DE3520040A1

DE3520040A1 - Vorrichtung zum mischen von gut

Info

Publication number: DE3520040A1
Application number: DE19853520040
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: HERFELD FRIEDRICH WALTER DR
Current assignee: Dr Herfeld GmbH and Co KG
Priority date: 1985-06-04
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1986-12-04
Also published as: EP0223851A1; US4918665A; WO1986007286A1; DE3661795D1; EP0223851B1

Description

Vorrichtung zum Mischen von Gut

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Gut, wie rieselfähigen Feststoffen, Flüssigkeiten und zähflüssigen, viskosen Pasten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Vorrichtung ist z.B. aus GB-A- 14 32 52 bekannt. Die beiden Rührwerke besitzen in diesem Falle einen im wesentlichen gleich großen Außendurchmesser, wobei die einzelnen Rührwerkzeuge beider Rührwerke im wesentlichen auch etwa den gleichen Querschnitt aufweisen. Diese beiden Rührwerke werden durch gesonderte Antriebseinrichtungen im entgegengesetzten Drehsinn angetrieben, wobei das untere Rührwerk vor allem zum Freihalten des Behälterbodens von Gutanlagerungen und das obere Rührwerk zur Fluidisierung und Umwälzung dienen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art zu schaffen, die sich bei einer guten Anpassungsmöglichkeit an verschiedene Behandlungsarten von unterschiedlichen Gütern (z.B.

rieselfähigen Feststoffen, Flüssigkeiten und zähflüssigen, viskosen Pasten) durch einen relativ niedrigen Energieverbrauch und verhältnismäßig geringen Raumbedarf auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß bei etwa gleichbleibender Mischgutfüllung im Mischbehälter auf die Rührwerkzeuge der Rührwerke ein konstantes Gegenmoment ausgeübt wird. Sieht man nun ein in entsprechender Weise mit der oberen Nabe des oberen Rührwerks und mit der unteren Nabe des unteren Rührwerks verbundenes Differentialgetriebe vor, dessen Antriebswelle von einem einzigen Antriebsmotor angetrieben wird, so wird die von der Getriebe-Antriebswelle über die Rührwerkzeuge an das Gut abzugebende Rührarbeit mit konstantem Gegenmoment übertragen, wobei durch die Verwendung des gemeinsamen Differentialgetriebes, das in Form eines Planetengetriebes arbeitet, beide Rührwerke mit entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben werden können. Hierbei wirken sich nun unterschiedliche Außendurchmesser und/oder Rührwerkzeug-Ouerschnitte der beiden Rührwerke in der Weise aus, daß das Rührwerk mit dem größeren Außendurchmesser und/oder dem größeren Rührwerkzeug-Querschnitt aufgrund des darauf wirkenden Gegenmoments langsamer umläuft als das Rührwerk mit dem kleineren Außendurchmesser und/oder kleineren Rührwerkzeug-Querschnitt. Wenn man dabei z.B. unterstellt, daß das an den Rührwerken auftretende Gegenmoment proportional dem Außendurchmesser und dem Rührwerkzeug-Querschnitt ist, dann verhalten sich die Drehzahlen automatisch wie das v^rh'iLtp.is der Ab-

SO messungen der genannten Rührwerksgrößen zueir.nn^.ov. Das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Rühr-

werken kann dabei durch die konstante absolute Drehzahldifferenz begrenzt werden.

Diese erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht somit eine sehr gute Anpassung an unterschiedliche Mischgüter, wobei sich durch die Verwendung eines gemeinsamen Differentialgetriebes für beide Rührwerkzeuge sowie eines einzigen Antriebsmotors in äußerst vorteilhafter Weise ein relativ niedriger Energieverbrauch und vor allem auch ein verhältnismäßig kleiner Raumbedarf der ganzen Mischvorrichtung ergibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung sei im folgenden anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen 20

Fig.1 eine zum Teil geschnittene, weitgehend schematisch gehaltene Gesamtansicht der Mischvorrichtung;

Fig.2 eine vergrößerte Detail-Schnittansicht

entsprechend Ausschnitt II in Fig.1, zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des Differentialgetriebes;

Fig.3 eine ähnliche Detail-Schnittansicht wie

Fig.2, jedoch zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des Differentialgetriebes.

Anhand Fig.1 sei zunächst der allgemeine Aufbau der Mischvorrichtung beschrieben. Diese Mischvorrichtung ist auf einem Sockel 1 aufgebaut, auf dem eine Tragsäule oder Stütze 2 angeordnet ist, die einen Mischbehälter 3 trägt, der als zylindri scher Behälter mit vertikaler Achse 3a ausgebildet ist. Der Boden 4 und die Umfangswand 5 dieses Mischbehälters 3 können doppelwandig ausgebildet sein und von einem Wärmetauschermedium (z.B. Kühl medium) durchströmt werden. Ein Deckel 6 schließt den Mischbehälter 3 nach oben ab, während zum Austrag des gemischten Gutes ein Austragsstutzen 7 oder dergleichen dient.

Innerhalb der Stütze 2 ist in wenigstens einem Wälzlager 8 die Antriebswelle 9 eines noch näher zu erläuternden Differentialgetriebes 10 abgestützt und geführt, das für den gemeinsamen Drehantrieb eines in Bodennähe innerhalb des Mischbehälters 3 angeordneten unteren Rührwerks 11 und eines mit axialem Abstand über diesem Rührwerk 11 angeordneten oberen Rührwerks 12 dient.

Tn diesem Ausftlhrunqsbeisvi^l svxl als Ru^rverk'i(.·■.'. für das untere Rührwerk wenigstens r.vei Flüqol. IK mit gleichem Querschnitt und gleicher radialer Länge und für das obere Rührwerk ebenfalls wenigstens zwei Flügel 12a mit gleicher Länge und

gleichem Querschnitt vorgesehen. 30

Während das obere Ende der Getriebe-Antriebswelle 9 mit dem Differentialgetriebe 10 in Verbindung steht, ist das untere Ende dieser Antriebswelle 9 über einen Riementrieb 13 mit einem Antriebsmotor 14 verbunden, bei dem es sich je nach Verwendungszweck der Mischvorrichtung um einen Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl oder um einen solchen mit veränderbarer Drehzahl (z.B. Vario-Getriebeantrieb) handeln kann.

Bei dieser Mischvorrichtung sollen die beiden übereinander angeordneten Rührwerke 11 und 12 durch das Differentialgetriebe 10 mit unterschiedliehen Drehzahlen angetrieben werden. Zu diesem Zweck ist es nun zunächst einmal von Bedeutung, daß der Außendurchmesser und/oder der Flügel-Querschnitt des langsamer laufenden Rührwerks größer gewählt ist als der Außendurchmesser bzw. der Flügelquerschnitt des schneller laufenden Rührwerks.

Bei dem in Fig.1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß das untere Rührwerk 11 das langsam laufende und das obere Rührwerk das schnell laufende ist. In der Zeichnung ist daher zu erkennen, daß das untere Rührwerk 11 den größeren Außendurchmesser aufweist, d.h. die radial äußeren Enden der Flügel 11a reichen bis in die unmittelbare Nähe der Innenseite der Umfangswand 5, während der Außendurchmesser des oberen Rührwerks 12 wesentlich kleiner gehalten

ist als der des unteren Rührwerks 11. Darüber hinaus weisen die Flügel 12a des oberen Rührwerks 12 (wie beim rechten Flügel 12a in Fig.1 angedeutet) einen kleineren Querschnitt auf als die Flügel 11a des unteren Rührwerks 11; zumindest die Flügel 12a des schneller laufenden Rührwerks 12 besitzen vorzugsweise einen etwa stromlinienförmigen Querschnitt.

Bei der zuvor erläuterten Ausbildung der beiden übereinanderliegenden Rührwerke 11, 12 wirkt während der Mischarbeit auf das untere Rührwerk 11 bzw. auf dessen Flügel 11a ein größeres Gegenmoment ein als auf das obere Rührwerk 12 bzw. dessen Flügel 12a.

Anhand der Fig.2 sei nun eine erste Ausführungsform des die beiden Rührwerke 11 und 12 antreibenden Differentialgetriebes erläutert. 20

Das Differentialgetriebe 10 enthält ein am oberen Ende 9a der Getriebe-Antriebswelle 9 befestigtes (z.B. aufgekeiltes) zentrales Sonnenrad 15, einen koaxial dazu angeordneten Innenzahnkranz 16, wenigstens zwei im ringförmigen Zwischenraum zwischen Sonnenrad 15 und Innenzahnkranz 16 angeordnete und mit den beiden letzteren in Verzahnungseingriff stehende Planetenräder 17 sowie einen diese Planetenräder 17 frei drehbar halternden Planetenträger 18.

In diesem Ausführungsbeispiel besitzt das untere Rührwerk 11 eine hohl ausgebildete untere Nabe 19, die mit ihrem unteren Ende durch den Behälterboden 4 nach unten hindurchragt und in diesem Behälterboden 4 - entsprechend abgedichtet - mittels Wälzlager 20 frei drehbar gelagert ist. Der aus dem Behälterboden 4 herausragende untere Endabschnitt 19a dieser unteren Nabe 19 ist glockenförmig erweitert, wobei in diesen unteren Endab-

^O schnitt 19a der Innenzahnkranz 16 des Differentialgetriebes 10 eingearbeitet ist. Dieser glockenförmig erweiterte untere Endabschnitt 19a der unteren Nabe 19 umgibt somit das Sonnenrad 15, die Planetenräder 17 und den Planetenträger 18 in vorteilhafter Weise nach Art eines Gehäuses.

Der die Planetenräder 17 frei drehbar lagernde, beispielsweise ring- oder kreisförmig ausgebildete Planetenträger 18 besitzt eine drehfest mit ihm verbundene Welle 21, die sich durch die hohl ausgebildete untere Nabe 19 koaxial nach oben erstreckt, in dieser unteren Nabe 19 durch Wälzlager 22 frei drehbar abgestützt und geführt ist und mit ihrem oberen Ende 21a drehfest (z.B. verschraubt oder verkeilt) mit der oberen Nabe 23 des oberen Rührwerks 12 verbunden ist.

Eine zweite Ausführungsform des Differentialgetriebes 10' ist in Fig.3 veranschaulicht; in diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind der Einfachheit halber etwa gleichartig ausgebildete Teile und Elemente mit denselben Bezugszeichen unter Bei-

fügung eines Striches bezeichnet, so daß deren detaillierte Erläuterung unterbleiben kann.

Auch bei diesem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die untere Nabe 24 des unteren Rührwerks 11' hohl ausgebildet und an ihrem einen Ende, nämlich in diesem Falle an ihrem oberen Ende 24a mit einem darin eingearbeiteten Innenzahnkranz 16' versehen, und das Differentialgetriebe 10' enthält neben diesem Innenzahnkranz 16' ein am oberen Ende 9'a der Getriebe-Antriebswelle 9' (z.B. mit Hilfe einer Paßfeder 25) befestigtes Sonnenrad 15', das sich koaxial innerhalb des Innenzahnkranzes 16' sowie in dessen Höhe befindet, sowie wenigstens zwei im ringförmigen Zwischenraum zwischen Sonnenrad und Innenzahnkranz angeordnete, mit den beiden letzteren in Verzahnungseingriff stehende Planetenräder 17'.

^ Die Getriebe-Antriebswelle 9' ist in diesem Falle einerseits innerhalb der unteren Nabe 24 (unterhalb des Sonnenrades 15') mittels Wälzlager 26 und andererseits an ihrem obersten Ende 9'a (oberhalb des Sonnenrades 15') in weiteren Wälzlagern 27 zentral innerhalb der oberen Nabe 28 des oberen Rührwerks 12' jeweils frei drehbar gelagert. Diese obere Nabe 28 ist kappenartig ausgebildet und stellt eine obere gerade, etwa zylindrische Verlängerung der unteren Nabe 24 dar, wobei sie jedoch gegenüber der letzteren unabhängig drehbar ist. Diese nach oben abgeschlossene obere Nabe

besitzt einen äußeren Ringraum, in dem Wälzlager 29 zur frei drehbaren Halterung und Abstützung der nach oben ragenden Achsverlängerungen 17'a der Planetenräder 17' angebracht sind. Auf diese Weise bildet die kappenartig ausgebildete obere Nabe 28 hier gleichzeitig den Planetenträger dieses Differentialgetriebes 10'; außerdem umgeben das obere Ende 24a der unteren Nabe 24 und die zuvor erläuterte obere Nabe 28 die wesentlichen Getriebeteile des Differentialgetriebes 10' nach Art eines Gehäuses.

Aus den Fig.2 und 3 sowie den zugehörigen Beschreibungen wird deutlich, daß das gemeinsame Differentialgetriebe 10 bzw. 10' für die beiden Rührwerke äußerst raumsparend und konstruktiv verhältnismäßig einfach ausgeführt sein können. Ein solches Differentialgetriebe 10 bzw. 10' arbeitet nach Art eines Ausgleichs- bzw. Planetengetriebes, bei dem eine Antriebswelle und zwei Abtriebsglieder vorhanden sind. Auf diese V7eise sorgt das Differentialgetriebe nicht nur für eine unterschiedliche Drehzahl beider Rührwerke, sondern auch dafür, daß die beiden übereinanderliegenden Rührwerke gegensinnig angetrieben werden.

Die soeben geschilderte Ausführung des für den Drehantrieb der beiden übereinander angeordneten Rührwerke bestimmten gemeinsamen Differentialgetriebes (10 bzw. 10') sowie die weiter oben geschilderte unterschiedliche Ausbildung der beiden Rührwerke

11 (11') und 12 (Ί2¹) führen nun dazu, daß - wie eingangs geschildert - die von der Getriebe-Antriebswelle über die Flügel auf das Mischgut abzugebende Leistung jeweils mit entsprechend konstantem Gegenmoment bei den unterschiedlichen Rührwerksdurchmessern und/oder Flügel-Querschnitten übertragen wird.

Geht man beispielsweise davon aus, daß das Differentialgetriebe ein Übersetzungsverhältnis von i = 3 besitzt und die Getriebe-Antriebswelle mit einer Drehzahl von 1500 U/min dreht, dann ergibt sich bei dem einen Rührwerk, z.B. beim oberen Rührwerk, eine maximale Drehzahldifferenz von 500 U/min. 15

Nimmt man ferner an, daß das Gegenmoment an den Flügeln des unteren Rührwerks unendlich groß ist, was zu einer Drehzahl von 0 führt, dann dreht also das obere Rührwerk mit einer Drehzahl von 500 U/min, und zwar im gleichen Drehsinn wie die Antriebswelle.

Geht man nun - im Gegensatz zu dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel - davon aus, daß die Durchmesser der beiden Rührwerke sowie deren Flügel-Querschnitt gleich groß sind, dann kann rr.an beide Rührwerke mit einer Drehzahl von 250 U/min bei gegenläufiger Drehrichtung laufen lassen, so

daß die Drehzahldifferenz 500 U/min bleibt. 30

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Es versteht sich von selbst, daß - im Gegensatz zum veranschaulichten Ausführungsbeispiel (Fig.1) im Bedarfsfalle auch das untere Rührwerk das schneller laufende und das obere Rührwerk das langsamer laufende sein kann.

Ein besonderer verfahrenstechnischer Vorteil in dieser erfindungsgemäßen Ausbildung der Mischvorrichtung ist auch darin zu sehen, daß die für die Mischarbeit aufzubringende Energie gleichmäßiger abgegeben werden kann als bei gleicher Drehzahl der Rührwerke, da es ansonsten leicht zu Überhitzungen kommen kann, was häufig bei den unteren Rührwerken der Fall ist, die wegen ihres meist größeren Rührwerkzeug-Querschnittes und ihrer Bodennähe - im Vergleich zu dem oberen Rührwerk - häufig zu schnell laufen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung können die unteren Rührwerkzeuge nun - in Anpassung an das jeweilige Mischgut - auch etwas schneller laufen, da das Gegenmoment kleiner gehalten werden kann, wodurch sich die Differenz zum oberen Rührwerk verringert und eine bessere Mischwirkung erzielt werden kann.

Entsprechendes gilt auch bei wechselndem Fließverhalten des Mischgutes, insbesondere bei unterschiedlicher Viskosität, worauf das erfindungsgemaß verwendete Differentialgetriebe mit einem automatischen Ausgleich des Gegenmoments antworten kann.

Je nach dem spezifischen Einsatzzweck der Mischvorrichtung bestehen also viele Anpassungsmöglichkeiten allein durch die Formgebung der Rührwerkzeuge (insbesondere der Querschnittsformen) und der Größe des Außendurchmessers vom jeweiligen Rührwerk. So kann man durch eine dementsprechende Gestaltung der Rührwerke deren Einwirkung auf das Mischgut vorbestimmen (ob z.B. eine reine Mischarbeit, Knetarbeit, Aufheizwirkung oder auch noch Zerkleinerungswirkung auf das Mischgut ausgeübt werden soll).

Während bei der in den Zeichnungsfiguren 1 bis 3 beschriebenen Mischvorrichtung die Antriebswelle des Differentialgetriebes bzw. Teile des Differentialgetriebes selbst vom Behälterboden her in das Innere des Mischbehälters hineinragen, versteht es sich von selbst, daß das gleiche Antriebsprinzip auch bei einer Ausbildungsform der Mischvorrichtung angewendet werden kann, bei dem die Getriebe-Antriebswelle bzw. die entsprechenden Getriebeteile von oben her, d.h. vom Deckel des Mischbehälters her in das Innere des Mischbehälters hineinragen . Diese Art des Antriebes für die übereinanderliegenden Rührwerke bedingt gegenüber den oben ausführlich beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsformen nur geringfügige konstruktive Anpassungen, ohne daß dadurch das Grundantriebsprinzip und die Grundzusammenordnung wesentlich geändert werden müssen.

Letzteres gilt im Prinzip auch, wenn - im Gegensatz

zu den veranschaulichten und erläuterten Ausführungsbeispielen - das untere Rührwerk schneller umlaufen soll als das obere.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen von Gut, wie rieselfähigen Feststoffen, Flüssigkeiten und zähflüssigen, viskosen Pasten, enthaltend einen Mischbehälter (3), ein in Bodennähe innerhalb des Mischbehälters angeordnetes unteres Rührwerk (11, 11') und ein mit axialem Abstand über dem unteren Rührwerk angeordnetes oberes Rührwerk (12, 12'), wobei beide Rührwerke mit unterschiedlichen Drehzahlen und entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet,

daß für den Drehantrieb beider Rührwerke (11, 12, 11', 12) ein gemeinsames Differentialgetriebe (10, 10') vorgesehen ist, das einerseits mit oberen und unteren Naben (19, 23, 24, 28) der beiden Rührwerke und andererseits über seine Antriebswelle (9, 9') mit einem Antriebsmotor (14) in Verbindung steht, und daß der Außendurchmesser und/oder der Rührwerkzeug-Querschnitt des langsam laufenden Rührwerks (11, 11') größer gewählt ist als der Außendurchmesser bzw. Rührwerkzeug-Querschnitt des schneller laufenden Rührwerks (12, 12').

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (19, 24) des einen Rührwerks (11, 11') hohl ausgebildet ist und an mindestens einem Ende einen Innenzahnkranz (16, 16') aufweist, daß an einem Ende

(9a, 9'a) der Getriebe-Antriebswelle (9, 9') ein Sonnenrad (15, 15') innerhalb und in Höhe des Innenzahnkranzes befestigt ist und daß im Bereich zwischen Sonnenrad und Innenzahnkranz mit den beiden letzteren in Verzahnung seingriff stehende Planetenräder (1.7, 17') angeordnet sind, die über einen Planetenträger (18, 28} mit der Nabe (23, 28)des anderen Rührwerks (12, 12') verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Nabe (19) mit ihrem unteren Ende durch den Behälterboden (4) hindurchragt, in diesem Behälterboden frei drehbar gelagert ist und an ihrem aus dem Behälterboden (4) herausragenden Endabschnitt (19a) den Innenzahnkranz (16) aufweist und daß innerhalb der unteren Nabe (19) der Planetenträger

(18) über seine Planetenträgerwelle (21) frei

drehbar gelagert ist, die sich durch diese untere Nabe koaxial nach oben erstreckt und die an ihrem oberen Ende (21a) mit der oberen Nabe (23) drehfest verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Innenzahnkranz (16) aufweisende untere Endabschnitt (19a) der unteren Nabe (19) glockenförmig erweitert ist und das Sonnenrad (15), die Planetenräder (17) sowie

den Planetenträger (18) gehäuseartig umgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe-Antriebswelle (9') innerhalb der unteren Nabe (24) frei drehbar gelagert und der Innenzahnkranz (16') in das obere Ende (24a) dieser unteren Nabe einge

arbeitet ist, während in der ebenfalls hohl ausgebildeten oberen Nabe (28) sowohl das das Sonnenrad (15') tragende obere freie Ende (9'a) der Getriebe-Antriebswelle (9¹) als auch die Planetenräder (17', 17'a) frei drehbar

gelagert sind, wobei diese obere Nabe kappenartig ausgebildet ist und eine obere gerade, etwa zylindrische Verlängerung der unteren Nabe (24) darstellt, dabei jedoch gegenüber der letzteren unabhängig drehbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rührwerk (11, 12, 11', 12') als Rührwerkzeuge mehrere Flügel (11a, 12a) enthält, von denen zumindest die des schneller

laufenden Rührwerks (12) einen etwa stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor mit veränderbarer Drehzahl ausgebildet ist.