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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Mischen
von Stoffen, insbesondere Kunststoffen, bei dem kontinuierlich pulverförmige, körnige
oder flüssige Rohprodukte zugeführt und das fertige Mischprodukt kontinuierlich
entnommen wird, sowie einen Mischer zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Kontinuierliche Mischer sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.
Zum Stand der Technik wird auf die DE-PS'en 1 188 264, 1 193 016, 1 244 723 und
1 679 865 sowie auf die DE-AS 1 778 436 hingewiesen.
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Ein kontinuierlich arbeitender Mischer bietet den Vorteil, daß er
unmittelbar einer Weiterverarbeitungsmaschine, wie etwa einem Extruder oder einem
Kalander vorgeschaltet werden kann, so daß das Mischprodukt unmittelbar im Mischer
auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur eingestellt werden kann und keine Zwischenerwärmung
zwischen Mischer und Verarbeitungsmaschine notwendig ist.
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Bei einem kontinuierlichen Mischvorgang bereitet es u.U.
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Schwierigkeiten, das Material gleichmäßig und intensiv zu mischen
und insbesondere für eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Mischer zu
sorgen, so daß beispielsweise die Bildung von Wärmenestern vermieden wird. Aus diesem
Grunde wurde auf verschiedene Weise versucht, das Material bei der Zugabe möglichst
direkt an das Mischwerkzeug zu bringen oder durch gesondert eingebaute Werkzeuge
vorzumischen, wie es in der genannten DE-PS 1 188 264 beschrieben wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen
Mischer des Gattungsbegriffes zu schaffen, die eine besonders gleichmäßige Durchmischung
des Produktes und Wärmeverteilung gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs
genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Teil des fertigen
Mischproduktes vor der Entnahme abgezweigt und mit den zugeführten Rohprodukten
vereinigt wird.
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Auch bei herkömmlichen Mischverfahren mag gelegentlich und mehr oder
weniger zufällig der Fall eintreten, daß das Fertigprodukt mit den Rohprodukten
in Berührung gelangt.
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Die Erfindung besteht jedoch darin, gezielt einen Teilstrom des Fertigprodukts
unmittelbar vor dem Austritt aus dem Mischer abzuzweigen und den Rohrprodukten unmittelbar
bei ihrem Eintritt zuzuführen. Dadurch erreichen die Rohprodukte verhältnismäßig
rasch die gewünschte Mischtemperatur, und durch das Umwälzen jeweils eines Teils
des gemischten Fertigproduktes ergibt sich eine noch intensivere Vermischung.
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Der erfindungsgemäße Mischer zur Durchführung des Verfahrens umfaßt
einen im wesentlichen zylindrischen, senkrechten Mischbehälter, in dem sich an einer
senkrecht durch den Behälterboden eintretenden Welle eine Anzahl von Mischwerkzeugen
befindet und in den ein mit der Welle koaxiales Einfüllrohr von oben eintritt, sowie
einen Auslaß für das fertige Mischprodukt im oberen seitlichen Bereich des Mischbehälters
und ist dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Einfüllrohres mit Abstand
durch einen Trichter umgeben ist, und daß am Auslaß ein Leitorgan derart angebracht
ist, daß der gemischte Materialstrom teilweise austritt und teilweise von oben in
den Trichter zurückgeführt wird.
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Der Trichter ist vorzugsweise konisch und in senkrechter Richtung
verstellbar, und das Leitorgan ist ebenfalls in Bezug auf den abgezweigten Materialstrom
verstellbar. Die Mischwerkzeuge sind so ausgelegt, daß nur fertig gemischtes Material
in den oberen Teil des Mischbehälters oberhalb der
Mischwerkzeuge
und damit von oben in den Trichter gelangt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten
Zeichnung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt einen schematischen senkrechten Schnitt durch
einen erfindungsgemäßen Mischer.
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Der erfindungsgemäße Mischer umfaßt einen im wesentlichen kreiszylindrischen,
senkrecht stehenden Mischbehälter 10, der durch einen unteren Behälterboden 12 und
einen oberen Deckel 14 abgeschlossen ist. Die zylindrischen Wände des Mischerbehälters
10 sind als Kühl- oder Heizmantel 16 ausgebildet, da der Mischer sowohl für eine
kontinuierliche Heiß- als auch Kaltaufbereitung von Mischungen aus wenigstens zwei
Komponenten verwendet werden kann.
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In der Zylinderachse ist in den Behälterboden 12 eine mit einem Flansch
versehene Hülse 18 eingesetzt, die zur Aufnahme geeigneter Dichtelemente 20 für
die dynamische Abdichtung des Wellendurchbruches dient. Die Welle 22 ist unterhalb
des Mischbehälters 10 mit einem drehzahlregelbaren Antrieb, z.B. Antriebsmotor verbunden,
auf den später noch einmal eingegangen werden soll.
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Der Deckel 14, der mit dem Mantel des Mischbehälters über eine Dichtung
24 und geeignete, nicht gezeigte Verbindungseinrichtungen verbunden ist, weist eine
koaxial zu der Zylinderachse liegende kreisförmige öffnung auf, deren Rand einen
senkrecht aufragenden, hülsenförmigen Ansatz 26 aufweist. In den Ansatz 26 ist ein
mit einem Flansch versehener kreisförmiger Ring 28 eingesetzt, in dessen kreisförmiger
Mittelöffnung sich ein Einfüllrohr 30 zum Einfüllen der mit A und B bezeichneten
Rohprodukte befindet.
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Das Einfüllrohr 32 läuft innerhalb des Mischbehälters in seinem unteren
Endbereich 32 kegelstumpfförmig nach unten zusammen und liegt mit seinem Ende im
wesentlichen in Höhe des oberen Endes der Welle 22.
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Die Welle 22 trägt in drei übereinanderliegenden Ebenen Mischwerkzeuge
34,36,38, von denen jeweils wenigstens zwei in gleichmäßiger Winkelverteilung in
den einzelnen Ebenen angesetzt sind. Die Mischwerkzeuge 34,36,38 sind im übrigen
in ihrer Winkelanordnung gegenüber den Mischwerkzeugen anderer Ebenen um beispielsweise
900 versetzt.
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Die unteren Mischwerkzeuge 34 weisen eine untere Kontur auf, die der
Kontur des Behälterbodens 12 im wesentlichen entspricht, so daß sie das Produkt
vom Behälterboden abschaben. Die oberen Mischwerkzeuge 38 liegen in ihren radialäußeren
Endbereichen im wesentlichen in der Drehebene oder senkrecht zur Zeichenebene, sind
jedoch in den radial-inneren Bereichen in Drehrichtung schräg nach oben angestellt.
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Dadurch üben sie in den radial-inneren Bereichen einen Sog auf das
Material nach unten aus, während sie in den äußeren Bereichen sowohl nach oben als
auch nach unten drücken.
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Im Ubergangsbereich zwischen dem unteren Ende des Einfüllrohrs 30
und dem oberen Ende der Welle 22 befindet sich ein nach unten kegelstumpfförmig
zusammenlaufender Trichter 40, der einen nicht gezeigten Mechanismus zur senkrechten
Verstellung aufweist. Der Trichter 40 umgibt sowohl das Einfüllrohr 30 als auch
das obere Ende der Welle 22 mit einem gewissen Abstand und endet in einem geringen
Abstand oberhalb der Bahn der oberen Mischwerkzeuge 38. Die Mischwerkzeuge 34,36,38
sind insgesamt so geformt und angeordnet, daß das Produkt im Bereich unterhalb des
oberen Mischwerkzeugs 38 vollständig vermischt wird. Nach vollständiger Durchmischung
wird ein Teil des Mischproduktes durch die oberen Mischwerkzeuge 38 nach oben gedrückt,
wie die nicht näher bezeichneten Pfeile in der Zeichnung andeuten.
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In der oberen linken Ecke des in der Zeichnung dargestellten Mischers
befindet sich ein Auslaß 42 für das Material, dem ein Leitorgan 44, beispielsweise
ein in seiner Winkelstellung verstellbares Leitblech vorgeschaltet ist, durch den
ein beliebig wählbarer Anteil des vor dem Auslaß 42 eintreffenden Mischproduktes
durch diesen entnommen bzw. von oben in den Trichter 40 zurückgeführt werden kann.
Dieser zurückgeführte Anteil des fertiggestellten Mischproduktes trifft unterhalb
des unteren Endes des Einfüllrohres 32 unmittelbar mit den frisch eintretenden Rohprodukten
zusammen und wird mit diesen vermischt.
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In der in der Zeichnung rechten Wand des Mischbehälters 10 befindet
sich ein Temperaturfühler 46, der Steuersignale für den drehzahlregelbaren Antriebsmotor
liefert und dessen Drehzahl so einstellt, daß die Temperatur innerhalb des Mischers,
die von der Drehzahl abhängig ist, auf einem vorgegebenen Wert mit sehr hoher Genauigkeit
festgehalten werden kann.
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Angrenzend an den Auslaß 42 befindet sich ein senkrechtes Austrittsrohr
48, das im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und als oberen Abschluß einen
durchsichtigen -Deckel 50 aufweist, der zur Überwachung dient und zur Reinigung
gelöst werden kann. Das Austrittsrohr 48 tritt an seinem unteren Ende radial in
einen Zylinder 52 ein, in dem ein Schließkolben 54 auf einer waagerecht liegenden
Kolbenstange 56 geführt ist. Der Schließkolben 54 umfaßt eine am Ende der Kolbenstange
56 angebrachte Trägerplatte 58, die über eine Dichtung 60, etwa einen O-Ring, eine
Schließplatte 62 trägt, die in eine entsprechende öffnung in ir Wand des Mischbehälters
eingepaßt ist und durch die Kolbenstange 56 zur vollständigen Entleerung des nischbehälters
10 zurückgezogen werden kann.
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An dem in der Zeichnung linken Ende des Zylinders 52 ist über eine
Dichtung 64 ein kreisförmiger Deckel 66 befe-
stigt, auf dessen
Außenseite ein Axialantrieb 68, etwa ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder
angebracht ist, der zur Bewegung der Kolbenstange 56 dient. Wenn die Kolbenstange
56 zurückgezogen wird, so gelangt sie im wesentlichen bis vor die Platte 66, so
daß das restliche Material aus dem Mischbehälter 10 durch einen von dem Zylinder
52 schräg nach links und unten verlaufende Auslaßstutzen 70 austreten kann. Der
Auslaßstutzen ist mit einem Flansch 72 an seinem freien Ende zur Verbindung mit
einer nachgeschalteten Station versehen. Er steht über eine Dichtung 74 und geeignete,
nicht näher gezeigte Befestigungseinrichtungen mit der Platte 66 einerseits und
einem Zwischenstück 76 in Verbindung, das seinerseits mit dem Behälterboden 12 verbunden
ist.
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Ein derartiger Mischer arbeitet folgendermaßen. Über geeignete, kontinuierlich
arbeitende, gravimetrische oder volumetrische Dosiereinrichtungen, die in der Zeichnung
nicht gezeigt sind, werden zwei oder mehrere Komponenten in bestimmtem Verhältnis
durch das Einfüllrohr 30 in den Mischbehälter 10 bei laufenden Mischwerkzeugen 34,
36,38 eingebracht. Das eingebrachte, unvermischte Material gelangt durch einen Ringspalt,
der zwischen dem unteren Ende des Einfüllrohres 30 und dem Wellenkopf am oberen
Ende der Welle 22 gebildet wird, in einen Vormischraum innerhalb des Trichters 40.
Hier trifft das neu eingespeiste Material mit dem schon fertig aufbereiteten Material
zusammen. Voraussetzung hierfür ist der bereits geschilderte Materialumlauf in dem
Mischbehälter 10 sowie eine Füllhöhe, die über dem oberen Rand des Trichters liegt.
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Ein Teil des zum Auslaß 42 gelangenden fertig aufbereiteten Materials
bewegt sich entlang dem unteren Endbereich 32 des Einfüllrohres 30 abwärts und tritt
wiederum in den Vormischraum innerhalb des Trichters 40 ein. Da das neu eindosierte
Material nahezu senkrecht aus dem Ein-
füllrohr 30 nach unten austritt,
das bereits gemischte Material innerhalb des Trichters 40 jedoch eine Drehbewegung
ausführt, findet bereits hier eine relativ intensive Vermischung und Verteilung
der beiden Produktströme statt. Die Mischwerkzeuge 34,36,38 ziehen das vorgemischte
Material in der Nähe der Welle 22 nach unten in den unteren Bereich des Mischers,
der als Hauptmischraum bezeichnet werden kann. Hier erfolgt eine intensive Umschichtung
des Materials in senkrechter und waagerechter Richtung.
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Die äußeren Enden des oberen Mischwerkzeugs 38 fördern die Fertigmischung
nach oben, so daß sie teilweise austreten und teilweise in den Trichter 40 zurückgeführt
werden kann.
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Während des gesamten Mischvorganges wird die Temperatur durch Drehzahlregelung
des Antriebsmotors konstant gehalten.
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Reicht dies zur Steuerung nicht aus, so kann in den Kühlmantel 16
ein Heiz- oder Kühlmedium eingespeist werden.
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Sollen Mischungen heiß aufbereitet werden, so wird zum Erwärmen des
Systems der Mischbehälter 10 nur so weit gefüllt, daß noch kein Austritt von ungenügend
aufbereitetem Material erfolgen kann. Die Eindosierung des frischen Materials wird
so lange unterbrochen, bis das im Mischbehälter befindliche Material eine bestimmte
vorgegebene Temperatur erreicht hat. Anschließend kann auf kontinuierliches Mischen
umgeschaltet werden.
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Sollen Flüssigkomponenten in Feststoffe eingespeist werden, so empfiehlt
sich die Zugabe der Flüssigkomponenten in der Nähe des unteren Endes des Trichters
40. Bei Heißmischungen ist hier das Mischgut schon vorgewärmt und kann so die Flüssigkomponente
leichter aufnehmen.
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Da verschiedene Materialien verschiedene Fließeigenschaften aufweisen,
kann es zweckmäßig sein, daß Einfüllrohr 30 in senkrechter Richtung verschiebbar
in den Deckel 14
einzubauen. Das gleiche gilt für den Trichter
40, wie bereits erwähnt wurde. Dadurch lassen sich die Spaltweiten der jeweiligen
Ringspalte variieren.
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Der Kegelwinkel des Einfüllrohres 30 und des Trichters 40 in der Zeichnung
sind als Beispiel zu verstehen. Die jeweiligen Kegelwinkel können größer, jedoch
auch kleiner gewählt werden, und sowohl das Einfüllrohr als auch der Trichter können
im Extremfall zylindrisch ausgebildet sein.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und den erfindungsgemäßen Mischer
ist sichergestellt, daß das Rohmaterial in keinem Falle weitgehend unverändert in
den Auslaß gelangen kann, da es bereits in dem Trichter einer ersten Vormischung
unterworfen und in dem Hauptmischraum einer weiteren intensiven Durchmischung ausgesetzt
wird.
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