DE813154C

DE813154C - Misch- und Knetvorrichtung

Info

Publication number: DE813154C
Application number: DEP56283A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl-Ing Erdmenger
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1949-09-29
Filing date: 1949-09-29
Publication date: 1951-09-06

Description

Misch- und Knetvorrichtung Zum kontinuierlichen Mischen bzw. Kneten von flüssigen, zähflüssigen, plastischen, pulverförmigen oder körnigen Stoffen werden vorzugsweise Vorrichtungen benutzt, die aus zwei oder mehreren sich in einem passenden Gehäuse in gleichsinniger oder entgegengesetzter Umlaufrichtung drehenden schnekken- oder schraubenförmigen Körpern bestehen. Soweit es sich bei Apparaten dieser Art um schraubenförmig auf einer Welle angeordnete Mischschaufeln handelt, haben diese den bekannten Nachteil, daß sie nicht selbstreinigend wirken. Bei den üblichen selbstreinigenden Ausführungsformen mit durchlaufenden Schneckenwindungen verändern die Nutzräume während der Drehung, je Längeneinheit betrachtet, ihre Gestalt bzw. ihren Inhalt meist überhaupt nicht oder nur unwesentlich. Die Mischwirkung hängt also fast ausschließlich vom Reibungskoeffizienten zwischen Material und Wandung ab und ist in vielen rmEen keineswegs ausreichend. Außerdem ist die Verweilzeit in starkem Maße abhängig von Drehzahl und Anzahl der Schraubenwindungen, in denen das Mischgut kontinuierlich vorwäitsgeschoben wird. Eine rückläufige Bewegung entgegen der Foderrichtung des Mischgutes findet im allgemeinen nicht statt.
Es wurde nun gefunden, daß die verschiedenen noch offenen Wünsche, gute örtliche Misch- bzw.
Knetwirkung, gegebenenfalls unterstützt durch rückläufige Bewegung des Mischgutes und eine hohe Ver- weilzeit trotz verhältnismäßig schnell umlaufender Mischerwellen, erfüllt werden können, wenn erfindungsgemäß die Misch- und Knetvorrichtung aus zwei oder mehreren sich in einem Gehäuse in gleich-~smmger oder entgegengesetzter Umlaufrichtung drehenden Körpern besteht, die aus Kurvenscheiben gebildet sind, welche wendeltreppenartig gegeneinander versetzt auf vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Wellen befestigt sind.
Durch die Bildung dieser Körper aus wendeltreppenartig gegeneinander versetzten Kurvenscheiben wird nämlich je nach dem Winkel, in dem diese Scheiben gegeneinander versetzt angeordnet sind, die axiale Fördergeschwindigkeit des zu mischenden Stoffes bis auf Null herabgesetzt bzw. sogar negativ, während die tangentiale Geschwindigkeitskomponente unvermindert bleibt. Hierdurch ist auch bei hoher Drehzahl der Körper und damit hoher Turbulenz des zu mischenden Stoffes gleichzeitig eine erhöhte Verweilzeit des Stoffes im Apparat gewährleistet, und es tritt eine wesentliche Verbesserung der Misch- und Knetwirkung ein.
Um die Bildung von toten Stoffnestern beim Mischvorgang zu vermeiden, wird die Gestalt der Kurvenscheiben erfindungsgemäß so gewählt, daß zwei gegenüberliegende Scheiben zweier benachbarter Körper sich in jeder Drehstellung an einem Punkte ganz oder annähernd berühren. Hierdurch werden unbestrichene Räume im Apparat vermieden und es tritt Selbstreinigung des Systems durch gegenseitiges Abstreichen der Scheiben ein.
Da die axiale Fördergeschwindigkeit je nach dem Winkel, in dem die Scheiben gegeneinander versetzt auf der Achse angeordnet sind, bis auf Null herabgesetzt werden kann, hat man es in der Hand, mit Hilfe der Stufenkörper sowohl kontinuierliche als auch diskontinuierliche Mischprozesse durchzuführen.
Die Körper können gemäß der Erfindung sowohl aus zentrisch als auch aus exzentrisch auf der Körperachse angeordneten Kurvenscheiben bestehen. In gewissen Fällen wird es auch von Nutzen sein, die Körper aus zentrischen und exzentrischen Kurvenscheiben zusammenzusetzen, die abwechselnd einzeln oder in Gruppen hintereinandergeschaltet sind. Je nach Gestalt einer Scheibe und ihrer Lage zur Rotationsachse des Drehkörpers entstehen verschiedene Effekte, die von speziellem Vorteil sein können.
Bei zentrischer Anordnung von Kurvenscheiben linsenähnlicher Gestalt bleiben z. B. die zwischen gleichsinnig rotierenden Mischkörpern und der Wand eingeschlossenen Räume während einer Umdrehung annähernd gleich groß, obwohl sich ihre Gestalt dauernd verändert. Der Mischeffekt beruht in diesem Falle hauptsächlich auf einer Art Schaufelwirkung der Drehkörper.
Bei den Körpern mit exzentrisch auf der Körperachse angeordneten Kurvenscheiben vermindern sich bei der Drehung die von einem Scheibenpaar und der Gehäusewand gebildeten Räume teilweise bis auf Null.
Die Folge dieser Verengung ist eine Verdrängung des dortigen Inhalts der zu knetenden Masse in axialer Richtung, wodurch Quetschkräfte auftreten, die apparativ von der Breite der Scheiben, von deren Drehzahl, ferner auch von der Größe der seitlichen Ausweichöffnungen abhängen. Dies gilt für beliebige Drehrichtungen der Körper.
Man kann im übrigen durch entsprechende Wahl des Winkels, in dem die Kurvenscheiben gegeneinander versetzt sind, bewirken, daß die gequetschte Masse entweder nur nach einer axialen Richtung ausweicht oder nach beiden Richtungen, wodurch also im letzten Falle ein Teil des Stoffes auch entgegengesetzt der Förderrichtung wieder zurückgedrängt wird. Dieser im fortgeschrittenen Mischstadium befindliche Teil des Stoffes vermischt sich dann mit der noch weniger intensiv gemischten Masse und wird mit ihr von dem in der Förderrichtung zurückliegenden Scheibenpaare erfaßt usw. Der Vorgang wiederholt sich bei jeder Umdrehung an jeder Scheibe, so daß eine Art Pilgerschrittbewegung des Stoffes entsteht, die für Mischvorgänge von zusätzlichem Vorteil ist.
Infolge der Schubwirkung der wendeltreppenartigen Anordnung der Kurvenscheiben wird der Inhalt der Apparaturen auch bei diesem Pilgerschrittkneten mit einer bestimmten Geschwindigkeit zum Austragende gefördert.
Während der Verweilzeit unterliegt also das Produkt einer in viele örtlich begrenzte oder sich sogar überschneidende Vorgänge aufgeteilten wirkungsvollen Knetbearbeitung.
Die geschilderte örtliche Verdrängung der zu verarbeitenden Masse zwischen zwei gegenüberliegenden Scheiben zweier Mischkörper und der Gehäusewandung kommt nahezu vollständig auch dann zustande, wenn man in einfachster Weise runde gleichsinnig rotierende Exzenterscheiben benutzt. Diese Form bietet den weiteren Vorteil, daß das Produkt infolge der beiden sich nähernden Kreiskrümmungen von Scheibe und Gehäusewand keilähnlich bei der Drehung der Scheibe eingeklemmt und zusätzlich verrieben wird.
Die allgemein schon erwähnte erfindungsgemäß eintretende Selbstreinigung des Systems kommt bei runden Exzentern vollkommen zustande, da sich zwei korrespondierende Scheiben in jeder Stellung in einem Punkte berühren. Der Durchmesser dieser Scheiben ist dabei gleich dem Achsabstand der Körper.
In den Zeichnungen sind die Prinzipien der Erfindung für den Fall der gleichsinnigen Rotation der Körper beispielhaft erläutert.
Für entgegengesetzt rotierende Körper sind die Erfindungsgedanken, wie geschildert, zum Teil auch anwendbar, jedoch nehmen in diesem Falle die Kurvenscheiben kompliziertere Gestalt an.
Fig. I zeigt ein System, bei welchem zwei Mischkörper aus linsenähnlich geformten, zentrisch angeordneten Kurvenscheiben zusammengesetzt sind. Das Gehäuse ist hierbei als offener Trog ausgebildet. Neben dem Gehäuseschnitt ist ein herausgenommener Mischkörper, von der Seite gesehen, dargestellt. Eine axiale Förderung des Stoffes ist hier nicht beabsichtigt.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung von wendeltreppenförmig aneinandergereihten Scheiben, so daß eine Förderwirkung des Gutes zustande kommt, die in die Zeichenebene hineingehend zu denken ist. Rechts der entsprechende Mischkörper in Seitenansicht.
Die Fig. 3, 4, 5 erläutern schematisch die Verände- rung des von zwei zentrischen Scheiben und der Gehäusewand eingeschlossenen Raumes, die sich während der Drehung der Scheiben auf dessen Gestalt jedoch (praktisch) nicht wesentlich auf seine Größe auswirkt.
Ebenfalls rein schematisch zeigen die Fig. 6, 7, 8 die Wirkung zweier exzentrisch angeordneter und aus Kreisbogenstücken zusammengesetzter Kurvenscheiben. Der zwischen ihnen und der Gehäusewand eingeschlossene Raum verändert während der Drehung der beiden Scheiben nicht nur seine Gestalt, sondern vermindert auch seine Größe bis zu Null, wodurch das Produkt gequetscht wird und hier z. B. nach zwei axialen Richtungen ausweichen kann.
Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung von nur zwei Kurvenscheiben, die obere ist zur Verdeutlichung schraffiert, wie bei einem bestimmten Versetzungswinkel g zweier Scheiben die Masse zwischen den unteren Scheiben 1 und 2 nur nach einer axialen Richtung ausweichen kann. Hier kommt dafür nur die in die Zeichenebene hineingehende Richtung in Frage, da die andere Richtung durch die schraffiert gezeichnete Nachbarscheibe verdeckt ist.
Fig. 10 zeigt, daß bei einem Versetzungswinkel ap > q7 eine hier schwarz gezeichnete Offnung z dem Produkt das Ausweichen auch aus der Zeichenebene heraus gestattet (eine ähnliche Öffnung würde auch bei Wahl des Winkels v < ç entstehen).
Die Fig. II, I2, I3 zeigen analog den Fig. 6, 7, 8, wie eine Quetschung der zu knetenden Masse auch bei Verwendung von kreisrunden Exzenterscheiben möglich ist.
Gleichzeitig wird erläutert, wie an den Stellen x und y die Masse keilähnlich unter örtlichen Druck kommt und zusätzliche Scherkräfte aufnimmt.
Herstellungsmäßig können die Mischkörper beispielsweise aus auf eine Vierkantwelle aufgeschobenen Scheiben bestehen wie auch aus einem Guß.
PATENTANSPROCHE: I. Vorrichtung zum Mischen bzw. Kneten von flüssigen, zähflüssigen, plastischen, pulverförmigen oder körnigen Stoffes, bestehend aus zwei oder mehreren sich in einem Gehäuse in gleichsinniger oder entgegengesetzter Umlaufrichtung drehenden Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus Kurvenscheiben gebildet sind, die wendeltreppenartig gegeneinander versetzt auf vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Wellen befestigt sind.

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheiben so gestaltet sind, daß zwei gegenüberliegende Scheiben zweier Körper sich in jeder Drehstellung an einem Punkte ganz oder annähernd berühren.

3. Vorrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus zentrisch auf der Körperachse angeordneten Kurvenscheiben bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus exzentrisch auf der Körperachse angeordneten Kurvenscheiben bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus zentrischen und exzentrischen Kurvenscheiben zusammengesetzt sind, die abwechselnd einzeln oder in Gruppen hintereinandergeschaltet sind.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen I, 2, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheiben kreisrund sind.