DE969063C

DE969063C - Knet- und Mischmaschine fuer das Plastischmachen von Rohstoffen oder Halbfabrikaten der chemischen oder Nahrungsmittel-Industrie

Info

Publication number: DE969063C
Application number: DES3543D
Authority: DE
Inventors: Otto Kessler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-05-06
Filing date: 1942-05-06
Publication date: 1958-04-24

Description

Knet- und Mischmaschine für das Plastischmachen von Rohstoffen oder Halbfabrikaten der chemischen oder Nahrungsmittel-Industrie In vielen Fällen, insbesondere in der chemischen und in der Nahrungsmittel-Industrie, ist es erforderlich, zur Vermengung von flüssigen Stoffen mit anderen flüssigen oder festen Bestandteilen Misch-Inaschi!len zu verwenden. Für solche Zwecke ist u. a. eine Anordnung bekanntgeworden, wobei zwei Quirle, von denen jeder von einem eigenen Motor gehalten und angetrieben wird, in einen gemeinsamen Mischbecher hineinragen. Bei einer derartigen Anordnung kann die Lage der einzelnen Quirle in Bezug aufeinander und gegenüber dem Becher auch verändert werden. Außerdem können die Quirle nicht nur mit gleicher, sondern auch mit voneinander abweichender Geschwindigkeit umlaufen.
Für das Plastischmachen von Rohstoffen oder Halbfabrikaten werden vielfach auch Knetmaschinen verwendet, die z. T. gleichfalls als Mischmaschine arbeiten. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ragen beispielsweise in einen Mischtrog zu beiden Seiten zwei waagerechte Wellen hinein, von denen eine jede ein schaufel- oder flügelschraubenartiges Werkzeug trägt. Die Drehrichtung der Werkzeuge kann hierbei je nach ihrer Schaufelstellung entweder gleichsinnig oder gegenläufig sein.
Bei gleichsinniger Drehung müssen die Drehgeschwindigkeiten der beiden Schaufelwerkzeuge voneinander abweichen, während sie bei gegenläufiger Drehung gleich groß gewählt werden.
Nach der Erfindung kann bei Knet- und Mischmaschinenantrieben für das Plastischmachen von Rohstoffen oder Halbfabrikaten der chemischen oder der Nahrungsmittel-Industrie mit mehreren umlaufenden Knetwerkzeugen dadurch eine erhebliche Verbesserung erreicht werden, daß die Drehzahlen bzw. das Verhältnis der Drehzahlen oder auch die Drehrichtungen der Werkzeuge unter sich im Verlauf eines Arbeitsprozesses nach einer vor bestimmten Funktion der Zeit gegebenenfalls periodisch geregelt werden. Hierbei können die umlaufenden Werkzeuge gruppenweise gesondert oder auch einzeln von drehzahlregelbaren bzw. umsteuerbaren Motoren, insbesondere Zapfengetriebemotoren, angetrieben werden.
Werden beispielsweise zwei Armsysteme einzeln durch regelbare Motoren angetrieben, dann kann die knetende Wirkung nach Willkür verlagert und an einem Ort verstärkt werden, denn es wird sich immer vor dem schneller rotierenden Armsystem eine stärkere Anhäufung des Knetgutes bilden.
Nach einer gewissen Zeit kann das Verhältnis der Drehzahlen geändert werden, so daß das andere Armsystem das rascher umlaufende wird und das Knetgut sich vor diesem System anhäuft u. dgl. m.
Außerdem ist es möglich, die Grundgeschwindigkeit der beiden Armsysteme der Natur der verschiedenen Rohstoffe, Chemikalien oder Halbfabrikate anzupassen und durch Umsteuerung der gemeinsamen Drehrichtung oder durch Umsteuerung der Drehrichtung nur eines Systems oder durch periodische Änderungen der Winkelgeschwindigkeiten der Knetwerkzeuge untereinander die Durchknetungsmöglichkeiten voll auszunutzen und damit die Produktion zu erhöhen.
Von Vorteil ist dabei die Verwendnug von am Gehäuse der Maschine abgestützten Zapfengetriebemotoren mit eingebautem tSbersetzungsgetriebe, weil derartige Motoren geringen Platzbedarf haben und, z. B. als Drehstromkommutatörmotoren mit Nebenschlußcharakter ausgelegt, mit einfachsten Mitteln in weiten Grenzen drehzahlregelbar sind.
Bei größeren Regelbereichen können auch einzeln feldregelbare Gleichstrommotoren, die aus einem Netz konstanter Spannung oder von einer gemeinsamen Leonardspannung gespeist werden, Verwendung finden.
Bei einer erfindungsgemäßen Misch- und Knetmaschine können ferner die Grunddrehzahlen, das Verhältnis der Drehzahlen und gegebenenfalls auch die Drehrichtungen der Antriebsmotoren im Verlauf eines Arbeitsprozesses nach einer vorbestimmten, etwa einem Musterprozeß entnommenen Funktion der Zeit geregelt werden. Eine solche Programmregelung kann von Hand oder auch selbsttätig vorgenommen werden.
Nach der Erfindung kann ferner die Regelung der Drehzahlen und gegebenenfalls auch der Drehrichtungen der Antriebsmotoren nach Maßgabe des Verlaufs einer überwachbaren Meßgröße des Arbeitsprozesses, beispielsweise der Temperatur des Knetgutes oder der Strom- oder Leistungsaufnahme der Motoren oder auch der während einer vorbestimmten Meßperiode oder seit Beginn des Arbeitsprozesses aufsummierten elektrischen Leistung, erfolgen.
Von besonderem Interesse ist es, daß zur Erzielung der größtmöglichen Produktion die Drehzahlen der Antriebsmotoren jeweils so eingeregelt werden, daß ihre Stromaufnahme oder ihre Einzelleistungen oder Gesamtleistungen näherungsweise konstant aufrechterhalten bleiben. Letzteres ist beispielsweise vorteilhaft bei Misch- und Knetprozessen der Gummiindustrie, weil einer konstanten Gesamtleistung auch konstante Mischguttemperatur entspricht.
Unabhängig von einer Programmregelung des Verhältnisses der Drehzahlen der Einzelmotoren unter sich kann erfindungsgemäß auch die gemeinsame Speisespannung, z. B. eine Leonardspannung, abhängig von einer oder mehreren überwachbaren Meßgrößen des Arbeitsprozesses, z. B. der Stromaufnahme der Motoren und der Temperatur des Knetgutes, selbsttätig eingeregelt werden.
In Fig. I a ist eine Knet- und Mischmaschine mit fünf Armsystemen I bis 5 im Schnitt dargestellt.
Diese Armsysteme rotieren in dem geschlossenen Mischgehäuse 6, in das das Mischgut von oben her durch eine Öffnung 7 eingefüllt wird. Der untere Auslaßkanal 8 dient zur Entleerung des Mischers nach fertiger Knetung und Mischung des Stoffes.
Fig. 1 b zeigt eine Seitenansicht und die die einzelnen Armsysteme I, 2, 5 antreibenden Zapfengetriebemotoren 9, IO, II, wobei die Antriebsmotoren für die Armsysteme 3, 4 nicht sichtbar sind.
Fig. 2 a zeigt einen Mischer mit nur zwei Armsystemen, 2 im Schnitt und Fig. 2b denselben Mischer im Schnitt von oben gesehen, so daß die Mischerarme I, 2 und die Zapfengetriebemotoren 9, IO deutlich erkennbar sind.
In Fig. 3 ist das Schaltbild eines Antriebs einer erfindungsgemäßen Knet- und Mischmaschine nach Fig. 2 dargestellt. Die einzeln drehzahlregelbaren Zapfengetriebemotoren, welche die beiden Armsysteme I, 2 gesondert antreiben, sind im Beispiel Gleichstrommotoren 9, IO, deren Drehzahlen im Verlauf eines Arbeitsprozesses mittels einer Programmsteuerung geregelt werden. Diese Programmsteuerung ist angedeutet durch Leitkurvenscheiben 28, 32, auf denen Abtastrollen 27, 3I gleiten, welche Gleitkontakte von Widerstandsreglern 26, 30 in den Stromkreisen der Feldwicklungen 25, 29 der Motoren 9, IO nach einer Funktion der Zeit verstellen. Die Motoren sind gemeinsam von einer Leonardspannung gespeist, welche, von der Stromaufnahme der Motoren abhängig, selbsttätig eingeregelt wird und außerdem noch von der Temperatur des Mischgutes überwacht bzw. selbsttätig nachgeregelt wird. Jede Änderung der gemeinsamen Leonardspannung beeinflußt die Grunddrehzahl der Mischermotoren und damit die Mischerleistung, während die Programmsteuerung das je- weilige Drehzahlverhältnis der Motoren unter sich einstellt.
Während man bei Anschluß eines Mischermotors an ein Netz konstanter Spannung bei den einzelnen Mischperioden stark schwankende Stromaufnahme bzw. Leistungsaufnahme und praktisch wenig schwankende Drehzahlen der Knetwerkzeuge erhält, also weder die verfügbare Motorleistungsfähigkeit ausnützt noch die Drehzahl der Knetwerkzeuge den Mischvorgängen anpaßt, bringt eine Anordnung nach Fig. 3 mit selbsttätig auf konstante Stromaufnahme der Motoren bei veränderlicher Drehzahl gesteuerter Leonardspannung Vollausnützung der Strombelastungsfähigkeit der Motoren und Anpassung der Drehzahlen der Knetwerkzeuge an den Arbeitsprozeß und damit eine erhebliche Produktionssteigerung. Dabei kann die Höhe der selbsttätig aufrechtzuerhaltenden Stromaufnahme überwacht und innerhalb der zulässigen Höchstgrenze eingeregelt werden, beispielsweise mittels einer Programmsteuerung als Funktion der Zeit oder mittels eines an sich bekannten Kompensations-Temperaturreglers, abhängig von der Mischguttemperatur, was beispielsweise bei Gummiknetern betriebsmäßig wichtig ist.
In Fig. 3 ist der Leonardgenerator 12 von einem Drehstrommotor 13 angetrieben. Seine Erregermaschine 14 hat eine Erregerwicklung I5, der Leonardgenerator eine ErregerwicklungI6, in deren Stromkreis ein Kohledruckregler I9 eingeschaltet ist, dessen Reglerspule 20 vom gemeinsamen Ankerstrom der Motoren 9, IO durchflossen ist. Strom und Spannung des Leonardkreises sind an den Meßinstrumenten 17, I8 ablesbar. Parallel zur Reglerspule 20 liegt ein Einstellwiderstand2I, welcher über einen Verstellmotor 22 von dem Kompensations-Temperaturregler 23 (mit elastischer oder thermischer Rückführung) verstellt werden kann.
Die Temperatur des Mischgutes wird mittels eines zugehörigen Thermoelementes 24 gemessen.
Bei Verwendung von Drehstrom-Kommutatoren mit Bürsten- oder Induktionsreglerverstellung zur Drehzahlregelung ist ebenfalls die selbsttätige Regelung der Stromaufnahme durch Verstellen der Drehzahl regelvorrichtungen anwendbar; sie nähert sich dabei praktisch, wegen der konstanten Spannung des Drehstromnetzes, einer Regelung auf konstante Leistungsaufnahme. Derartige Regeleinrichtungen, vereint mit Kompensations-Temperaturreglern, sind für Knet- und Mischmaschinen mit nur einem Antriebsmotor vorbekannt.
Steht ein Gleichstromnetz konstanter Spannung zur Verfügung, dann läßt sich eine Regelung zweier Motoren 9, IO nach dem Schaltbild Fig. 4 auch durch gemeinsame Feldregelung der beiden einzeln nach einer vorgeschriebenen Programmregelung mittels der Leitkurvenscheiben 28, 32 gesteuerten Motoren, abhängig von einem die Mischguttemperatur überwachenden Gerät 23 durchführen. Die Bezeichnungen sind in Fig. 4 gleichartig denen der Fig. 3 gewählt. Der Kohledruckregler 19 steuert nunmehr den gemeinsamen Felderregerstrom beider Motoren. Die Reglerspule 20 desselben Reglers führt wieder den gemeinsamen Ankerstrom beider Motoren, dessen Stärke durch den vom Temperatur-Meßgerät 23 mittels eines Verstellmotors 22 gesteuerten Parallelwiderstand 21 zur Reglerspule geregelt wird, wenn die Temperaturtoleranz über-oder unterschritten wird. Zum Anlassen ist ein Widerstand 34 im Ankerkreis beider Motoren vorgesehen. Die Netzleitungen sind mit 33 bezeichnet.
Ein Mischerantrieb mit selbsttätig auf konstante Stromaufnahme bei veränderlicher Motordrehzahl (mittels von der Stromaufnahme abhängig gesteuerter Erregung eines Leonardgenerators) geregeltem Mischermotor bzw. mehreren Einzelantriebsmotoren für die Knetwerkzeuge, stellt einen mit konstantem Drehmoment arbeitenden Antrieb dar, dessen Drehmoment, wie in Fig. 3, von einem Temperaturwächter dem Verhalten des Mischgutes selbsttätig angepaßt werden kann. Diese Art der Regelung ist für Misch- und Knetmaschinen sowohl mit einem Antriebsmotor als auch mit mehreren Einzelmotoren neu und besonders wertvoll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Knet- und Mischmaschine für das Plastischmachen von Rohstoffen oder Halbfabrikaten der chemischen oder der Nahrungsmittel-Industrie mit wenigstens zwei umlaufenden Knetwerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen bzw. das Verhältnis der Drehzahlen der einzelnen Knetwerkzeuge oder auch die Drehrichtungen der Knetwerkzeuge unter sich im Verlauf eines Arbeitsprozesses nach einer vorbestimmten Funktion der Zeit gegebenenfalls periodisch geregelt werden..
2. Knet- und Mischmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Knetwerkzeuge gruppenweise gesondert oder einzeln von drehzahlregelbaren und gegebenenfalls umsteuerbaren Motoren, insbesondere Zapfengetriebemotoren, angetrieben sind.
3. Knet- und Mischmaschine nach Anspruch I bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der zeitabhängigen Programmregelung der Motoren eine gemeinsame Regelung der Drehzahlen und gegebenenfalls auch der Drehrichtungen aller oder einzelner Motoren oder Motorgruppen nach Maßgabe der Konstanthaltung oder des programmäßigen Verlaufs einer überwachbaren Meßgröße des Arbeitsprozesses, beispielsweise der Temperatur des Knetgutes oder der Strom- oder Leistungsaufnahme der Motoren oder auch der während einer vorbestimmten Meßperiode oder seit Beginn des Arbeitsprozesses aufsummierten elektrischen Arbeit erfolgt, beispielsweise durch Beeinflussung der gemeinsamen Speisespannung.
4. Knet- und Mischmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen selbsttätig auf konstante Strom- bzw. Leistungsaufnahme geregelt werden.
5. Knet- und Mischmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß unabhängig von einer Programmregelung des Verhältnisses der Drehzahlen der Einzelmotoren die gemeinsame Speisespannung, z. B. eine Leonardspannung, abhängig von einer oder mehreren überwachbaren Meßgrößen des Arbeitsprozesses, z. B. der Strom- oder Leistungsaufnahme, der Motoren und der Temperatur des Knetgutes, selbsttätig eingeregelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 7I7687; USA.-Patentschrift Nr. 2020450.