DE4115496A1 - Mischwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Mischwerkzeug für die Behand­ lung von Feststoffen oder einzelner Feststoffkomponenten in einem horizontal liegenden Behälter mit konzentrisch angeord­ neter Welle, die drehbar im Behälter gelagert ist und mehrere in axialer Richtung beabstandete, an der Welle befestigte Misch­ werkzeuge trägt, die radial gerichtet zur Behälterinnenwand hinweisen und in geringem Abstand vor der Behälterinnenwand enden, wobei das einzelne Mischwerkzeug einen Arm und einen Mischkörper aus mindestens zwei plattenförmigen Mischelementen aufweist.

Ein derartiges Mischwerkzeug ist durch die deutsche Patent­ schrift 11 22 355 bekanntgeworden.

Zum Mischen von rieselfähigen Stoffen sind Mischer mit horizon­ tal liegenden Behältern bekannt, in denen das zu mischende Gut von mit einer Welle rotierenden Mischwerkzeugen bewegt wird. Als Mischkörper werden vor allem Pflugscharschaufeln eingesetzt, die sich in einem breiten Anwendungsgebiet bewährt haben. Mit diesen Mischwerkzeugen lassen sich Mehrkomponentenmischungen hoher Mischgüte herstellen. Auch sind plattenförmige Mischkörper bekannt, die konkav und/oder konvex ausgebildete Flächenab­ schnitte aufweisen. Werden stark haftende Produkte in horizontal angeordneten Mischern, Trocknern oder Reaktoren vermischt, getrocknet oder in einer anderen Weise bearbeitet, so ist be­ kannt, daß sich an der Behälterinnenwand eine Produktschicht aufbauen kann, die zwischen der Behälterinnenwand und der Stirn­ fläche der Mischelemente ausgebildet ist (Produktansatz).

Ein größerer Spalt zwischen den Mischwerkzeugen und der Behäl­ terinnenwand entsteht deshalb, weil die Welle aufgrund ihres Eigengewichts eine gewisse Durchbiegung aufweist, sofern die Welle nur an den Wellenenden drehbar gelagert ist. Ferner ist ein größerer Spalt zwischen dem Mischwerkzeug und der Behälter­ innenwand auch dann zwingend, wenn mittels eines Energieträgers die Behälterwand erwärmt wird. Der Behälter erfährt dann eine gewisse Verformung, die in Abhängigkeit von der Temperatur und des verwendeten Materials für den Behälter bzw. für die Welle und für das Mischwerkzeug unterschiedlich ist. Es ist deshalb einfach ersichtlich, weshalb auch bei hochgenauer Fertigung von Mischern, Trocknern und Reaktoren ein vergrößerter Spalt zwischen dem Mischwerkzeug und der Behälterinnenwand bestehen muß.

Der sich im Spalt aufbauende Produktansatz kann aushärten, sich weiter aufbauen und die Energieaufnahme der Mischwerkzeuge vergrößern. Der Ansatz kann von Zeit zu Zeit abplatzen und verschlechtert dadurch die Mischgüte der Endmischung. Ein der­ artiger Produktansatz wird in Trocknern bzw. Reaktoren auch überhitzt, das heißt, das Produkt selbst wird im Bereich der Behälterinnenwand zerstört. Bei einem Reaktionsprozeß können sich dadurch stöchiometrische Verhältnisse unkontrollierbar verändern.

Das bekannte Mischwerkzeug ist deshalb federnd im Produktraum befestigt, um mittels einer vorgegebenen Federkraft Spaltbreiten zwischen Behälterinnenwand und der Stirnfläche des Mischwerk­ zeuges auszugleichen. Dies erfordert eine aufwendige Konstruk­ tion und ist im Produktionsbetrieb störungsanfällig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mischwerk­ zeug der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Produktansatz im Spalt zwischen Behälterinnenwand und dem Mischwerkzeug weitgehend vermieden wird bzw. zuverlässig abgetragen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mischelemente in Umlaufrichtung zumindest teilweise hinter­ einander angeordnet sind und am freien zur Behälterinnenwand hinweisenden Ende Aussparungen aufweisen, die von dem ersten Mischelement zu dem zweiten Mischelement versetzt sind, und daß die Aussparungen in Vorderansicht zumindest teilweise von Vorsprüngen des zweiten Mischelements abgedeckt sind.

Das erfindungsgemäße Mischwerkzeug hat damit den wesentlichen Vorteil, daß es mit dem Mischwerkzeug möglich ist, einen sich im Spalt aufbauenden Produktansatz in schmalen Bahnen abzu­ tragen. Die Leistungsaufnahme der Welle, die die Mischwerkzeuge trägt, kann klein gehalten werden. Zwischen den einzelnen Aus­ sparungen ist jeweils ein Vorsprung vorgesehen, der an die Aussparungen grenzt. Mittels dieser Vorsprünge wird der Produkt­ ansatz über eine gewisse axiale Länge aufgerissen. Die noch bestehenden Produktansatzstreifen werden dann von Vorsprüngen des zweiten Mischelements abgetragen. Mit den an den Misch­ elementen zueinander versetzt angeordneten Aussparungen ist gewährleistet, daß die gesamte Behälterinnenwand im Bereich der Rotationsebene eines Mischwerkzeugs bestrichen wird und damit bleibende kreisförmige Produktansatzringe nicht auftreten können. Die einzelnen Mischwerkzeuge wirken darüber hinaus in einer Art und Weise zusammen, daß die gesamte axiale Länge der Behälterinnenwand bestrichen wird. Damit wird mit einer ein­ fachen Anordnung der Mischelemente am Mischwerkzeug der Aufbau eines Produktansatzes weitgehend verhindert, und entstehender Produktansatz läßt sich mit geringem Energieaufwand abtragen. Der Verschleiß derartiger Mischelemente ist verringert.

Die einzelnen Mischelemente sind bei harten Produktansätzen weiterhin geringeren Momenten ausgesetzt und können deshalb in verringerter Materialstärke gefertigt werden.

Über die bahnenförmige Abtragung des Produktansatzes ist es auch möglich, die Längsränder der Produktansatzbahnen aufzu­ lockern, so daß sich diese Produktansatzbahnen einfacher mittels der Vorsprünge des zweiten Mischelementes von der Behälterinnen­ wand ablösen lassen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung bildet eine zur Behälterinnenwand weisende Stirnfläche der Mischelemente mit der Behälterinnenwand einen Keilspalt. Dabei weisen, in Umlauf­ richtung der Mischwerkzeuge gesehen, die hinteren Kanten der Mischelemente einen größeren Abstand zur Behälterinnenwand auf als die vorderen Kanten. Dies hat den Vorteil, daß je nach produktspezifischem Verhalten des Produktansatzes ein mehr oder weniger großer Freiwinkel zwischen dem Mischwerkzeug und der Behälterinnenwand einstellbar ist. Der Keilwinkel öffnet sich entgegen der Umlaufrichtung des Mischwerkzeuges, so daß keine Verpressung des abgelösten Produktansatzes zwischen Be­ hälterinnenwand und Mischwerkzeug entstehen kann. Die Energie­ aufnahme der Welle kann damit gering gehalten werden.

Sind ferner die Mischelemente unterschiedlich weit von der Behälterinnenwand beabstandet, so kann das produktspezifische Verhalten des Ansatzes noch stärker berücksichtigt werden.

Die Mischelemente sind in einer bevorzugten Ausführungsform auch zum Arm des Mischwerkzeugs und in Rotationsebene des Misch­ werkzeugs schräg angeordnet, damit eine definierte Fördercharak­ teristik des zu bearbeitenden Produktes im Behälter erfolgen kann. Der Produktaustausch im Behälter und damit die Mischgüte bzw. die Ausbeute lassen sich mit einer derartigen Anordnung der Mischelemente verbessern.

Die Vorsprünge des zweiten Mischelements sind derart ausge­ bildet, daß sie dieselbe Umlaufbahn beschreiben wie die Aus­ sparungen des ersten Mischelements. In gleicher Zuordnung stehen die ersten Vorsprünge des ersten Mischelements zu den zweiten Aussparungen des zweiten Mischelements. Sind die Mischelemente unterschiedlich ausgerichtet, d. h. die Mischelemente laufen nicht exakt parallel hintereinander, so müssen die Aussparungen des ersten Mischelements derart an die Vorsprünge des zweiten Mischelements angepaßt sein, daß sie dieselben Umlaufbahnen an einer Behälterinnenwand beschreiben.

Das erfindungsgemäße Mischwerkzeug entspricht damit dem erwei­ terten Anforderungen in der Mischtechnik. Mit dem nachlaufenden Mischelement läßt sich eine zusätzliche Rückvermischung und damit eine bessere Homogenität des Endprodukts erzielen. Der Kraftbedarf gegenüber herkömmlichen Mischelementen ist geringer. Dies ist auf Effekte zurückzuführen, die an sich bekannt sind. Die Produktentleerung ist verbessert und auch die Granuliereigenschaften des erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs sind gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Misch­ werkzeugen besser. Durch die Änderung der Winkelstellung der Mischelemente zueinander, der Änderung des Winkels des vor­ eilenden Mischelements sowie des Winkels der Mischelemente zur Behälterinnenwand ist eine produktspezifische Anpassung der Mischwerkzeuge möglich.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß je­ weils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben viel­ mehr beispielhaften Charakter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen horizontal angeordneten Behälter mit konzentrischer Welle und einem erfin­ dungsgemäßen Mischwerkzeug, das an der Welle befestigt ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs mit einem ihm zugeordneten Behälterab­ schnitt;

Fig. 3 eine Abwicklung eines Behälterabschnitts und ein dem Behälterabschnitt zugeordnetes erfindungsgemäßes Mischwerkzeug;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Mischwerkzeug in Gesamtansicht, wie es an einer Welle in einem horizontal angeordneten Behälter befestigbar ist.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen teilweise stark schematisiert den erfindungsgemäßen Gegenstand und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die Gegenstände der einzelnen Figuren sind teilweise stark vergrößert dargestellt, damit ihr Aufbau besser gezeigt werden kann.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Mischwerkzeug 10, wie es auf einer Welle 11 und in einem Behälter 12 angeordnet ist. Von der Welle 11 aus ragt das Mischwerkzeug 10 radial zu einer Behälterinnenwand 13 hin. Das Mischwerkzeug 10 setzt sich aus einem Arm 14 und einem ersten Mischelement 15 und einem zweiten Mischelement 16 zusammen. Der Arm 14 des Mischwerkzeuges 10 ist in einer Tasche 17 gehalten, die an der Welle 11 drehfest befestigt ist. Über Befestigungsmittel, die in Bohrungen 18, 18′ greifen, ist der Arm 14 in der Tasche 17 zu befestigen.

Das erste Mischelement 15 weist erste Aussparungen 19, 19′, 19′′ auf, die zu zweiten Aussparungen 20, 20′ des zweiten Misch­ elementes versetzt sind. An die ersten Aussparungen 19, 19′, 19′′ grenzen erste Vorsprünge 21, 21′, 21′′, die über die ersten Aussparungen 19, 19′, 19′′ hinausragen. An dem zweiten Misch­ element 16 sind zweite Vorsprünge 22, 22′, 22′′ vorgesehen, die an die zweiten Aussparungen 20, 20′ grenzen. Die Aussparungen 19, 19′, 19′′ und 20, 20′ sind derart zueinander versetzt, daß bei den hintereinander angeordneten Mischelementen 15, 16, in Umlaufrichtung gesehen, jeweils einer Aussparung 19 ein Vor­ sprung 22 des zweiten Mischelements 16 zugeordnet ist. In Pfeil­ richtung 23 bewegt sich das Mischwerkzeug 10 entlang der Be­ hälterinnenwand 13. Zwischen dem ersten Mischelement 15 und der Behälterinnenwand 13 ist ein erster Spalt 24 ausgebildet, und zwischen dem zweiten Mischelement 16 und der Behälterinnen­ wand 13 besteht ein zweiter Spalt 25. Die Mischelemente 15, 16 sind in der Fig. 1 in abgewinkelter Stellung zum Arm 14 derart hintereinander angeordnet, daß jeweils eine erste Aussparung 19, 19′, 19′′ mit einem zweiten Vorsprung 22, 22′, 22′′ zusammen­ wirkt.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Mischwerk­ zeug 30, wie es einer Behälterinnenwand 31 zugeordnet ist. Der Einfachheit halber und zur besseren Übersicht ist hier nur ein Behälterabschnitt gezeigt, und es wurde in der Figur auch darauf verzichtet, die Welle darzustellen, an der das Mischwerkzeug 30 befestigbar ist.

Das Mischwerkzeug 30 weist an einem Arm 32 ein erstes Misch­ element 33 und ein zweites Mischelement 34 auf. Das Mischwerk­ zeug 30 rotiert in Richtung des Pfeiles 35 auf einer Kreisbahn entlang der Behälterinnenwand 31.

Mit 36 ist an der Behälterinnenwand 31 ein Produktansatz mit unterschiedlich dicht angeordneten Punkten schematisch darge­ stellt. Mit 36′ ist die produktansatzfreie Behälterinnenwand 31 dargestellt. Am ersten Mischelement 33 sind erste Ausspa­ rungen 37, 37′, 37′′ und am zweiten Mischelement 34 zweite Aus­ sparungen 38, 38′ vorgesehen. Die ersten und zweiten Ausspa­ rungen 37, 37′, 37′′, 38, 38′ sind derart ausgebildet, daß sie mit einem ersten Vorsprung 39, 39′, 39′′ und einem zweiten Vor­ sprung 40, 40′, 40′′ der ersten und zweiten Mischelemente 33, 34 zusammenwirken können. In der Figur ist schematisch gezeigt, wie über die versetzten ersten und zweiten Vorsprünge 39, 39′, 39′′ und 40, 40′, 40′′ Produktansatz 36 in Bahnen von der Behäl­ terinnenwand 31 abgetragen wird.

Fig. 3 zeigt ein Mischwerkzeug 50, wie es einem abgewickelten Behälterabschnitt 51 zugeordnet ist. Ein Arm 52 des Mischwerk­ zeuges 50 ist ohne Welle gezeigt. An dem Arm 52 ist ein erstes Mischelement 53 und ein zweites Mischelement 54 befestigt. In Pfeilrichtung 55 überstreichen die Mischelemente 53, 54 die Innenseite des Behälterabschnittes 51. Erste Aussparungen 56, 56′, 56′′ des ersten Mischelementes 53 und zweite Aussparungen 57, 57′ des zweiten Mischelementes 54 sind versetzt zueinander angeordnet. Mit ersten Vorsprüngen 58, 58′, 58′′ und zweiten Vorsprüngen 59, 59′, 59′′ wird ein gepunktet dargestellter Pro­ duktansatz 60 auf der Innenseite des Behälterabschnittes 51 in axial kurzen Bahnen abgetragen. Mit 61 ist die ansatzfreie Innenseite des Behälterabschnittes 51 in der Figur dargestellt.

Fig. 4 zeigt ein Mischwerkzeug 70, wie es in einem horizontal liegenden Behälter an einer darin gelagerten Welle befestigbar ist. Das Mischwerkzeug 70 setzt sich aus einem Arm 71 und einem ersten Mischelement 72 sowie einem zweiten Mischelement 73 zusammen. Das zweite Mischelement 73 ist hinter dem ersten Mischelement 72 angeordnet. An dem ersten Mischelement 72 sind erste Aussparungen 74, 74′, 74′′ vorgesehen, die im eingebauten Zustand des Mischwerkzeuges 70 zur Behälterinnenwand hinweisen. An dem zweiten Mischelement 73 sind ebenfalls zweite Ausspa­ rungen 75, 75′ vorgesehen, die versetzt zu den ersten Ausspa­ rungen 74, 74′, 74′′ des ersten Mischelementes 72 angeordnet sind. Mit ersten Vorsprüngen 76, 76′, 76′′ werden die zweiten Aussparungen 75, 75′ verdeckt, und zweite Vorsprünge 77, 77′, 77′′ überdecken die ersten Aussparungen 74, 74′, 74′′ des ersten Mischelementes 72. Das Mischwerkzeug 70 kann sich in Pfeilrich­ tungen 78 bewegen, wenn es auf einer Welle befestigt gedreht wird. Über Bohrungen 79, 79′ ist das Mischwerkzeug 70 an einer in der Figur nicht gezeigten Welle befestigbar.

Stirnflächen 80, 81 der ersten und zweiten Mischelemente 72, 73 können mit einer angrenzenden Behälterinnenwand einen ent­ gegen der Laufrichtung sich öffnenden Keilspalt bilden. Die Mischelemente 72, 73 sind zur Rotationsebene schräggestellt.

Die Stirnflächen 80, 81 der Mischelemente 72, 73 können über die ganze axiale Länge des Mischers unterschiedlichst profiliert sein. So sind in einem Ausführungsbeispiel die Aussparungen und Vorsprünge rechteckförmig. Verschiedene Vieleckformen sind sowohl für die Aussparungen als auch für die Vorsprünge denkbar.

Claims (4)

1. Mischwerkzeug für die Behandlung von Feststoffen, Flüssig- Feststoffgemischen, Schmelzen, hochviskosen Flüssigkeiten oder einzelner Feststoffkomponenten in einem horizontal liegenden Behälter (12) mit konzentrisch angeordneter Welle (11), die drehbar im Behälter (12) gelagert ist und mehrere in axialer Richtung beabstandete an der Welle (11) befestigte Mischwerkzeuge (10; 30; 50; 70) trägt, die radial gerichtet zur Behälterinnenwand (13; 31) hin­ weisen und in geringem Abstand von der Behälterinnenwand (13; 31) enden, wobei das einzelne Mischwerkzeug (10; 30; 50; 70) einen Arm (14; 32; 52; 71) und einen Mischkörper aus mindestens zwei plattenförmigen Mischelementen (15, 16; 33, 34; 53, 54; 72, 73) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (15, 16; 33, 34; 53, 54; 72, 73) in Umlaufrichtung zumindest teilweise hintereinander angeordnet sind und am freien zur Behälter­ innenwand (13; 31) hinweisenden Ende Aussparungen (19, 19′, 19′′, 20, 20′; 37, 37′, 37′′, 38, 38′; 56, 56′, 56′′, 57, 57′; 74, 74′, 74′′, 75, 75′) aufweisen, die von dem ersten Mischelement (15; 33; 53; 72) zu dem zweiten Misch­ element (16; 34; 54; 73) versetzt sind, und daß die Ausspa­ rungen (19, 19′, 19′′; 37, 37′, 37′′; 56, 56′, 56′′; 74, 74′, 74′′) des ersten Mischelements (15; 33; 53; 72) in Vorderansicht zumindest teilweise von Vorsprüngen (22, 22′, 22′′; 40, 40′, 40′′; 59, 59 59′′; 77, 77′, 77′′) des zweiten Mischelements (16; 34; 54; 73) abgedeckt sind.

2. Mischwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Behälterinnenwand weisende Stirnfläche (80, 81) der Mischelemente (72, 73) mit der Behälterinnenwand (13; 31) einen sich in Umlauf­ richtung verjüngenden Keilspalt bildet.

3. Mischwerkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (15, 16; 33, 34; 53, 54; 72, 73) unterschiedlich weit von der Behäl­ terinnenwand (13; 31) beabstandet sind.

4. Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (15, 16; 33, 34; 53, 54; 72, 73) zur Rotationsebene schräg ange­ ordnet sind.