DE3111124C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalmischer für Trockenstoffe und Pasten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem aus der Praxis bekannten, herkömmlichen Zentrifugalmischer stützt sich die gesamte Masse des Mischgutes auf der Bodenwandung ab, so daß dort beim Umlauf des Mischgutes eine hohe Reibung überwunden werden muß. Die Mischflügel müssen bei diesem Mischer vergleichsweise schnell laufen, was zu einer hohen Umfangsgeschwindigkeit der Masse des Mischgutes führt. Dies bedingt im Bereich der Umfangswandung eine hohe Reibung, da dieselbe quadratisch mit der Geschwindigkeit ansteigt. In einem solchen Zentrifugalmischer mit vertikaler Achse wird durch die Wirkung der bodenseitigen Mischflügel die Masse im Bodenbereich gegen die Wandung hin beschleunigt und dort in eine vertikale Steigströmung umgelenkt. Die Masse fällt nach Überschreiten des Kulminationspunktes infolge ihres Eigengewichtes in die Behältermitte zurück. Die hohe Reibung bei diesem herkömmlichen Zentrifugalmischer bedingt einen hohen Energieverlust, so daß der Mischwirkungsgrad dieses Zentrifugalmischers ungünstig ist. Die durch die Reibung entstehende Wärme ist in vielen Fällen auch unerwünscht und muß durch Kühlung abgeführt werden.

Ein Zentrifugalmischer der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art ist beispielsweise aus der FR-PS 13 56 625 bekannt. Bei diesem Zentrifugalmischer wird das ringförmige Entlastungselement durch eine Glocke mit im Außenumfangsbereich schräg nach außen, abwärts verlaufendem Kegelstumpfteil gebildet, in dem in Umfangsrichtung verteilt eine Vielzahl von Öffnungen (Löcher, Ausklinkungen oder dergleichen) vorgesehen ist, die eine Durchströmfläche für beim Mischvorgang nach oben steigendes Mischgut bilden. Der Außenrand dieser Glocke soll bis in die unmittelbare Nähe der Behälterinnenwand reichen. Während des Mischvorganges dringt somit durch die zentrale Öffnung der Glocke ein Teil des Mischgutes in den Raum unterhalb der Glocke ein und wird durch die Mischflügel sowie durch die Zentrifugalkraft nach außen gegen die Innenwand des Kegelstumpfteiles der Glocke gedrückt, in dem sich die Durchströmöffnungen befinden. Durch den Aufprall gegen die Innenwand dieses Kegelstumpfteiles soll das Material verwirbelt und somit vermischt werden, wobei aufgrund des Aufpralles auf die Kanten der Öffnungen dieses Material in Agglomerate und Stücke aufgeteilt und vermischt werden soll, bevor es durch diese Öffnungen nach außen/oben hindurchtritt.

Auch wenn bei dem aus dieser FR-PS 13 56 625 bekannten Mischer die Möglichkeit geschaffen werden soll, die Geschwindigkeit so zu reduzieren, daß bei entsprechenden Materialien keine zu große Erwärmung auftreten kann, so ist doch zu beachten, daß das Mischgut beim Hindurchpressen durch die einzelnen Durchströmöffnungen einer beträchtlichen Reibung ausgesetzt wird, die zu einem unerwünscht großen Energieverbrauch führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalmischer der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß mit verhältnismäßig geringer spezifischer Energie eine hohe Mischwirkung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, wobei sinnvolle Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind.

Im Vergleich zu der eingangs beschriebenen herkömmlichen Mischerausführung entlastet bei dem erfindungsgemäßen Zentrifugalmischer zunächst einmal die auf den Mischflügeln sitzende umlaufende Ringscheibe den Bodenbereich des Mischbehälters vom Gewicht des Mischgutes, so daß dadurch die Reibung im Bodenbereich herabgesetzt ist. Die im Ringraum zwischen der Ringscheibe und dem Boden befindliche Mischgutmasse kann mit geringer Krafteinwirkung in radialer Richtung beschleunigt werden. Dies bedeutet, daß die Mischflügel nur eine überraschend geringe Kraft auf das Mischgut übertragen müssen, um eine gleichartige Bodenströmungsgeschwindigkeit wie in einem Zentrifugalmischer herkömmlicher Art zu erzielen. Da die Mischzeit eine Funktion der radialen Bodenströmungsgeschwindigkeit des Mischgutes und der vertikalen Strömungsgeschwindigkeit ist, kann man mit vergleichsweise geringer Umfangsgeschwindigkeit der Mischflügel eine hohe Mischwirkung bzw. eine geringe Mischzeit erzielen. Das im Bodenbereich beschleunigte Material steigt an der Behälterwandung nach oben und läuft um. Durch die zentrale Öffnung wird jeweils neues Material eingezogen. Dadurch wird auch die auf der Ringscheibe lagernde Masse des Mischgutes mit in den Umlauf einbezogen und vermischt. Durchgeführte Messungen haben ergeben, daß mit einem Zentrifugalmischer nach der Erfindung eine Energieeinsparung von ca. 90% im Vergleich zu diesem herkömmlichen Zentrifugalmischer (ohne Ringscheibe) erzielbar ist.

Das Mischen von Granulat mit einem Vertikalmischer mit Mischflügeln auf einer zentrischen Rührwerkswelle erfordert in einem herkömmlichen Gerät ca. 5 kW pro 100 kg Masse des Mischgutes. Der erfindungsgemäße Zentrifugalmischer benötigt dagegen für eine gleiche Mischleistung nur ca. 0,5 kW. Die Umfangsgeschwindigkeit kann etwa um den Faktor 10 geringer sein als bei einem herkömmlichen Zentrifugalmischer, um noch eine gleichartige radiale Bodenströmungsgeschwindigkeit zu erhalten, d.h. das Ringscheiben-Mischwerkzeug mischt noch bei 0,5 m/s Umfangsgeschwindigkeit im Vergleich zu 5 m/s beim herkömmlichen Flügelmischwerkzeug.

Vergleicht man den erfindungsgemäßen Zentrifugalmischer ferner mit dem gemäß der weiter oben genannten FR-PS 13 56 625, so sei zunächst wiederholt, daß bei diesem bekannten Mischer, bei dem das Entlastungselement durch eine Glocke mit im Außenumfangsbereich nach unten gezogenem, mit Durchtrittsöffnungen versehenem Kegelstumpfteil gebildet wird, das Mischgut durch diese Öffnungen mit einer beträchtlichen Reibung hindurchgepreßt werden muß, was ebenfalls zu einem unerwünscht großen Energieverbrauch führt. Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Lösung (mit am Außenrand der Ringscheibe freibleibendem Ringspalt, also mit durchgehender, unbehinderter Durchströmfläche) den Vorteil einer wesentlich geringeren Reibung für das durch den Ringspalt nach oben steigende Mischgut, so daß sich ein dementsprechend deutlich geringerer Energieverbrauch ergibt. Hinzu kommt noch, daß sich bei dieser bekannten Ausführung die einzelnen Öffnungen zusammen mit der Glocke und den Mischflügeln drehen. Hierdurch ergeben sich im unteren Bereich mit den Flügeln rotierende Materialstränge, so daß zu den bereits erwähnten relativ hohen Reibungsverlusten noch der Nachteil einer unzureichenden Vermischung kommt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Zentrifugalmischers mit auf der Antriebswelle frei drehbar gelagerter Ringscheibe kommt noch der Vorteil hinzu, daß sich die Umlaufgeschwindigkeit des Mischgutes und die Drehgeschwindigkeit der Rührflügel unabhängig voneinander auf einen optimalen Wert einstellen können, wodurch der gewünschte hohe Mischwirkungsgrad in günstiger Weise unterstützt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung sei im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Zentrifugalmischer;

Fig. 2 einen Grundriß zu Fig. 1.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Mischbehälter 1 mit einer Bodenwandung 2 und einer zylindrischen Seitenwandung 3. Die Bodenwandung 2 und die Seitenwandung 3 können auch doppelwandig ausgeführt sein, um ein Kühlmittel oder ein Heizmittel hindurchzuleiten. Durch die Bodenwandung 2 ist eine vertikal ausgerichtete Antriebswelle 4 eingeführt, die von einem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben wird. Die Antriebswelle trägt Mischflügel 5, die mindestens in den Endteilen 6 eine Anstellung aufweisen, so daß im Bereich der Endteile 6 jedes Mischflügels 5 die Vorderkante in jedem Punkt einen spitzen Winkel mit der jeweiligen radialen Richtung bildet.

Unmittelbar über den Mischflügeln 5 ist als Entlastungselement eine Ringscheibe 7 angeordnet, die im Bereich der zentralen Öffnung einen ringförmigen, vorzugsweise sich nach oben konisch verjüngenden Stutzen 8 aufweist. Die freie zentrale Öffnung 9 des Stutzens 8 besitzt einen Durchmesser, der kleiner ist als der halbe Innendurchmesser des Mischbehälters 1. Am Außenrand der Ringscheibe 7 bleibt ein Ringspalt 10 frei, dessen Fläche etwa der Fläche der zentralen Öffnung 9 entspricht. Die Ringscheibe 7 ist vorzugsweise frei drehbar auf der Mischwelle bzw. Antriebswelle 4 gelagert und kann somit ebenfalls wie die Mischflügel 5 und die Antriebswelle 4 umlaufen, wobei sich die Umlaufgeschwindigkeit der Masse des Mischgutes und die Umlaufgeschwindigkeit der Rührflügel weitgehend unabhängig voneinander auf einen optimalen Wert einstellen können. In Fig. 2 ist die Umlaufrichtung 11 der Flügel 5 angezeigt.

In Fig. 1 ist schematisch die Hauptmasse 12 des Mischgutes dargestellt, die auf der Ringscheibe 7 aufliegt, so daß die Bodenwandung 2 von dem Gewicht dieser Hauptmasse 12 entlastet ist. Bei der Drehung der Antriebswelle 4 mit den Mischflügeln 5 in der Umlaufrichtung gelangt jeweils ein kleiner Teil 13 des Mischgutes in den Bodenraum zwischen der Bodenwandung 2 und der Ringscheibe 7. Dieser Anteil des Mischgutes innerhalb des Bodenraumes wird durch die Mischflügel 5 in radialer Richtung beschleunigt. Die radiale Bewegung dieses Mischgutanteiles wird durch Reibung nur in geringem Ausmaß behindert, so daß mit vergleichsweise geringer Antriebsleistung eine hohe radiale Beschleunigung erzielt werden kann. Infolgedessen steigt dieser Anteil des Mischgutes an der Seitenwandung 3 längs der Strömungslinien 14 hoch. Die vertikale Bewegungskomponente ist gegenüber der Umfangskomponente vergleichsweise groß, so daß die Steigströmungsgeschwindigkeit im Vergleich zur Umfangsströmungsgeschwindigkeit wesentlich größer ist als bei den eingangs erwähnten herkömmlichen Zentrifugalmischern, was für die Mischwirkung günstig ist. Am Oberende des Mischbehälters wird die Steigströmung zu Achse des Mischgutbehälters umgelenkt, so daß sich insgesamt das bekannte trombenförmige Strömungsbild ergibt.

Die von den Mischflügeln 5 auf das Mischgut übertragene Energie wird zu einem wesentlich größeren Anteil in Bewegungsenergie umgesetzt, da die Reibung vergleichsweise geringer ist als bei den bekannten Zentrifugalmischern, was auch nur eine geringe Erwärmung des Mischgutes bedeutet. Dies ist für den Mischwirkungsgrad ausschlaggebend.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Mischflügel 5 abgeknickt. Die Vorderkanten jedes Abschnittes verlaufen gerade, so daß sich in diesem Falle der Winkel mit der radialen Richtung mit zunehmendem Radius ändert. Damit die auf das Mischgut nach außen wirkende Kraft in jedem Punkt gleich bleibt, kann man der Vorderkante auch eine solche Krümmung geben, daß der Winkel mit der radialen Richtung in jedem Punkt gleich ist. In diesem Falle haben die Mischflügel einen etwa spiralförmigen Verlauf.

In einer Abwandlung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mischflügel um eine im wesentlichen vertikale Achse schwenkbar sind. Dadurch lassen sich die Mischflügel und insbesondere die Einstellung gegenüber der radialen Richtung einstellen, um die Mischflügel dem jeweiligen Material und den speziellen Mischbedingungen anzupas­ sen.

Claims (5)

1. Zentrifugalmischer für Trockenstoffe und Pasten, mit einem Behälter (1), mit unmittelbar über dem Boden (2) des Behälters (1) angeordneten Mischflügeln (5), die an einer vertikalen, bodenseitig eingeführten Antriebswelle (4) befestigt sind, mit einem unmittelbar über den Mischflügeln angeordneten ringförmigen Entlastungselement (7), dessen zentrale Öffnung (9) einen Durchmesser kleiner als der halbe Durchmesser des Behälters (1) aufweist und das im Bereich seines Außenumfanges eine Durchströmfläche für nach oben steigendes Mischgut freiläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Entlastungselement als Ring­ scheibe (7) ausgebildet ist, die auf der An­ triebswelle (4) frei drehbar gelagert ist, und daß am Außenrand dieser Ringscheibe ein die Durchströmfläche bildender Ringspalt (10) frei­ bleibt, dessen Fläche etwa der Fläche der zen­ tralen Öffnung (9) der Ringscheibe entspricht.

2. Zentrifugalmischer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der zentralen Öffnung (9) der Ringscheibe (7) ein sich nach oben konisch verjün­ gender Stutzen (8) sitzt.

3. Zentrifugalmischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante der Mischflügel (5) in jedem Punkt mit dem durch diesen Punkt ge­ henden Radius nach der Behälterwandung hin einen spitzen Winkel bildet.

4. Zentrifugalmischer nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der genannte Winkel mit zunehmendem Radius gleich bleibt.

5. Zentrifugalmischer nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mischflügel um eine in etwa ver­ tikale Achse verstellbar sind, damit der Winkel mit dem Behälterradius einstellbar ist.