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Mischer, insbesondere für zähflüssiges
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oder schüttfähiges Gut Die Erfindung betrifft einen Mischer, insbesondere
für zähflüssiges oder schüttfähiges Gut, umfassend einen Mischraum in einem im wesentlichen
zylindrischen Behälter mit vertikaler Achse und ein darin um eine vertikale Welle
rotierendes Mischwerkzeug mit einer bandförmigen, mit aufwärtsgerichteter Neigung
in Wandnähe umlaufenden Wendel.
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Es ist eine große Anzahl von unterschiedlich ausgestalteten Mischern
mit verschiedenen Mischwerkzeugen, Anordnungen und Antriebsarten bekannt.
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Die große Zahl unterschiedlicher Mischer-Typen ist bedingt durch von
Fall zu Fall wechselnde Anforderungen, welche sich aus speziellen Eigenschaften
des zu mischenden Gutes an das jeweils optimale Mischverfahren ergeben und demzufolge
auch zu individuellen Ausgestaltungen der entsprechenden Mischervorrichtungen führen.
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Beispielsweise können Mischer nach Maßgabe der Zähigkeit des Mischgutes
als Knetmischer oder als Rührmischer.
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ausgestaltet sein.
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Der der Erfindung zugrundeliegende Mischer gehört zur Gattung der
Rührmischr.
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Es sind Rührmischer der eingangs genannten Gattung bekannt, umfassend
einen Mischraum in einem im wesentlichen
zylindrischen Behälter
mit vertikaler Achse, sowie ein darin um eine vertikale Welle rotierendes Mischwerkzeug
mit einer bandförmigen, mit aufwärtsgerichteter Neigung in Wandnähe umlaufenden
Wendel.
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Mischer dieser Art werden in der chemischen Industrie vielfach zum
Mischen von zähen Flüssigkeiten verwendet und sind auch unter der Bezeichnung 'Bandrührwerke"
bekannt.
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Ein solches eignet sich deshalb zum Mischen von zähen Flüssigkeiten,
weil mit der Rotation der Wendel im wesentlichen jeweils nur ein geringer Teil des
Mischgutes im Bereich der Wände des Mischgefäßes umgewälzt wird, wobei insbesondere
auch die Wände des Behälters von anhaftendem Mischgut freigehalten werden Ein solches
Bandrührwerk oder Bandmischer ist beispielsweise in dem Standard-Lehrbuch von A.
G. Kassatkin, CHEMISCHE VERFAHRENSTECHNIK, Band I, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie,
Leipzig, 1961, Seite 324, Bild 184 dargestellt.
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Von Nachteil ist beim reinen Bandmischer die relativ geringe Mischleistung,
die zu langen Mischzeiten führt, gegebenfalls auch zu unbefriedigenden Resultaten
bezüglich der Homogenisierung des Mischgutes. Auch ist die Bandbreite der Anwendbarkeit
eines Bandmischers für unterschiedliche Arten von Mischgut relativ klein.
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Dem Erfindungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischer
der genannten Gattung derart weiterzuentwickeln und zu verbessern, daß dieser unter
Uberwindung bisher bestehender technischer Grenzen sowohl zähflüssiges als auch
schüttfähiges Gut optimal mischt und damit in der Lage
ist, eine
relativ große Bandbreite unterschiedlichen Gutes mit sparsamem Energieeinsatz chargenweise
bei möglichst kurzer Verweilzeit zu homogenisieren. Die Aufgabe besteht weiter darin,
trotz intensiver Mischarbeit einen möglichst ruhigen Lauf des Mischers bzw. der
Mischwerkzeuge herbeizuführen,- um diesen zugleich auch als Waage einsetzen zu können.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung dadurch, daß die
Wendel an Mischerflügeln befestigt ist, wobei die Fläche eines jeden Mischerflügels
in radialer Richtung gegen die Welle zu an Breite zunimmt, und daß die im Mischraum-Bereich
nahe der Rotations-Achse umlaufenden Flächenteile der Mischerflügel eine zur Wendel
gegenläufige Neigung, und die im Mischraum-Bereich nahe der Wendel umlaufenden Flächenteile
der Mischerflügel eine mit der Wendel gleichlaufende Neigung aufweisen.
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Die Ausgestaltung des Mischers nach der Erfindung hat den Vorteil,
daß mit diesem infolge des Zusammenwirkens von Wendel und Mischerflügeln überraschend
hohe Mischleistungen sowohl im Bereich zähen Mischgutes, als auch bei Schüttgut
erreicht werden. Der im Chargenbetrieb eingesetzte Mischer erzielt daher vorteilhaft
kurze Mischzeiten und mischt intensiv bei relativ geringer Energieaufnahme.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus einer ausgesprochen schonenden Behandlung
des Mischgutes, verbunden mit günstigem Entleerungsverhalten sowie durch loptimale
Laufruhe und erschütterungsfreien Mischbetrieb. Infolge dieser günstigen Eigenschaften
eignet sich der erfindungsgemäße Mischer auch sehr vorteilhaft zum gleichzeitigen
Einsatz als Wägeeinrichtung zum Beispiel beim Chargieren des Gutes.
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Diese überraschend vorteilhaften Eigenschaften des Mischers werden
dadurch begünstigt, daß nach einem zweckmäßigen Ausgestaltungsvorschlag die Mischerflügel
annähernd die Kontur eines mit geringerem Durchmesr breiter werdenden Propellerblattes
aufweisen, mit einem elliptoidischsegmentförmigen Ausschnitt der breiten Seite zum
Anschluß mit Neigung an den zylinderförmigen Schaft der Welle, und daß der Mischerflügel
in seiner Fläche nach gegenläufigen Richtungen verwunden ist.
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Mit dieser Ausgestaltung wird sehr vorteilhaft eine dreidimensionale
Gutbett-Bewegung und damit ein optimaler Mischeffekt im Mischraum erreicht, wobei
die Wendel und die in gleicher Neigung mit der Wendel angeordneten Teile der Mischerflügel
im peripheren Bereich des Gutbettes Gutanteile anheben und nach oben fördern, welche
von den gegenläufig gerichteten Teilen der Mischerflügel im zentralen Bereich des
Gutbettes abwärts gefördert werden.
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Die gegenläufige Verwindung der Flügel bewirkt zugleich einen Transport
von Gutanteilen quer zur Rotationsachse des Mischwerkzeuges, sowie infolge eines
Tragflügel-Effektes auch eine intensive Verwirbelung und Mischung von Gut-Anteilen
in horizontalen Gutbett-Schichten.
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Damit wird beim Mischer nach der Erfindung ein beim Mischprozeß als
optimal erstrebter dreidimensionaler Bewegungsablauf des Mischgutes im Mischgutbett
erreicht, durch welchen der überraschende Mischeffekt erzielt wird.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß entgegengesetzte Neigungen
aufweisende Bereiche eines Mischerflügels von gegeneinander im stumpfen Winkel abgewinkelten
Flächenteilen gebildet sind, wobei eine dem Verlauf der Knickung oder Krümmung folgende
Linie mit einer von der Behälterachse ausgehenden radialen, in etwa der Flügelmitte
verlaufenden Linie in Rotationsrichtung einen spitzen Winkel p bildet.
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Dabei kann ein Flügel entweder zwischen Flächenteilen entgegengesetzter
Neigung scharfkantig abgekantet, oder mit einem Radius bogenförmig verformt sein.
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Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 10. Im folgenden wird der Mischer
mit seinen Vorteilen anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Mischer, im Schnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Mischer
gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Teil-Ansicht des Mischwerkzeuges.
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Der Mischer 1 gemäß Fig. 1 umfaßt einen zylindrischen Behälter 2 mit
einer Bodenplatte 3. Der zentrale Bereich 4 der Bodenplatte 3 ist als stumpfer Kegel
16 ausgebildet.
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Unterhalb der Bodenplatte 3 ist eine Antriebs-Einheit 5, 35 angeordnet,
die den Motor 6 und das Getriebe 7 umfaßt. Mit der (nicht dargestellten) Abtriebswelle
des Getriebes 7 ist die Mischerwelle 8 verbunden, an der das Mischwerkzeug 9 befestigt
ist.
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Dieses Mischwerkzeug 9 umfaßt im ausgeführten Beispiel zwei parallele,
um 1800 gegeneinander versetzte Wendeln 10, 10' und den Wendeln zugehörige Mischerflügel
11, 11'. Jeder Mischerflügel ist mit einem elliptoidischen Ausschnitt 12, 12' seiner
Grundfläche mit Neigung an der Mischerwelle 8 befestigt und trägt am äußeren Ende
die Wendel 10, 10', mit der jeder Flügel 11, 11' verschweißt ist. Die Neigung der
Wendel 10 ergibt im gezeigten Ausführungsbeispiel gegenüber einer horizontalen Ebene
einen Winkel t von ca. 150,
während der bei gleicher Drehrichtung
gegenläufige Winkel der Flügelneigung gegenüber einer horizontalen Ebene einen Winkel
zu von ca. 300 ergibt. Wie aus den Darstellungen in Fig. 1 und insbesondere in Fig.
2 ersichtlich, ist jeder Flügel 11, 11' um die Knicklinie 13 derart abgekantet,
daß sich zwei gegenläufig geneigte Flächenteile 14 beziehungsweise 15 ergeben. Die
Knicklinien 13 bilden mit einer das Zentrum Z schneidenden radialen Linie, die annähernd
als Mittellinie eines Flügels 11 verläuft, einen spitzen Winkel Die unterschiedlich
geneigten Flächenteile 14, 15 eines Mischerflügels 11, 11' können statt mit einer
dachfirstartigen Knicklinie 13 auch mit einem Radius einer Wölbung ineinander übergehen.
Die Wahl einer dieser unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten ist lediglich
vom Standpunkt der Herstellungskosten von Bedeutung, nicht jedoch für die Wirkung
des Mischwerkzeuges 9.
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Die Bodenplatte 3 ist im zentralen Bereich 4 als flacher Kegel 16
ausgestaltet und weist im peripheren Bereich 17 eine Auslaßöffnung 18 auf. Dicht
oberhalb des Bodens 3, 16, 17 ist ein mit dem Mischwerkzeug umlaufender Bodenräumer
34 angeordnet. Der Mischerbehälter 2 ist mit Gehängen 19 über Kraftmeßgeber 20 in
einem Gestell 21 als Wägeeinrichtung frei aufgehängt. Auf diese Weise kann beim
Beladen und Entladen der Inhalt des Mischers 1 jederzeit gewogen beziehungsweise
gewichtlich überprüft werden. Dabei -ist der Mischer 1 vorteilhaft an drei um 1200
versetzten Punkten 22, 22g, 22" aufgehängt. Um das Reaktionsmoment beim Anlaufen
der Massen des Mischwerkzeuges und des Mischgutes beim frei aufgehängten Mischerbehälter
1 zu kompensieren, ist dieser in vertikalen Führungen 23, 23', 23" geführt.
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Von jedem der Kraftmeßgeber 20 führt eine Signalleitung 24, 24', 24''
zu einer elektronischen Auswert-Einheit 25, die, wie bekannt, mit einer digitalen
Gewichts-Anzeige ausgestattet sein kann.
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Die Aufhängung, Führung und elektronische Meßeinrichtung zur Gewichtserfassung
ermöglicht sehr vorteilhaft die gleichzeitige Verwendung des erfindungsgemäßen Mischers
als Wägeeinheit, insbesondere bei der Gattierung der zu mischenden Gut-Anteile.
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Die überraschend gute Misch-Wirkung des erfindungsgemäben Mischers
wird durch das Zusammenwirken der Wendeln 10, 10 mit den Mischerflügeln 11, 11'
erreicht. Wie hierzu aus der Prinzipdarstellung in Fig. 3 ersichtlich, rotiert das
Mischerwerkzeug 9 im Mischraum 27, welcher durch die gestrichelten Linienzüge 27'
angedeutet ist, in Rotations-Richtung des Pfeiles 26 um die Mischerwelle 8.
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Dabei werden Gutanteile im peripheren Bereich des Mischer-Raumes 27
in Richtung des Pfeiles 28 angehoben, während Gutanteile im zentralen Bereich des
Mischerraumes 27 durch die Flächenteile 14, 14' der Mischerflügel 11, 11' in Richtung
des Pfeiles 29 abwärts gefördert werden.
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Dagegen bewirken die in Richtung der Wendeln 10, 10' angestellten,
entgegengesetzt geneigten Flächen 15, 15' der Mischerflügel 11, 11' sowohl einen
Transport von Gutanteilen in der Richtung des Pfeiles 28 nach oben, als auch infolge
der Schrägstellung der Flächenteile 15 in radialer Richtung zum Zentrum hin gemäß
Pfeil 30, während die Mischerflügel-Flächen 14 eine Bewegungs-Teilkomponente in
der Gegenrichtung gemäß Pfeil 31 verursachen.
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Wie das zur Fig. 3 gehörige Bewegungsdiagramm 32 zeigt, findet auf
diese Weise eine intensive dreidimensionale Bewegung des Mischgutes im Mischraum
27 in Richtung dreier Vektoren statt. Dabei ist einer der Bewegungsvektoren 28,
29 aufwärts beziehungsweise abwärts gerichtet, ein anderer Bewegungsvektor 30, 31,
darauf senkrecht stehend, radial einwärts beziehungsweise radial auswärts gerichtet,
und ein auf beiden Vektoren 22, 29; 30, 31 senkrecht stehender
Vektor
33 tangential zur Bewegung des Mischwerkzeuges 9 (Pfeil 26) gerichtet.
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Auf diese Weise kommt mit dem dreidimensionalen Bewegungsablauf eine
äußerst wirkungsvolle Mischung zustande, die eine vollkommene Homogenisierung des
Mischgutes bei kurzen Chargenzeiten und relativ geringer Energieaufnahme des Mischers
ermöglicht.
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Infolge der überraschenden Wirkungsweise bei unkomplizierter Bauart
eignet sich der erfindungsgemäße Mischer sowohl zum Mischen von zähflüssigem, als
auch von schüttfähigem Gut. Von besonderem Vorteil ist dabei das äußerst günstige
Verhältnis von Mischleistung und Energieaufwand. Der Mischer ist infolgedessen im
Betrieb sehr ökonomisch. Auch wird das Mischgut beim Mischprozeß mit äußerster Schonung
behandelt. Darüberhinaus ist der Mischer durch den vorteilhaft ruhigen Lauf des
Mischwerkzeuges 9 in der Aufhängung mittels Gehängen 19 und Kraftmeßgebern 20 als
Wägeeinrichtung geeignet. Die damit mögliche Einsparung einer separat vorgeschalteten
Wäge- und Chargierungsvorrichtung erhöht den Wert des erfindungsgemäßen Mischers
durch Investitions-Ersparnis und Vereinfachung einer entsprechenden Misch-Station.
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Liste der Bezugszeichen 1. Mischer 2. Zylindrischer Behälter 3. Bodenplatte
4. Zentraler Bereich 5. Antriebs-Einheit 6. Motor 7. Getriebe 8. Mischerwelle 9.
Mischwerkzeug 10. Wendel 10' 11. Mischerflügel 11' 12. Ausschnitt 12' 13. Knicklinie
14. Flächenteil 15. Flächenteil 16. Kegel der Bodenplatte 17. Peripherer Bereich
18. Auslaßöffnung 19, Gehänge 20. Kraftmeßgeber 21. Gestell 22. Aufhängung 23. Vertikale
Führung 24. Signalleitung 25. elektronische Auswert-Einheit 26. Richtungspfeil 27.
Mischerraum 28. Pfeil 29. Pfeil 30. Pfeil 31. Pfeil 32. Bewegungsdiagramm 33. Bewegungskomponente
34. Bodenräumorgan 35. Antriebseinheit
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