DE2830029A1

DE2830029A1 - Selbstreinigender mischer

Info

Publication number: DE2830029A1
Application number: DE19782830029
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Duguet
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1979-05-23
Also published as: IT1096941B; GB2001858A; US4188131A; IT7825463A0; FR2396585A1; GB2001858B

Description

AGENCE NATIONALE DE VALORISATION 6. Juli 1978 DE LA RECHERCHE (ANVAR) _{p 1228} _Al/_Kr

13, Rue Madeleine Michelis
92522 NEUILLY-SÜR-SEINE
Prankreich

Beschreibung

Selbstreinigender Mischer

Die Erfindung betrifft Mischer zum Durchwirbeln und Überführen von Produkten schwacher oder mittlerer Konsistenz wie lose oder körnige Materialien, Pulver, Pasten und/oder Flüssigkeiten geringer oder mittlerer Viskosität.

Es sind selbstreinigende Mischer bekannt mit einem feststehenden Gehäuse, mit mindestens zwei Blättern, deren Querschnitte von mindestens zwei Kreisbögen mit gleicher Länge und gleichem Krümmungsradius begrenzt sind, und mit Einrichtungen, welche die Blätter in Drehung versetzen, wobei die Blätter derart angeordnet und dimensioniert sind, daß ihre Kanten im Verlauf ihrer Drehung den gesamten Bereich der inneren Seitenwand des Gehäuses sowie den Bereich der Seiten eines jeden Blattes abstreichen, und wobei diese Blätter untereinander um den gleichen Winkel konstant ver-

909821/0441

setzt zueinander bleiben, solange sie in gegenseitigem Kontakt stehen.

In bekannten Mischern dieser Bauart ist die Hülse bzw. das Gehäuse zylindrisch ausgebildet, und die Achsen der Blätter sind untereinander parallel.

Man hat bis heute keine solchen Vorrichtungen mit konischer Bauart vorschlagen können, d.h. mit konvergierenden Achsen für die Drehblätter, aufgrund der Konzeptions- und Verwirklichungsschwierigkeiten solcher Vorrichtungen. Die Erfahrung zeigt, daß die für Blätter mit parallelen Achsen vorgesehenen Profile nicht mehr eingesetzt werden können, wenn die Achsen dieser Blätter zueinander geneigt sind. Aufgrund ihrer Definition tragen diese Profile dem Neigungsgrad der Achsen der Blätter keinerlei Rechnung

Die Erfindung ermöglicht solche Konzeptionen und Verwirklichungen mit konischer Bauart, was eine große Anzahl neuer und interessanter Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, wobei kegelstumpfförmige Zufuhrtrichter für Behälter von körnigen, pulverförmiger pastenförmigen, flüssigen oder analogen Mischungen eingesetzt werden.

Die Mischer von konischer Bauart gemäß der Erfindung bringen insbesondere den Vorteil mit sich, jedes Haftenbleiben der zu mischenden Produkte auf den Wänden der Blätter und der Trichter zu verhindern. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß eine ausgezeichnete Homogenität der verwirklichten Mischungen erzielt.

Um die Achsen der Drehblätter in den Mischern der in Frage stehenden Art konvergierend ausbilden zu können, wobei ihr Charakteristikum einer vollständigen Selbstreinigung aufrechterhalten wird, wird dem Krümmungsradius R der Kreisbögen, die den Querschnitt«eines jeden Blattes begrenzen, der Wert

KD 1 — "K

(m + ) gegeben, wobei der Koeffizient K gleich dem

Kosinus des halben Versatzwinkels zwischen den im gegenseitigen Kontakt stehenden Blättern, D der Durchmesser des Kreises ist,

909821/0441

der von dem Querschnitt eines Blattes während dessen Drehung

2 3 2 durchlaufen wird, und m gleich —

1 + K (2 - K) tg^B

ist, wobei B der Scheitelhalbwinkel, mindestens 5 °, vorzugsweise zwischen 10 und 30 °, der einhüllenden Kegeloberfläche eines Blattes während dessen Drehung ist.

Die Erfindung umfaßt neben dieser grundsätzlichen Anordnung verschiedene andere Anordnungen, die vorzugsweise gleichzeitig eingesetzt und im einzelnen weiter unten erläutert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit geschnittenem Gehäuse eines selbstreinigenden Mischers gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II - II der Fig. 1.

Der Mischer weist einen nach unten konvergierenden doppelkegelförmigen Trichter 1, zwei in diesem Trichter enthaltene Drehblätter 2 und 3 und Einrichtungen auf, um diese beiden Blätter um Achsen X und Y in Drehung zu versetzen, welche in einem unteren Punkt S konvergieren.

Der Trichter 1 besteht aus zwei identischen Drehkegelstümpfen 1₁ und Ij mit den entsprechenden Achsen X und Y und dem Scheitel S, welche sich längs einer vertikalen Ebene P schneiden und untereinander symmetrisch im Verhältnis zu dieser Ebene angeordnet sind.

Der Trichter ist in seinem oberen Teil durch einen Deckel 4 verschlossen, der von öffnungen 5 für die Zufuhr der zu mischenden Produkte durchquert ist/ und an seinem unteren Ende mit einer Entleerungsmanschette für die erzeugte Mischung verbunden. Jedes der beiden Blätter weist die allgemeine Form eines Kegel-

909821/0441

stumpfes mit dem Scheitel S auf, dessen Querschnitt, d.h. senkrecht zur entsprechenden Achse X oder Y betrachtet, durch zwei
Kreisbögen mit dem gleichen Krümmungsradius begrenzt wird.
Anders ausgedrückt ist dieser Querschnitt der Querschnitt einer bikonvexen symmetrischen Linse und die Verbindungspunkte dieser beiden Kreisbögen definieren die geradlinigen Abstreichkanten,
von denen sich eine längs einer Erzeugenden eines der Kegelstümpfe 1- und 1 j erstreckt, welche die innere Oberfläche des
Trichters bilden.

Die Symmetrieebene eines jeden Blattes, welche die beiden
Abstreichkanten dieses Blattes enthält, verläuft durch die
entsprechende Achse X oder Y.

Die Drehachse X oder Y eines jeden Blattes könnte eine Symmetrieachse für dieses Blatt bilden, d.h. mit der Symmetrieachse der verschiedenen Querschnitte des Blattes zusammenfallen. Dies ist jedoch nur für diskrete Werte des Versatzwinkels A wie z.B. 90° möglich. Die beiden Blätter stehen hierbei in einem dauerhaften gegenseitigen Kontakt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist jede Drehachse X oder Y exzentrisch im Verhältnis zur Symmetrieachse des entsprechenden Blattes angeordnet, wobei sie im Inneren des Blattes in der die beiden Abstreichkanten enthaltenden Symmetrieebene verbleibt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Winkelabstand der beiden
Achsen X und Y derart, daß für bestimmte Winkelausschnitte eines jeden Blattes ein gegenseitiger Kontakt zwischen einer der Abstreichkanten E eines Blattes und einer Seite F des anderen Blattes besteht.

Es ist festgestellt*worden, daß unter diesen Bedingungen und unabhängig von der Tatsache, ob die Drehachsen X und Y
exzentrisch oder nicht exzentrisch im Verhältnis zu den entsprechenden geometrischen Achsen sind, dem Krümmungsradius R eines jeden

909821/0441

Kreisbogens, welcher den entsprechenden Querschnitt begrenzt, der durch die Gleichung

R ^ ( m ) 2 m

bestimmte Wert zu geben ist, damit der oben erwähnte gegenseitige Kontakt während der gesamten Dauer des Ablaufens der betrachteten Seite F vor der Kante E aufrechterhalten wird, wobei

A der Versatzwinkel zwischen den beiden Blättern ist, betrachtet in der Ebene des Querschnitts eines der Blätter, wie z.B. in der Ebene der Fig. 2, wobei dieser Winkel zwischen 0 und 180° liegt,

K der Kosinus des halben Winkels A ist,

B der Scheitelhalbwinkel eines der beiden Kegel I₁ und 1- ist,

D der Durchmesser der Einhüllenden eines Blattquerschnittes ist, wie z.B. diejenige des in Fig. 2 dargestellten Blattes 2, und

m durch die Gleichung

_m = 1 - K + (1 - 2 K² + K³) tg² B

1 + K (2 - K) tg² B bestimmt ist.

Diese Gleichheit der Krümmungsradien sollte im Umfang der gewöhnlich auf dem vorliegenden Gebiet zugelassenen Toleranzen, welche im allgemeinen in der Größenordnung eines Bruchteils eines Millimeters liegen, eingehalten werden.

Wie für die Ausführungsformen mit parallelen Achsen ergibt sich nicht nur eine vollständige Selbstreinigung der Innenseite des Trichters 1, sondern ebenfalls der Außenseiten der Blätter, wenn der Mischer durch Drehung der Blätter in Betrieb genommen wird.

909821/0441

Insbesondere wird keinerlei Verklemmung der Vorrichtung und
keinerlei lokale Ablagerung von zu mischenden Produkten auf den
Oberflächen, welche sie führen, festgestellt.

Wenn Blätter der zentrierten Bauart mit dauerhaftem gegenseitigem Kontakt zwischen den beiden Blättern eingesetzt werden, genügt
es, die Blätter mit der gleichen Geschwindigkeit anzutreiben, um die in Frage stehende Funktion zu gewährleisten.

Diesem Vorteil eines relativ einfachen Antriebs steht eine relativ große Rauminsanspruchnahme des inneren Volumens des Trichters durch die Blätter gegenüber,derart, daß der Gesamtausstoß der zu mischenden Materialien relativ gering ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform mit
exzentrischen Blättern ist das im Inneren des Trichters für die
zu mischenden Materialien zur Verfügung stehende Volumen relativ groß. Der gegenseitige Kontakt zwischen den Blättern wird jedoch periodisch unterbrochen,und wenn mach sich damit begnügt, die
Blätter mit identischen Geschwindigkeiten anzutreiben, ist nur
eine Seite eines jeden Blattes einer selbstreinigenden Abstreichung unterworfen.

Um diese Unzulänglichkeit zu vermeiden und eine vollständige
Abstreichung beider Seiten eines jeden Blattes zu gewährleisten, wird entsprechend einer vorteilhaften Anordnung der Erfindung
der gegenseitige Versatzwinkel der beiden Blätter während der
Abwesenheit eines gegenseitigen Kontaktes umgekehrt, indem eines der beiden Blätter im Verhältnis zum anderen vorübergehend beschleunigt (oder verlangsamt) wird und die beschleunigten (oder
verlangsamten ) Blätter im Verlauf aufeinanderfolgender Abschnitte fehlenden gegenseitigen Kontaktes abwechselnd ausgetauscht werden.

Hierdurch genügt es bei der beschriebenen Ausführungsform, daß ein Blatt während des Zeitabschnittes fehlenden gegenseitigen Kontaktes den dreifachen Winkel wie das andere Blatt beschreibt.

909821/0441

Unter dieser Hypothese stellt man genauer Zyklen fest, wobei jeder Zyklus zwei Umdrehungen für jedes Blatt enthält und vier aufeinanderfolgende Zeitabschnitte aufweist, d.h.:

- einen ersten Zeitabschnitt mit gegenseitiger Abstreichung, welcher einer Wxnkelverschiebung von 2t - 2A mit gleicher Geschwindigkeit für die beiden Blätter entspricht, die gegenseitig um den Winkel A versetzt sind,

- einen zweiten Zeitabschnitt fehlender Abstreichung,

in welchem eines der Blätter einen Winkel A beschreibt, während das andere Blatt einen Winkel 3A beschreibt,

- einen dritten Zeitabschnitt mit Abstreichung, welcher einer erneuten Winkelverschiebung um 2ff- 2A mit gleicher Geschwindigkeit für die beiden Blätter entspricht, die nunmehr untereinander um den Winkel - A versetzt angeordnet sind,

- und schließlich einen vierten Zeitabschnitt fehlender Abstreichung, in welchem das erste oben erwähnte Blatt einen Winkel 3A beschreibt, wohingegen das andere Blatt einen Winkel A beschreibt.

Die den beiden Blättern aufeinanderfolgend auferlegten Geschwindigkeitsänderungen können stufenlos sein und mit Hilfe eines geeigneten Drehzahlwandlers erzeugt werden. Andererseits können sie auch diskontinuierlich sein und mit Hilfe einer Vorrichtung zur Veränderung der Drehzahl erhalten werden.

Der Antrieb der Blätter kann in jeder gewünschten Weise vorgenommen werden.

Insbesondere kann ein konisches Antriebsrad eines zentralen Motors mit vertikaler Achse verwendet werden, das zwei konische Ritzel antreiben kann, die jeweils fest mit den beiden Blättern

909821/0441

verbunden sind und als Planetenräder arbeiten, wobei das Gehäuse die Form eines Drehkegelstumpfes aufweist.

In Fig. 1 sind Zapfen 7 und 8 mit den Achsen X und Y dargestellt, die jeweils fest mit den Blättern 2 und 3 verbunden sind und in Wälzlagern 9 und 10 mit axialem Anschlag, die ihrerseits von der Abdeckhaube 4 getragen werden, gelagert und fliegend angeordnet sind.

Es können selbstverständlich andere Zapfen und Lager an der Basis der Blätter vorgesehen werden, derart, um eine fliegende Anordnung zu vermeiden. Hierdurch würden jedoch die Möglichkeiten der Strömung der erhaltenen Mischung aus dem Trichter beschränkt.

Obwohl in der Zeichnung Vollblätter dargestellt sind, können diese teilweise ausgespart werden, insbesondere, um ihnen die in der Mischungstechnik klassische "Z"-Armform zu geben. Dies geht auf Kosten einer unvollständigen Selbstabstreichung, die jedoch häufig ausreichend sein kann.

Es ergibt sich aus den oben gemachten Ausführungen, daß, wenn man sich in die Ebene der Fig. 2 versetzt, der Winkel, unter welchem man die mittlere Einschnürung des doppelkegelförmigen Trichters von dem Punkt aus, an welchem die Achse X diese Ebene durchstößt, betrachtet, gleich A ist und daß der Abstand d zwischen diesem Punkt, an welchem die Achse X die betrachtete Ebene durchstößt, und der Schnittlinie dieser Ebene mit der Ebene P gleich KD/2 ist.

Bei einer vollständig zufriedenstellenden Ausführungsform war der Winkel A z.B. 114° und der Winkel B 15°, was für den Krümmungsradius einen Wert von 0,51 D, für den freien Querschnitt des Inneren des Trichters einen Wert in der Größenordnung von 87 %

und für die Neigung einer jeden der Achsen X und Y zur Vertikalen einen Wert von 8 1/4° ergibt, woraus sich ein gesamter öffnungswinkel des Trichters von 46 1/2° ergibt.

909821/0441

Wie sich von selbst versteht und wie sich auch aus dem Vorhergehenden ergibt, ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die dargestellte beschriebene Ausführungsform beschränkt. Sie umfaßt vielmehr alle dem Durchschnittfachmann zugänglichen Abwandlungsformen, insbesondere

- solche Ausführungsformen, bei welchen die Anzahl der jeden Blattquerschnitt begrenzenden Kreisbögen größer als 2, insbesondere gleich 3 ist, wobei die in Frage stehenden Querschnitte die Form von gleichseitigen Dreiecken mit gewölbten Seiten aufweisen,

- solche Ausführungsformen, bei welchen die Anzahl der Blätter größer als 2 ist, insbesondere gleich 3, 4, 5 oder 6,

- solche Ausführungsformen, bei welchen die allgemeine Ausrichtung der Achse des Trichters von der Vertikalen abweicht und z.B. schräg ist,

- solche Ausführungsformen, bei welchen die Abstreichkanten schräg abgeschnitten oder verdickt sind, um ihre mechanische Zerbrechlichkeit zu verringern, wobei die oben angeführten Maßnahmen auch für diesen Fall die Aufrechterhaltung einer vollständigen Selbstreinigung ermöglichen, und

- solche Ausführungsformen, bei welchen jedes Blatt nicht nur von einem Kegelstumpf, sondern von mehreren aufeinander aufgesetzten Kegelstümpfen gebildet wird.

9Q9821/0441

Leerseite

Claims

DOST & ALTENBURG PATENTANWÄLTE WOLFeANS DOST, OR. RER. NAT., DIPU-CHEM. UOO ALTENBURG, DlPL.-PHYS. 8 MÜNCHEN 8O TELEFON: TELESRAMME: TELEX: SALILEIPLATZ 1 Ο89-Θ8 66 64 SALiLEiPAT München O5-22791 luscod Datum: 6. Juli 1978 P 1228 Al/Kr Patentansprüche

1. Selbstreinigender Mischer mit einem feststehenden Gehäuse, mit mindestens zwei Drehblättern, deren Querschnitt von mindestens zwei Kreisbögen mit gleicher Länge und gleichem Krümmungsradius begrenzt ist, und mit Einrichtungen, welche die Blätter in Drehung versetzen, wobei die Blätter derart angeordnet und dimensioniert sind, daß ihre Kanten im Verlaufe ihrer Drehung alle inneren Seitenwände des Gehäuses sowie die Seitenwände eines jeden Blattes abstreichen, und wobei diese Blätter untereinander um den gleichen Winkel A konstant versetzt zueinander bleiben, solange sie in gegenseitigem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenseite des Gehäuses (1) und die Außenseiten der Blätter (2, 3) Kegelstümpfe mit dem gleichen Scheitelpunkt (S) bilden, die Drehachsen (X, Y) der Blätter durch diesen Scheitelpunkt verlaufen und der Krümmungsradius R durch die Gleichung:

KD

R =

(m +

1 - K
m

gegeben ist, wobei

909821/0441

K = cos —=— ist, D der Durchmesser des Kreises ist, der von dem Querschnitt eines Blattes während dessen Drehung durchlaufen wird und m durch die Gleichung:

(2) m =

1 - K + (1 - 2 K² + K³) tg² B 1 + K (2 - K) tg² B

gegeben ist, wobei B der Scheitelhalbwinkel, mindestens 5°, der einhüllenden Kegeloberfläche eines Blattes während dessen Drehung ist.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel B zwischen 10 und 30° liegt.

3. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Blätter durch die Symmetrieζentren der Querschnitte der Blätter verlaufen.

4. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kreisbögen, welche den Querschnitt eines jeden Blattes (2, 3) begrenzen, gleich zwei ist und die Drehachse (X, Y) eines jeden Blattes exzentrisch im Verhältnis zum Symmetriezentrum des Querschnitts dieses Blattes, aber in der die Kanten des Blattes enthaltenden Symmetrieebene angeordnet ist, daß die Drehantriebseinrichtungen der Blätter derart ausgebildet sind, daß die Rotationsgeschwindigkeit eines der beiden Blätter im Verhältnis zum anderen Blatt vergrößert wird, wenn die Blätter nicht in gegenseitigem Kontakt stehen, derart, daß der gegenseitige Versatzwinkel der beiden Blätter zwischen dem Verlust und der Wiederaufnahme des Kontaktes umgekehrt wird.

5. Mischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen der Blätter derart ausgebildet sind, daß eines der Blätter bei fehlendem gegenseitigen Kontakt der beiden Blätter einen Winkel durchläuft, der dreimal so groß ist wie der vom anderen Blatt durchlaufene Winkel, und daß das beschleunigte Blatt nach jeder Abstreichung einer Blattseite (F)

909821/0U1

durch eine Kante (E) des anderen Blattes vertauscht wird.

6. Mischer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt (2, 3) derart ausgerichtet ist, daß seine Drehachse (X, Y) ein wenig gegen die Vertikale geneigt und fliegend angeordnet ist auf einem oberen, koaxial zur Drehachse verlaufenden Zapfen (7, 8), der vom Gehäuse (4) mit Hilfe geeigneter Axiallager (9, 10) unterstützt wird.

7. Mischer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen der Blätter ein konisches Zentralzahnrad aufweisen und die Blätter sich um dieses Zahnrad als Planetenräder drehen und daß ihr gemeinsames Gehäuse ein Drehkegelstumpf ist.

8. Mischer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter teilweise ausgespart sind.

9. Mischer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Blätter schräg abgeschnitten oder verdickt sind.

10. Mischer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter aus einem Stapel von selbstabstreichenden kegeistumpfförmigen Körpern bestehen.

909821/0441