DE3314727A1 - Mischer - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK' ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

(YNR: 106984) Nürnberg, 21.04.1983

R/S/Üb

Werner & Pfleiderer, Theodorstr.10, ■ 7000 Stuttgart 30

"Mischer"

Die Erfindung richtet sich auf einen Mischer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige aus der DE-OS 31 10 4 37 bekannte Mischer sind z. B. einem Extruder vorgeordnet. Sie gestatten eine aus Kostengründen wünschenswerte diskontinuierliche Zugabe wenigstens einer Mischgutkomponente und gleichzeitig bei Erzielung eines hohen Homogenitätsgrades des Mischgutes die -Beschickung einer kontinuierlich arbeitenden Dosierschnecke des Extruders. Ein derartiger kontinuierlicher Austrag des Mischgutes ist beispielsweise dann erforderlich, wenn das Mischgut aus einem Mischguthauptbestandteil, etwa Kunststoffgranulat, und verschiedenen, gewichtsmäßig kleinen Mischgutbestandteilen, wie z. B. Farbzusätzen, Stabilisatoren und dergleichen dem nachgeschalteten Extruder zugeführt werden soll. Der aus der DE-PS 22 47 518 bekannte Grundgedanke einer vorteilhaften Ausgestaltung eines derartigen sogenannten Kegelschneckenmischers besteht darin, daß durch eine förderungsneutrale Zone ein oberer Mischbereich mit großem Mischvolumen und ein

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unterer Mischbereich mit kleinem Mischvolumen bei intensiver Durchmischung getrennt werden .Dieser Grundgedanke wurde durch die Ausgestaltung gemäß der DE-OS 31 10 437 noch weitergebildet, indem durch die Anordung einer zusätzlichen zentralen, vertikalen Förderschnecke, welche mit der zur Behälterwand parallelen Förderschnecke antriebsmäßig gekoppelt ist, erreicht wurde, daß der Mischer unabhängig vom Füllgrad stabile, günstige Betriebsverhältnisse aufweist.

Die Anordnung einer zur vertikalen Behälterachse parallelliegenden Fördereinrichtung ist auch aus der DE-AS 1 038 885 bekannt, wobei diese Fördereinrichtung jedoch nicht mit einer schräggestellten Mischschnecke zusammenwirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 so auszugestalten, daß eine auf das spezifische Mischgut optimal zugeschnittene Homogenisierung und Aufbereitung einschließlich der Einstellung einer gewünschten Vortemperatur erreicht werden kann, wobei eine Zugabe der Mischgutkomponenten in jeder Mischphase, d. h. ggf. auch eine kontinuierliche Zuführung einzelner Mischgutkomponenten möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Mischer gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Behälters einerseits und der parallel zur Behälterwand liegenden Förderschnecke andererseits relativ zueinander so einzustellen, daß eine den jeweiligen Erfordernissen besonders gut angepasste

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quasi-stationäre Mischgutverteilung entlang der Behälterlängsachse erreicht wird, wobei gleichzeitig eine definierte Energieeinleitung erfolgt. Da darüber hinaus durch das Festhalten der Achse der Förderschnecke relativ zu der nicht mit umlaufenden Behälteroberseite dort Zugabeöffnungen außerhalb des unmittelbaren Arbeitsbereichs der Förderschnecke angeordnet werden können, ist die Zugabe von Mischgutkomponenten zu jedem Zeitpunkt möglich, ohne daß die Gefahr einer Verklumpung durch eine Zugabe in unmittelbarer Nähe der Förderschnecke zu befürchten wäre.

Aus der DE-PS 15 31 9 34 ist es zwar an sich bereits bekannt, einen Behälter relativ zu einer schrägliegenden Förderschnecke umlaufen zu lassen. Dort bildet jedoch die Achse der Förderschnecke einen spitzen Winkel mit der Behälterwand und eine zentrale Mischeinrichtung ist nicht vorgesehen, so daß bei diesem bekannten Stand der Technik die gattungsgemäßen Vorteile nicht erzielt werden. Von erfindungswesentlicher Bedeutung ist das Zusammenwirken von Förderschnecke mit der zentralen Mischeinrichtung einerseits und mit dem drehangetriebenen Behälter andererseits, da durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung überraschenderweise ganz besonders vorteilhafte Mischverhältnisse erzielt werden können.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 machtes möglich, daß sich sowohl die zentrale Mischeinrichtung als auch die Förderschnecke bis sehr tief in den Mischbehälter erstrecken und die gesamte-Breite des Mischbehälters entweder durch die Förderschnecke oder zentrale Mischeinrichtung weitgehend erfaßt wird.

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Die gemäß Anspruch 3 vorgesehene individuelle Regelung der Drehzahlen gestattet nicht nur die Erzielung eines äußerst homogenen Mischergebnisses, sondern darüber hinaus auch eine definierte Energiezuführung, welche im Hinblick auf nachfolgende Bearbeitungsgänge, z. B. in einem Extruder, von Bedeutung ist.

Anspruch 4 und 5 beschreiben eine Ausbildung der Förderschnecke, welche diese erfindungsgemäß gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen besonders einfach und damit kostengünstig in der Herstellung macht.

Durch die gemäß Anspruch 6 vorgesehene Erstreckung der Förderschnecke bis in den Auslaßbereich wird dort eine abschließende, besonders intensive Durchmischung erzielt.

Zu diesem Zweck kann gemäß Anspruch 7 dort auch noch eine zusätzliche Schneckenwendel vorgesehen sein.

Das gemäß Anspruch 8 vorgesehene Spiralsogmischrad an der zentralen Mischeinrichtung, welches entsprechend den Ansprüche 9 bis 11 ausgestaltet ist, stellt sicher, daß die dosierten Einzelkomponenten nicht direkt in die Homogenisierungszone des Mischers gelangen, sondern im Bereich oberhalb des Spiralsogmischrades eine Grobdurchmischung der zugegebenen Komponenten vorgenommen wird, d. h. hier erfolgt eine Vergleichmäßigung des Mischgutes. Durch die angestellten Flügel des Spiralsogmischrades von vorzugsweise 15° wird das Mischgut nach oben und gegen die Behälterwand 11 geschleudert. Die gemäß Anspruch 11 vorgesehenen Verschleißstifte dienen zur Zerschlagung von Agglomeraten bzw. speziell zur Pigmentaufreibung, indem hierdurch ein Maleffekt erzeugt wird.

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Durch das gemäß Anspruch 12 vorgesehene Homogenisierungswirbelrad wird unterhalb der durch das Spiralsogmischrad gebildeten Sperrzone eine Homogenisierungszone geschaffen in der eine intensive Durchmischung des Mischgutes ermöglicht wird. Unterhalb des Homogenisierungswirbelrades sind an der Achse der zentralen Mischeinrichtung noch Schneckenwindungen vorgesehen, die das Produkt aus dem Austragsbereich in Teilmengen dem Homogenisierungswirbelrad wieder zuführen.

Zur Erzielung der gewünschten Mischwirkung einerseits und andererseits aber insbesondere zur Energieeinbringung dient die starke Schrägstellung der Mischflügel des Homogenisierwirbelrades gemäß Anspruch 13.

Die Sperrwirkung im Bereich der Sperrzone kann durch die gemäß Anspruch 14 dort angeordneten Sperrbleche noch erhöht werden, indem diese Bleche in horizontaler Richtung diejenigen Bereiche abdecken, welche weder durch die zentrale Mischeinrichtung noch durch die Förderschnecke erfaßt werden. . ■

Die gemäß Anspruch 15 und 16 vorgesehene, sich an den Behälter anschließende Austragschnecke stellt sicher, daß das aufbereitete und vorgewärmte Mischgut ohne Energieverlust sofort einer nachfolgenden Verarbeitungseinrichtung, z. B. einem Extruder, zugeführt werden kann.

Die Maßnahme nach Anspruch 17 ermöglicht es, eine gewünschte Vorerwärmung des Mischgutes einzustellen und durch geeignete Drehzahlvorgabe aufrechtzuerhalten. Diese Möglichkeit beruht auf dem erfindungsgemäßen Zusammenwirken der Drehung des Behälters und der Bewe-

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• a-

gung der zentralen Mischeinrichtung und der Mischschnecke .

Die Maßnahme gemäß Anspruch 18 stellt sicher, daß sich an der Behälteroberseite an deren Übergang zum Behälterdeckel keine Ablagerungen einstellen und der Behälter relativ zum Deckel zuverlässig geführt ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen

Fig. 1 einen schematischen Irängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mischer,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie C-C in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig.. 1, Fig.4 einen Querschnitt längs der Linie D-D in Fig. 1/ Fig. 5 einen Teillängsschnitt in Blickrichtung E-E, und

Fig. 6 einen Fig. 5 entsprechenden, vergrößerten, um 90° richtungsversetzten Teilschnitt.

Bei einem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Mischer handelt es sich um einen sogenannten Kegelmischei d. h. der Mischer weist einen Behälter 1 auf, welcher die Form eines auf der Spitze stehenden Kegels besitzt. Der Behälter 1 ist an einem Mischergestell 2 drehbar gelagert, wobei das Drehlager 3 insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist. Der feste Teil des Drehla-

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gers 3 ist mit einer Traverse 4 des Gestells 2 verschraubt. An der Oberseite ist der Behälter 1 durch einen festen Deckel 5 abgedeckt. Zwischen dem festen Deckel 5 und dem drehbaren Behälter 1 ist ein Gleit-Dicht-Lager 6 ausgebildet, wobei an der Innenseite des Behälters 1 im Bereich dieses Lagers 6 ein Leitring 7 vorgesehen ist, der die Ablagerung von Mischgut in diesem Bereich verhindert.

Der Behälter 1 ist drehantreibbar ausgebildet. Zum Antrieb dient ein Zahnkranz 8, an welchem ein Antriebszahnrad 9 eines Antriebsmotors 10 angreift. Dem Antriebsmotor 10 ist eine im einzelnen nicht dargestellte Drehzahlregeleinrichtung zugeordnet.

Parallel zur Seitenwand 11 des Behälters 1 verläuft die Achse 12 einer Förderschnecke 13, deren Schneckenwelle 14 durch den Deckel 5 über ein Lager 15 herausgeführt ist und durch einen Antriebsmotor 16 mit einer im einzelnen nicht dargestellten, zugeordneten Regeleinrichtung angetrieben wird. Im unteren Abschnitt der Förderschnecke ist die Schneckenwelle 14 verjüngt ausgebildet und die Schneckenwendel 17 wird in diesem Bereich durch Haltestifte 17'auf dem durch den oberen Bereich vorgegebenen Abstand gehalten. Der Außen- und Innendurchmesser der Schneckenwendel 17 bleibt dementsprechend über die gesamte Länge konstant. Wie insbesondere auch aus Fig. 5 und Fig. 6 ersichtlich ist, ragt die Förderschnecke 13 bis in den feststehenden Austragseinlauf 18, wodurch in diesem Bereich noch eine intensive, abschließende Durchmischung erreicht wird.

Gegen die Mittelachse 19 des Behälters 1 um den Abstand Y versetzt ist die Mittelachse 20 einer zentralen

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Mischeinrichtung 21 angeordnet. Die Welle 22 der zentralen Mischeinrichtung wird durch einen Antriebsmotor 23 mit einer zugeordneten, im einzelnen nicht dargestellten Regeleinrichtung angetrieben.

An der Welle 22 der Mischeinrichtung 21 ist ein Spiralsogmischrad 24 vorgesehen. Das Spiralsogmischrad 24 weist im Ausführungsbeispiel drei Flügel 25 auf, welche mit ausgestellten Enden 26 versehen sind, durch welche des Mischgut schräg, nach oben geschleudert wird. Darüber hinaus ist etwa in der Mitte der Flügel je ein Verschleißstift 27 vorgesehen, welcher zur Zerschlagung von Agglomeraten dient. Der Durchmesser des Spiralsogmischrads 24 ist so dimensioniert, daß es sich praktisch von der Außenseite der V-JeIIe der Förderschnecke 13 bis zu der gegenüberliegenden Behälterwand 11 des Behälters 1 erstreckt.

Unterhalb des Spiralsogmischrads 24 und in Abstand von demselben ist ein Homogcnisierungswirbelrad 28 vorgesehen. Das Homogenisierungswirbelrad 28 ist mit vier Flügeln 29 versehen, welche ebenfalls angestellte Enden 29" zum Aufschleudern des Mischgutes aufweisen. Gleichzeitig wird aufgrund dieser verhältnismäßig starken Anstellung dem Mischgut mit dem Homogenisierungswirbelrad Energie zugeführt werden.

Unterhalb des Homogenisierungswirbelrads 28 verjüngt sich die Welle 22 der Mischeinrichtung 21. Dort ist noch eine Schneckenwendel 30 vorgesehen.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, sind im

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Deckel 5 Einlaßöffnungen 31 vorgesehen, welche außerhalb des Arbeitsbereiches der Förderschnecke 13 liegen. D. h. durch diese Einlaßöffnungen 31 können Mischgutkomponenten in jeder Betriebsphase des Mischers zugegeben werden, ohne daß die Bildung von Verklumpungen unterhalb der Einlaßöffnungen 31 zu befürchten wäre. ·

Am unteren Ende des Behälters 1 geht dieser in einen feststehenden Austragseinlauf 18 über, welcher unmittelbar in eine Doppelschnecken-Austragseinrichtung mündet, welche zu einem nachgeschalteten Extruder austragen kann. Die Austragseinrichtung 32 umfaßt, wie insbesondere aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, zwei Schnecken 33, welche in einem Mantel 34 angeordnet und durch eine Antriebseinrichtung 35 angetrieben sind.

Im Betrieb wird für den Behälter 1 eine Umlaufgeschwindigkeit von 0,6 bis 6 üpm, für die Förderschnecke 13 eine Drehzahl von 15 bis 80 Upih und für die Mischeinrichtung 21 eine Drehzahl von 200 bis 1200 Upm gewählt. Durch die Einlaßöffnungen 31 werden z. B. im Abstand von 1 bis 10 Minuten Mischgutkomponenten zugegeben. Diese gelangen zunächst in den Bereich oberhalb des Spiralsogmischrads 24, welcher eine Vormisch- bzw. Vergleichmäßigungszone bildet. Es wird hier also eine Durchmischung vorgenommen, so daß audibei diskontinuierlicher Produktzugabe ein Homogenitätsgrad erreicht wird, der demjenigen einer kontinuierlichen Produktzugabe entspricht. Durch die in Höhe des Spiralsogmischrads 24 gebildete Sperrzone, die dadurch entsteht, daß das Spiralsogmischrad 24 aufgrund der

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Aussparung in der Schneckenwendel bis nahe an die Welle 14 der Schnecke 13 heranreicht, wird verhindert, daß ungemischtes Produkt in die Austragszone gelangt.

Das gemischte Mischgut passiert im wesentlichen durch den Zwischenraum zwischen der Behälterwand 11, dem Spiralsogmischrad 24 und der Förderschnecke 13 nach unten. In der Homogenisierzone zwischen dem Spiralsogmischrad 24 und dem Homogenisierungwirbelrad 28 erfolgt eine intensive Durchmischung des Gemisches, wobei durch die Flügel 2 9 bzw. deren aufgestellte Enden 29' des Homogenisierungswirbelrades 28 das Mischgut immer wieder nach oben geschleudert wird. Die Mischeinrichtung 21 wirkt damit wie ein Fluidmischer. Die Schneckenwendel 30 fördert eine Teilmenge aus dem Austragsbereich nach oben in die Homogenisierungszone, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Produkts erreicht wird.

Gleichzeitig ist es möglich, in das Mischgut hohe Scherkräfte einzuleiten und damit eine Energieeinleitung zur.definierten Vorwärmung des Mischgutes zu erzielen. Durch das Zusammenwirken des Umlaufs des Behälters 1 mit der Förderwirkung der Förderschnecke wird das Mischgut zum Zwecke einer Wiederholung des Durchmischungsvorgangs wieder nach oben befördert. Durch eine Veränderung der Drehzahl der zentralen Mischeinrichtung 21, der Förderschnecke 13 und der Umlaufgeschwindigkeit des Behälters 1 kann die Beladung der Homogenisierungszone variiert und den gewünschten Betriebsverhältnissen angepaßt werden.

Das aufbereitete Mischgut gelangt über den Austragseinlauf 18 in den Förderbereich der Doppelschnecken-

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austragseinrichtung 32 und kann somit ohne Temperatur - und damit Energieverlust - einem Extruder zugeführt werden.

Die in der Höhe des Spiralsogmischrads 24 gebildete Sperrzone wird noch intensiver abgeschlossen, wenn in dieser Höhe Sperrbleche 36 angeordnet sind, die den nicht vom Spiralsogmischrad 24 bzw. der Schnecke 13 überdeckten Bereich verschließen, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Claims (18)

33U727 .-'RAU & SCHNE PATENTANWÄLTE OIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN P/ (VNR: 106984) Nürnberg, 21.04.1983 R/S/Üb Werner & Pfleiderer, Theodorstr. 10, 7000 Stuttgart 30 Ansprüche

1./Mischer mit einem kegelförmigen, sich in Materialauslaßrichtung nach unten verjüngenden Mischbehälter, einer hierin parallel zur Behälterwand angeordneten, drehantreibbaren' Förderschnecke und einer parallel zur vertikalen Längsachse des Behälters stationär angeordneten, drehantreibbaren Mischeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) drehantreibbar und die Förderschnecke (13) hinsichtlich der Lage ihrer Achse (12) stationär angeordnet ist.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Mischeinrichtung (21) gegenüber der Mittelachse (20) des Behälters (1) versetzt angeordnet ist.

3. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Mischeinrichtung (21), die Förderschnecke (13) und der Behälter (1) individuell regelbar drehangetrieben sind.

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4. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (13) über ihre gesamte Länge eine gleichmäßige Steigung aufweist.

5. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (13) über ihre gesamte Länge einen konstanten Außendurchmesser aufweist.

6. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Förderschnecke'(13) bis in den Auslaßbereich des Behälters (1) erstreckt.

7. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (13) im Auslaßbereich eine zusätzliche Schneckenwendel umfaßt.

8. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Mischeinrichtung (21) ein Spiralsogmischrad (24) umfaßt.

9. Mischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiralsogmischrad (24) so dimensioniert und die Förderschnecke (13) so ausgespart sind, daß das Spiralsogmischrad (24) sich über den Bereich zwischen der Welle (14) der Förderschnecke (13) und der gegenüberliegenden Behälterwand (11) erstreckt.

10. Mischer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiralsogmischrad (24) in einem Winkel von 12° bis 18°, vorzugsweise 15° angestellte Flügel (25). aufweist.

11. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spiralsogmischrad (24) im wesentlichen vertikale Verschleißstifte (27) angeordnet

sind. . — _

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12. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Mischeinrichtung (21) unterhalb des Spiralsogmischrades (24) ein Homogenisierungswirbelrad (28) umfaßt.

13. Mischer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischflügel (29) des Homogenisierungswirbelrades (28) stark schräg gestellt sind.

14. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der durch das Spiralsogmischrad (24) gebildeten Sperrzone Sperrbleche (36) angeordnet sind.

15. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßöffnung des Behälters (1) eine Austragsschnecke nachgeordnet ist.

16. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Austragsschnecke gleichsinnig drehende Doppelschnecken(33) verwendet werden.

17. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Regeleinrichtung für die Drehzahl des Behälters (1) und/oder der Förderschnecke (13) und/oder der zentralen Mischeinrichtung gekoppelte Temperaturmeßeinrichtung im Behälter (1) angeordnet ist.

18. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Behälteroberseite ein als Gleit-Dicht-Lager dienender Leitring (7) angeordnet ist.

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