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Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von festen Stoffen mit Flüssigkeiten
Für
die Herstellung von Flüssigkeiten enthaltenden Mischungen d. h. Mischungen fester
Stoffe mit Flüssigkeiten zu dick- bis dünnflüssigen Gemengen oder Gemischen von
Flüssigkeiten verschiedener Art oder von verschiedenen Phasen miteinander, hat man
bereits verschiedenartige Vorrichtungen in Vorschlag gebracht, die im wesentlichen,
abhängig von der Art der zu mischenden Bestandteile, diese z. B. mittels Rührflügeln,
Knetarmen einer mechanischen Durcharbeitung unterwerfen, um möglichst gleichmäßige
Verteilung ineinander zu erreichen.
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Der aufzuwendende Kraftbedarf, besonders beim Kneten, und der Verteilungsgrad
einzelner Mischbestandteile, z. B. mehlfeine Beschaffenheit eines festen Mischungsbestandteiles,
setzen dabei vielfach der gewünschten Endbeschaffenheit Grenzen oder bedingen umständliche
Anordnungen. Man hat deshalb versucht, durch zusätzliche Maßnahmen bzw. geeignete
Vorrichtungen, wie Schüttelvorrichtungen, Rüttler, durch Zuhilfenahme von Ultraschallschwingungen,
den Grad und die Zeitspanne der Verarbeitung bis auf gewünschte gleichmäßige Verteilung
zu verbessern.
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und geeignete Vorrichtungen
zu deren Durchführung, bei welchen die Mischung durch Einwirkung mechanisch erzeugter
Schwingungen auf die zu mischende Masse erfolgt.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß eine flüssige Mischungskomponente mit der oder den anderen Komponenten, vorzugsweise
im Zustande feiner
Verteilung, in einen Mischbehälter eingetragen
wird, der sich unter Rüttelbewegung befindet, und diese der Anprallwirkung zusätzlicher,
den Mischbehälter mit größter Oberfläche durchsetzenden Prallflächen ausgesetzt
wird, vorzugsweise derart, daß diese Prallflächen gebildet werden durch von der
Rüttelbewegung in Schwingungen versetzbare, im Innern des Mischbehälters untergebrachte
Rüttelkörper, wie Kugeln, Körner, Ringe.
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Es ist zwar seit langem bekannt, Kugeln. dgl. als Zerkleinerungs-
oder Mahlkörper in Kugelmühlen und anderen Mahl- und Zerkleinerungsvorrichtungen
zu benutzen. Demgegenübef handelt es sich erfindungsgemäß um die Anwendung von Kugeln
od. dgl. ausschließlich zum Mischen von reits den Erfordernissen entsprechend genügend
zerkleinerten bzw. gemahlenen Stoffen.
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Während bei einer Mischung mit Hilfe von Schwingungen, z. B. mittels
Ultraschall, die verflüssigende und damit intensivere Durchmischung nur gerade im
unmittelbarsten Bereich der schwingenden Wände vor sich geht und um so unmittelbarer,
je geringer die Schwingbreite ist, und während dadurch besondere Vorkehrungen erforderlich
sind, um die Masse in ständiger Umführung dieser Wirkung der Wände durch Berührung
auszusetzen, sind derartige, in ihrer Wirkung begrenzte Anordnungen, die sich für
eine wirtschaftliche technische Anwendung praktisch verbieten, gemäß Erfindung entbehrlich.
Hier stellt nämlich die verhältnismäßig große Anzahl mittelbarer Rüttelkörper und
die damit vervielfachte Wirkungsoberfläche eine tatsächlich auch im einfachen technischen
Betrieb anwendbare Schwingungsverflüssigung höchster Wirkung dar.
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Die abhängigen Rüttelkörper können auch kleine Kugeln aus Porzellan,
Glas, auch Grobkiesschüttungen und andere mehr oder weniger regelmäßige Gebilde
gegenüber Härte, z. B. auch Ringe u. dgl. darstellen. Bei dichter Lagerung sollen
sie zweckmäßig nur einen Teil des Behälterinnenraumes, beispielsweise ein Fünftel
bis ein Drittel, ausmachen, so daß sich über oder unter ihnen gegebenenfalls die
fertige Mischung ansammeln kann und abziehbar ist.
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Bei Verwendung fester Mischungskomponenten, wie beispielsweise Farbpigmenten,
Zement u. dgl., werden diese in zueinander und zu den Flüssigkeiten abgestimmtem
Mengenverhältnis mit der Flüssigkeit in den Mischbehälter eingebracht und als mittelbare
Rüttelkörper mit der ersten Füllung oder vor der Einfüllung gewaschener Grobkies,
Flintkugeln od. dgl. auf einem Siebboden gelagert, worauf unter der bereits bei
Einfüllung vorhandenen Rüttelbewegung des Behälters mit Hilfe einer vorzugsweise
horizontal wirkenden Rüttelvorrichtung infolge der mittelbaren Eigenrüttelbewegung
der Körner, ihres Gegeneinandertreffens und sich gegenseitig Entfernens eine intensive
Durcharbeitung der Mischungskomponenten statthat, die eine Sedimentation der festen,
z. B. mehlfeinen Mischungskomponenten verhindert und das gleichmäßige entstehende
flüssige Gemenge nach oben oder unten in den Sammelraum:über der Rüttelschüttung
ausdrückt.
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Es ist zu beobachten und Versuche haben gezeigt, daß Mischungen von
Flüssigkeiten mit allenfalls für sehr steifbreiige -Gemenge ausreichenden Flüssigkeitsmengen
unter der vereinten Wirkung der Schwingungen, wie sie beispielsweise nach Ausschlag
und Schlagzahl bei Rüttelgeräten im Bauwesen gebräuchlich sind, in wesentlich kürzerer
Zeit sich nicht nur innig vermengen, sondern auch einen höheren Flüssigkeitsgrad
annehmen, durch den sie leichter abfüllbar sind und eine erheblich verbesserte Vermischung
mit weiteren Komponenten erlauben. Es gelingt auf diese Weise, Voranteigungen von
Pigmenten, die bisher mit schweren Knetern und unter langsamer Flüssigkeitszugabe
bereitet werden mußten und die dann wiederum mit leichteren Knetern mit Harzlösungen
verarbeitet werden mußten, bis der gewünschte Flüssigkeitsgrad erreicht war, bereits
nach kürzerer Zeit und unter Ersparnis von Lösungsmitteln in einen dünnflüssigen
und abfüllbaren Zustand überzu führen.
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In Weiterbildung der Erfindung kann man durch die Anordnung der die
Zitterbewegungen auf sehr großer Oberfläche übertragenden Prallkörper in einem Ringraum
bei horizontaler und kreisförmiger Bewegung des Hauptrüttlers ohne Anwesenheit von
Rührern eine sichtbare Kreisbewegung der zu mischenden Masse herbeiführen und sie
hierdurch zusätzlich entlüften, Abschäumungen ermöglichen usw. An dem Beispiel der
Herstellung von Zementanmachungen sei das Verfahren näher erläutert.
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Für die Herstellung von Zementanmachungen, d. h. im wesentlichen
Suspensionen von Zement in Wasser darstellenden Zubereitungen, die als sogenannter
Zementleim für Bauzwecke, vorzugsweise die Betonbereitung, Verwendung finden sollen,
benutzte man bisher in Rücksicht auf möglichst gleichmäßige Verteilung des Zementes
in der Anmachflüssigkeit in der Regel Rührwerke oder Mischgefäße, in welche Zement
und Wasser im gewünschten Mischungsverhältnis zugegeben und durcheinandergearbeitet
werden. Die Nachfüllung dieser Einrichtungen setzt daher verhältnismäßig große Sorgfalt
voraus, damit nicht durch einen Überschuß der einen oder anderen Mischungskomponente
Störungen, wie Entmischungen oder Klumpenbildungen, auftreten, die nicht nur die
Anlage bezüglich ihres Kraftbedarfes stören, sondern auch Sedimentierungen, d. h.
Absetzungen, zur Folge haben, die in den verschieden hohen Schichten ungleicthmäßige
Zusammensetzungen bedingen. Ein Nachteil besteht auch bei derartigen Anlagen in
der Neigung des Gemisches, an den bewegten Teilen Überzüge zu bilden, die sich mit
der Zeit zu dicken Krusten mehr oder weniger verfestigen, so daß die abgezogene
fertige Mischung häufig in ihrer Zusammensetzung schwankt.
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Wenn dagegen gemäß der Erfindung der Zement mit der Flüssigkeit,
und zwar ersterer vorteilhaft in - möglichst feiner Verteilung, eingetragen wird
und durch Anordnung einer Grobkiesschüttung auf
einem Siebboden
des Behälters eine sehr große Anpralloberfläche aus den Kieskörnern geschaffen wird,
die infolge der Rüttelung des Mischgefäßes sämtlich feine Zitterbewegungen ausführen,
so tritt eine allseitige Benetzung des einzelnen, zum Absinken neigenden Zementkornes
und Befreiung von etwa mitgerissenen Luftteilchen ein, die infolge der Rüttelung
nach oben durch die sich verflüssigende Mischung austreten. Die Summe der zahlreichen
knetend wirkenden, in Rüttelung befindlichen Rüttelkörperchen ergibt dabei eine
verhältnismäßig große Angriffsfläche, so daß auch Zementknollen durch Abrasion aufgeteilt
werden und eine innige Durchmischung erreicht wird, wie sie mit kräftigen Rührarmen
oder Kentern unter sehr viel größerem Kraftaufwand versucht werden müßte.
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Die aufzuwendenden Kräfte sind infolgedessen viel geringer, ebenso
die Materialstärken und damit die Gewichte für den Behälter entsprechend verringerbar.
Gegenüber einer einfachen Rüttelung, bei der sich. die verflüssigende Masse aus
Feststoff und Flüssigkeit, abgesehen von den Wänden, praktisch in Ruhe befindet,
werden auf der sehr großen Angriffsoberfläche im Innern des Behälters, die unter
Umständen ein Vielfaches des Behälterquerschnittes ausmacht, die Mischungskomponenten
in lebhafter Bewegung durcheinandergeführt, ohne daß sich jedoch durch die Rüttelkörper
Verkrustungen od. dgl. bilden können.
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Wenn man im übrigen Zement oder Anmachwasser in Abhängigkeit von
dem spezifischen Gewicht des fertigen Gemisches regelt, so kann man dabei in einfacher
Weise in fortlaufendem Arbeitsgang angemac;hten Zementleim oder eine sonstige Anmachung,
z. B. von Farbpigmenten gleichbleibenden spezifischen Gewichtes, aus dem Sammelbehälter
abziehen. Hierzu kann man sich beispielsweise gemäß Erfindung einer Senkspindel
bedienen, die in einem mit Kontakten ausgerüsteten Schwimmerring, und ebenfalls
mit Kontakten versehen, in einem Überlaufgefäß spielt und bei Änderung der spezifischen
Gewichte und damit ihres Einsenkungsgrades über Relais selbsttätig die Zufuhr der
Mischungskomponenten und/oder die Rüttelvorrichtung steuert.
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Die Vorrichtung gemäß Erfindung besteht zweckmäßig aus einem in vertikaler
Richtung größeren, z. B. zylindrischen Behälter oder einer Mehrzahl solcher, die
in gleichmäßigem Abstand um einen Rüttler verteilt und mit diesem verbunden angeordnet
sind. Die Gefäße enthalten einen oder mehrere Siebböden als Hauptprallflächen, wozu
die Böden auch gefedert aufgehängt sein können und auf den Siebböden, zweckmäßig
in den jeweiligen Schüttungen nach unten zu in der Korngröße abnehmend, Grobkies,
Flintkugeln od. dgl. Durch eine Senkspindel (Araeometer), die auf den gewünschten
Zement-Wasser-Faktor eingestellt ist oder eingestellt werden kann und die sich in
einem auf der Flüssigkeit schwimmenden, mit Kontakten ausgestatteten Ring je nach
dem Eintauchgrad mit ihrer Spindel verschiebt, welche Spindel ebenfalls mit einem
Kontakt versehen ist, wird bei Erreichen des gewünschten Dichtigkeitsgrades der
Kontakt geschlossen und über ein Relais die Zufuhr von Nachfüllkomponenten gesperrt,
ebenso unter Umständen über ein weiteres Relais die Rüttelvorrichtung abgestellt.
In gleicher Weise können gewisse Grenzbereiche durch Kontakte beherrscht werden,
so daß die eine oder die andere Nachschubkomponente selbsttätig zugeführt oder abgestellt
wird. Diese feinstufige Regelbarkeit erlaubt auch, die weiteren Mischungskomponenten
zuzuführen. So können beispielsweise auch mit Hilfe der Vorrichtung bei entsprechender
Einpassung Zuschlagstoffe eingebracht werden. Auch können die Zuschlagstoffe hierbei
die Rolle der Rüttelkörner übernehmen. Es bildet sich hierbei unter Einwirkung der
Rüttelung dann eine verdichtete Schicht, die praktisch die größtmögliche Korngerüstverdichtung
ergibt, unter Ausfüllung des hierbei verbleibenden Hohlraumvolumens durch in der
Beschaffenheit gleichmäßigen Zementleim und Verdrängung des Überschusses nach oben.
Man kann auf diese Weise entweder die auf der Rüttelkoruschicht befindliche ideale
Betonmasse zeitweilig abziehen und verwenden und durch neue Zusätze ergänzen. Man
kann auch in einem besonderen Gefäß Zementmilch herstellen, durch eine Leitung das
fertig vergleichmäßigte Gemisch in einen Hauptbehälter überführen und unter dessen
Flüssigkeitsspiegel in feiner Verteilung Zuschlagstoffe einführen, die unter Ausnutzung
des Rüttlers verdichtet und als Frischbeton für sich abgezogen werden. Beide Gefäße
können dann in diesem Falle mit Senkspindeln ausgerüstet werden, die über Kontakte
abhängig von der Uberwachung des gewünschten Zement-Wasser-Faktors die Zufuhr einerseits
von Frischwasser und Zement, andererseits von Zementleim oder Zuschlagstoffen selbsttätig
regeln.
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Die Zeichnung zeigt eine Anordnung, die für die Herstellung von Mischungen
besonders aus feinpulverigen Bestandteilen, wie Pigmenten, Zement, und aus Flüssigkeiten,
wieWasser, Lösungsmitteln, Lacklösungen, geeignet ist, um mit geringen Flüssigkeitsmengen
dennoch gut fließfähige Gemenge zu erhalten.
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Die Darstellung des aufgehängten Mischgefäßes ist schematisch. Es
bedeutet I das Aufhängegestell mit der elastischen Aufhängung 2 und einem Rüttelgerät
3 nach Art eines für Verdichtungen im Bauwesen gebräuchlichen Rüttlers.
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An den mit dem Rüttler fest verbundenen Trägern 4 sind gleichmäßig
verteilt um diesen die zylindrischen Gefäße 5 angebracht, von denen zwei sichtbar
sind, und zwar ein Menggefäß und ein Sammelgefäß. Im Menggefäß sind Vertikalrippen
6 und Siebböden 7 angeordnet, von denen der obere eine Grobkornschüttung 8, der
untere eine weniger grobe Bettung 9, z. B. Kies, Porzellankugeln od. dgl., trägt.
10 ist ein U-förmiges Rohr, das vom Boden des Behälters 5 (Menggefäß) zum Sammelgefäß
führt. Letzteres ist mit einem Auslaufschieber 11 versehen. Im Sammelgefäß führt
sich die Senkspindel 12 in dem Ring I3 mit dem Kontakt I4. An der Spindel ist ein
Gegenkontakt 15. Die Kontakte führen über die Leitungen I6 zu einem Relais I7.
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Auf der in den Lagern 20 laufenden Welle 19 ist an
zudem
oberen Teil die Rotorwicklung I8 und an dem -unteren Teil die Unwucht 2I befestigt,
die die Schwingungen des Gerätes erzeugt.
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An Stelle der gezeigten Vorrichtung kann die Anordnung auch aus einem
zylindrischen Behälter bestehen, in dem zentrisch der Rüttler mit horizontaler,
kreisförmiger Schlagführung befestigt ist, so daß ein Ringraum entsteht, in dem
sich eine oder nehrere Kugel- oder Kornbettungen befinden. In diesem Falle macht
sich, bedingt durch die abhängige, kreisende Rüttelbewegung der Kugeln od. dgl.
und durch die Wandreibung, alsbald eine kreisende Bewegung um den Rüttler durch
den Ringraum bemerkbar.
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Die Vorrichtung ist in ihrer Wirkungsweise nicht abhängig von der
dargestellten Ausführungsform; in grundsätzlich gleicher Weise können auch Emulsionen
und sonstige Mischungen hergestellt werden.
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Die in diesen Fällen erforderliche Amplitude, die Frequenz usw. lassen
sich durch Vorversuche ermitteln und schwanken naturgemäß nach der Art der Mischungskomponenten,
d. h. Flüssigkeiten, verschiedener Phasen und Dichten, nach der Art der Feststoffe,
besonders deren Aufteilungsgrades, in verhältnismäßig weiten Bereichen.
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Als Anprallkörper können schließlich auch nicht nur neutrale Körper,
sondern auch für die Bereitung des Gemenges und dessen gleichzeitige Umsetzung als
Katalysatoren oder sich allmählich verbrauchende Reaktionskörper wirkende Ruttelkörper,
Kugeln, Ringe u. dgl. verwendet werden.