Drehsinn der flotation des Mischwerkzeugs in seinem Lager ist Ein Jolcher Antrieb ist z. B. aus der DT-PS 3 44 764, die eine Rührvorrichtung, insbesondere für Mayonnaisen u. dgl., fchibJbk

vescnrei9t,jDeftannt

,Planetenmischer, zu denen der vorgenannte oder

«ich ein'aus der DT-PS 12 (M 632 bekannter gehören, linben gegenüber jenen Mischern, die lediglich einen im Zentrum des Mischbehülters rotierenden Flügel od.dgl. aufweisen, den Vwrwii, «a» auch in der Näh« der Hauptdrehflchse des Mischwerks, gegebenenfalls also der Behaitermittc, eine beträchtliche Materialumrührung durch das Mischwerkzeug erfolgt.

Man war au/ dem einschlägigen Fachgebiet bisher der Ansicht, daß zur Erzielung besonders guter Mischergebnisse die Drehzahl des Mischwerkzeugs gegenüber der

ίο Drehzahl der Planetenbewegung oder des Behälters

verhältnismäßig hoch sein müsse. Solange keine

Erwärmungseinflüsse zu beachten waren, hat eine

. derartige Betriebsweise auch nicht zu Beanstandungen

"geführt. Soll ein derartiger Mischer jedoch »is

Heizmischer betrieben werden, bei dem die Mischguterwärmung durch innere und äußere Reibungseffekte im Mischgut und zwischen dem Mischgut und dem 'Mischwerkzeug hervorgerufen werden so!!, dann sind -,dem Mischer durch die gebotenen Grenzen hinsichtlich

, μ der Erwärmung des Misch werkzeugs as» dessen äußeren Enden bei den herkömmlichen Mischern sehr bald "Grenzen gesetzt. Andererseits ist das Zentrum des Mischwerkzeugs relativ kühl, so daß sich eine ungleichmäßige Wärmeverteilung im Mischwerkzeug

und Mischgut ergibt. Besonders unangenehm macht sich *dies bemerkbar, wenn durch die Materialerwärmung chemische oder physikalische Umsetzungsvorgänge hervorgerufen werden sollen, die dann infolge der ungleichmäßigen Wärrneverteüung ungleichmäßig ablaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art anzugeben, der es sicherstellt, daß an allen Punkten, an denen das Mischgut mit dem Mischwerkzeug in Berührung kommt,

die für die Erwärmung maßgebliche Aufprallkomponente gleich groß ist

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß die Winkelgeschwindigkeit des Misch Werkzeugträgers im wesentlichen den gleichen Betrag wie die

Winkelgeschwindigkeit, mit der das Mischwerkzeug umiäuft, aufweist

Betrachtet man sich einen Mischer, der mit einem solchen Antrieb ausgerüstet ist und stellt man sich den Mischbehälter feststehend vor und legt man die Hauptdrehachse des Mischwerks, wie es günstigerweise der Fall sein wird, in die Behälterachse und verfolgt man die Bewegung des Mischwerkzeugs um die Behälterachse, so sieht man, daß das Mischwerkzeug scheinbar überhaupt kein.; Drehbewegung ausführt Ein einzelner Punkt auf dem Mischwerkzeug beschreibt exzentrisch um die Behälterachse eine kreisförmige Bahn. Dies ist auch der Grund, weshalb man als Mischwerkzeug nicht Flügel oder Rechen verwenden kann, da sich r,n ihnen nicht in jeder Lage beim Mischgutaufprall die geforderten Bedingungen einstellen können und sie auch nicht den gesamten Behälterquerschnitt erfassen können. Es ist daher notwendig, daß das Mischwerkzeug aus einer Vielzahl von auf wenigstens einem zur Rotationsachse des Mischwerkzeugs zentrischen Kreis ring in vorzugsweise regelmäßigen Abständen angeord neten Stäben besteht, die sich paraüe! zu den Rotationsachsen erstrecken. Wenn M?r «on Behälterquerschniu die Rede ist, so ist damit immer nur der von einem einzelnen Mischwerkzeug Qberstrichene Quer schnitt des Behälters gemeint

Die nachfolgenden Betrachtungen gelten, wie schon die vorausgegangenen unter der Annahme, daß die Hauptdrehachse des Mischwerks mit der

De gemäß der Erfindung das Mischwerkzeug um »eine Rotationsachse bei einem einzelnen Planetenumlauf selbst nur eine einzige Umdrehung ausführt, gestaltet sich der Antrieb besonders einfach. Es genügt eine einfache getriebestarre Verbindung zwischen der Antriebsachse des Misfihwerkzeugs und der Behölter- »chse So können z, B. auf der Achse des Mischwerkzeug! und der Behälterachse je ein Zahnrad von itjnander gleicher Größe befestigt sein, die bejde in einem gemeinsamen« frei laufenden V'jrbindungszahnrad kämmen, das an dem Träger gelagert ist, der die BehiUterachsc und die Mischwerkzeugachse miteinander verbindet und mit dem Mischwerkzeug umläuft. Es "ist aber auch möglich, auf beiden Achsen je eine Riemenscheibe einander gleichen Durchmessers zu befestigen und um diese einen Riemen zu führen, wobei Riemenscheiben und Riemen zweckmäßigerweise jezahnt sind. Diener Riemen bewirkt nach Art einer Parallelogrammführung, daß sich die Achse des Mischwerkzeugs in bezug auf die Achse des Behälters bei der Planetenbewegung selbst nicht dreht. Stellt man sich das Mischwerkzeug von oben gesehen als eine , Kompaßrose vor, dann zeigt beim Umlauf um die ßehalteraehse dessen Nordpol stets nach Norden. An diesem Beispiel wird der Unterschied des ei iindungsge- _ mäßen Mischers gegenüber den bekannten Mischern besonders deutlich.

Ein weiterer wichtiger Vorteil gegenüber den bekannten Antrieben liegt bei der Erfindung darin, daß * bei gleichen Behälterabmessungen und gleichen maximalen Aufprallgeschwindigkeiten zwischen Mischgut und Rührstäben die dem Mischgut zum Zwecke der Erwärmung /.ufQhrbare kinetische Energie bei Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebs dreimal so hoch ist wie bei Mischern mit bekannten Antrieben.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriabs liegt darin begründet, daß die einzelnen Rührstäbe des Mischwerkzeugs während eines Umlaufs auf der Planetenbahn von dem Mischgut von allen Seiten umspült werden, weshalb es nicht zu Schattenbildungen und Mischgutanlagerungen an den Rührsiäben kommen kann. Damit ist eine lästige Begieiterscheinung der meisten bekannten Mischer vermieden.

Die Erfindung, ihre Wirkungsweise und vorteilhafte Ausgestaltungen seien unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Mischwerkzeug zur Verwendung in einem mit dem erfindungsgemäßen Antrieb ausgestatteten I Mischer,

Fig.2 eine Prinzipdarstellung von Mischwerkzeug und Mischbehälter von oben gesehen,

Fi g. 3 bis 5 graphische Darstellungen bezüglich der Auf pi allvektoren bei verschiedenen Ausführungsformen von fviischem, die mit erfindungsgemäßen Antrieben versehen sind,

F i g. 6 und 7 Prinzipdmtsllungen für Ausführungsfonnen von getriebestarren Kupplungen zwischen der Mischbehälterachse und der Antriebsachse des Mischwerkzeugs von oben gesehen.

Ein Mischwerkzeug, dessen Antrieb «n der eriindungsgernilßsn Weise erfolgen soll, ist perspektivisch in Fig 1 dargestellt Dieses Mischwerkzeug 1 besteht aus einer Vielzahl von Stäben 2, die auf einer Mehrzahl von Kreisringen konzentrisch um die Rotationsachse 4 des Misch Werkzeugs in; gleichmäßigen Abständen angeordnet sind Und parallel zur Drehachse 4 verlaufen. Die Stäbe 2 sind vorzugsweise nur oben von einer krcidförmigen Platte 3 getragen. Beim Herausheben des Mischwerkzeugs aus dem Behalter kann -dann <las Mischgut von den freien Enden «'er Stube % gut abfallen, z, B. abtropfen.

F i g. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der gegenseitigen Anordnung von Mischwerkzeug 1 und Behälter 5 bei einem mit einem erfimtongsgemäßen Antrieb ausgerüsteten Mischer. In der Zeichnung ist im Behälter S nur ein einziges Mischwerkzeug I dargestellt, es sei jedoch

ίο betont, daß bei den dargestellten Abmessungen diametral gegenüber dem einen Mischwerkzeug zweckmäßigenveise noch ein zweites im Behälter angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Mischwerkzeugs etwa die Hälfte des Behälterdurchmessers D. Die Exzentrizität e der Achse P des Mischwerkztugs I ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dann etwa D/A. Das Mischwerkzeug 1 berührt somit annähernd die Achse O des Mischbehälters S und die Innenwand 6 am Punkt R, Die

μ Bewegungsrichtung der Planetenbewegung der Achse P

und die Rotationsnchtung des Mischwerkzeugs 1 um seine Achse P sind durch entsprechende Pfeile in F i g. 2 dargestellt.

F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Größe

der Aufprallvektoren, wie sie an einem Mischwerkzeug nach den Fig. 1 und 2 auftreten. An der gestrichelten Linie 7 enden diejenigen Vektorpfeils, die sich ergeben, wenn man das Mischwerkzeug mit starrer Achse um die Behälterachse O herumführt. Die Bahngeschwindigkeit hat den Wert O im Mittelpunkt O der Rotationsbewegung und seinen Maximalwert Vpam Punkt Ä,d. h. nahe des Behälterrandes.

Dieser Drehbewegung überlagert ist eine zweite Drehbewegung, deren Drehpunkt P im Abstand von

D/4 von der Behälterachse O entfernt liegt Die Winkelgeschwindigkeit dieser Drehbewegung, die genauso groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit ω der Planetenbewegung, führt zu einer maximalen Geschwindigkeit von Vmi, die sich aufgrund des gewählten Drehsinnes von der Geschwindigkeit, die durch die Planetenbewegung hervorgerufen wird, abzieht Die Enden der Vektorpfeile, die dieser Rotationsbewegung des Mischwerkzeugs entsprechsn, Hegen auf der strichpunktierten Linie 8a. Da sich die Vektoren voneinander abziehen, ergeben sich resultierende Vektoren, die zwischen den Linien 7 und Ba liegen und über den gesamten Halbmesser D/2 des Behälters gleiche Größe haben, wie die Pfeile zwischen den Linien 7 und 8a zeigen. Die resultierende Geschwindigkeit V_r ist genauso groß wie die Bahngeschwindigkeit, mit der die Achse P des Mnchwerkzeugs 1 um die Behälterachse O kreist.

F j g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mischers, bei dem der Durchmesser des Mischwerkzeugs kleiner

SS als beim zuvor beschriebenen Ausfühnmgsbeispiel ist. Eine solche Ausführungsart kommt dort in Betracht, wo die Behälterachse keinen vernachlässigbaren Durchmesser hat, wo beispielsweise der Mischwerkzeugträger an einer Welle gelagert ist die durch einen hohlen Zapfen im Mischbehälter verläuft Die Exzentrizität der Rotationsachse Pdes Mischwerkzeugs ist daher größer als im vo genannten Beispiel, bei gleicher Winkelgeschwindigkeit ist daher die Maximalgcschwmdigkeit VMb, die sich am äußeren Rand des Mischwerkzeugs

⁶S ergibt kleiner als beim vorgenannten Beispiel. Die resultierende Aufprailgflschwindigkeit Vr »st daher größer als beim vorgenannten Beispiel, weshalb in Fig.4 die zueinander parallelen Linien 7 und Bb bei

gleicher Größe von V>:-einen größeren Abstand ,aufweisen als beinf Vorgenannten Beispiel.
--' Fig.5 sehfiiEißiicii zeigf-ein Ausführurigsbeispiel, bei dero4ie Exzentrizität des Mischwerkzeugs kleiner ist als laWHIfePIMircHfJiesser deslMischwferkzeügsalso größer ist als derii'rialßWesserA'des' fBehälteVs. Die Winkelge-/scliwiridigkeijfen von PSänetenttewegung und MischuwSrklzeugaiehung tobei* wiederum-gleiche Größe und sind wieder einander entgegengefichtet Wieder ergebe« sich zwei parallellaufende' Linien 7 und 8cj die Maximälgeschwirtdigkeit %äm äußeren Ende des Mischwerkzeugs ist daher größer als im erstgenannten Beispiet' 'Die resultierende' 'Aufprallgeschwindigkeit V_r ist daher kleiner als in den beiden vorgenannten Beispielen.

■ iMan sieht aus den F ig. 3*bis 5, daß bei Befolgung der von der Erfindung gegebenen Lehre bei beliebigen Extentrizitätisn-e des Mischwerkzeugs Ober den ganzen vom Mischwerkzeug überstrichenen Bereich sich ikonstente Aufprällgeschwindigkeiten an den Rührstäben ergeben, ©ie «diesen !figuren entsprechenden verschiedenen Attsftihrurigsformen bei gegebenen Behälterabmessungen und Drehzahlen jedoch unterschiedliche Aufprallgeschwindigkeifen. Soll daher ein erfindungsgeniäßer Mischer so betrieben werden, daß gerade die maximal zulässige Aufprallgeschwindigkeit an den Rfihistäben erreicht wird, so sind die Drehzahlen im Beispiel nach Fig.4 im Vergleich zum Beispiel nach Fig.3 entsprechend herabzusetzen, im Beispiel nach F i g. 5 entsprechend heraufzusetzen.

Es ist bereits erwähnt worden, daß die Kupplung von Behälterachse und Antriebsachse des Mischwerkzeugs

bei dem erfindungsgemäßen Mischer ta besonders einfacher Weise -möglich isti AusführtingsbjBJspiele hierfür^irid in deWFig.6 und ^dargestellt F*g#> zeigt einejgegeriseitige'Verkuppiüng^vbn'Häuptdre
und Drehachse '4 des^MisOhwerkzeügs ^ übet «eine Zahnradanördnung, bestehend^;'äüs einem- starren, feit tier Behälterächse verbundenen Antriebszahnrad 9 und einem mieder Anfiriebsächse?des*Mischwerkzeügs ί starr verbundenen Ritzel 10 vdrt|gleichem Druchmesser wie das Afttriebszahnrad 9. Beule Zahnräder kämmen mit einem gemeinsamen iZwiscnenzahnrad 1-1, das in dem um die Häüptdrehachse O drehbar; gtslägerten; in der Zeichnung'nicht dargestellten Halteartn für das Mischwerkzeug 1 frei drehbar gelagert ist.

Fig.7 zeigt eine kraftschlüssige Verbindung^ zwiischen der Haüp*Hrehach3e-0 und'der Drehachse 4 des pischwerkze'ugs l^!über'zwei Riemenschejben^;12^ndäli did jeweils stärr-mit den zugehäi^::gen Achsen verbunden sind und gleichen Durchmesser aufweisen. Über diese^ist ein Riemen 14 gelegt Er stellt üSine Verbindung zwischen den Riemenscheiben 12 und 13 her'nach'Art einer'Pärallelogrammführung, die, wie auch'^; in dem Ausführungsbeispiel nach F i g<6;' bewirkt, daß bei der Planetenbewegung in Pfeilrichtsing A sich das Mischwerkzeug 1 in entgegengesetzter Richtung B dreht und somit in bezug auf die Behälterachse überhaupt keine Drehbewegung vollführt

Es ist auch möglich, die Kupplung zwischen

Planetenbewegung und Drehbewegung durch andere

Maßnahmen, z. B. von außerhalb des Behälters her zu

steuern, z. B. durch miteinander synchronisierte Einzeläntriebe.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Patentansprüche:

1. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers, insbesondere Heiz· und Kühlmischers für die· chemische Verfahrenstechnil·, mit wenigstens einem um eine zu einer Hauptdrehßsbse eines Mischwerkes parallelen Achse umlaufenden rotationssymme-

,.'„irischen Mischwerkzeug, das aus mehreren parallel zur Hauptdrtthachse angeordneten Rührstäben _rJ besteht und eine planetarische Umlaufbewegurig um ,die Hauptdrehachse ausführt, derart, daß der I Drehsinn eines das Mischwerkzeug tragenden t°Mischwerkzeugträgers umgekehrt zum Drehsinn '* der Rotation des Mischwerkzeugs in seinem Lager ist, dadurch gekennzeichnet, daß die /Winkelgeschwindigkeit (ω_ρ des Mischwerkzeugträ-"gers im wesentlichen den gleichen Betrag wie die ,, Winkelgeschwindigkeit (w/w), mit der das Mischwerkzeug umläuft, aufweist,

2. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers '''nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen der Hauptdrehachse (0) und der Drehachse _f(4) des Misehwerkzeugs (1) eine getriebestarre ■■f Verbindung besteht.

'" 3. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem um die Hauptdrehachse (0) umlaufenden Misch werkzeugträger die Drehachse (4) des Mischwerkzeugs (1) mit einem starr daran befestigten Ritzel (10) angeordnet ist, wobei das Ritzel mit einem auf dem Mischwerkzeugträger frei laufend gelagerten Zwischenzahnrad (11) kämmt, das seinerseits von einem starr mit der Hauptdrehachse verbundenen Antriebszahnrad (9) angetrieben ist, und daß der Durchmesser für das Ritzet und das Antriebszahnrad gleich groß sind.

4. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hauptdrehachse (0) und der Drehachse (4) des Mischwerkzeugs (I) starr je eine Riemenscheibe (12, 13) einander identischen Durchmessers befestigt sind, um die ein Riemen (14) gelegt ist

5. Antrieb für Mischwerkzeuge eines Mischers nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen (14) und die Riemenscheiben (12, 13) gezahnt sind.