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Vorrichtung zum Mischen von Stoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Mischen von Stoffen, z. B. von Flüssigkeiten, flüssigen und festen Stoffen,
von Flüssigkeiten mit Faserstoffen sowie breiförmigen und klumpenden Stoffen.
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Man hat bereits Mischvorrichtungen in Vorschlag gebracht, bei denen
eine oder mehrere Rührwellen mit parallel zur Behälterwandung verlaufenden Achsen
angeordnet sind, welche die Mischwerkzeuge in Form von Rührarmen tragen.
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Es sind auch bereits Mischvorrichtungen vorgeschlagen worden, bei
welchen die mit ihrer Achse parallel zur Behälterwandung oder zum Behälterboden
verlaufenden Rührwellen exzentrisch angeordnet und mit kurzhebeligen Mischwerkzeugen
versehen sind. Bei den bisherigen Ausführungen waren diese kurzhebeligen Rührwerkzeuge
in Form von mit Durchbrüchen versehenen leistenförmigen Schaufeln ausgebildet, die
sich über die ganze Länge der Rührwerkswelle erstreckten.
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Man hat auch bereits Mischvorrichtungen vorgeschlagen, bei denen
eine zentrisch im Behälter angeordnete Rührwelle mit verhältnismäßig kurzen Armen
besetzt ist, die zwischen an der Wandung des Behälters vorgesehenen längeren Armen
hindurchgehen. Man hat auch bereits vorgeschlagen, zwei derartige Wellen gegeneinanderwirkend
derart anzuordnen, daß die Messerflügel der einen Welle durch die Messerzwischenräume
der anderen sich hindurcharbeiten. Dabei hat man bereits die Mischflügel und den
mit der Wandung verbundenen Rechen mit engem Zwischenraum angeordnet, um
zu
erreichen, daß das Gut von den Flügeln durch den Rechen abgeschert, also nicht über
den Rechen angehoben wird.
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Es wurde gefunden, daß man mit exzentrisch angeordneten Rührwerkswellen
und kurzhebeligen, in Form von durchbrochenen Längs leisten gestalteten-Rührschaufeln,
die an sich bereits erhebliche Mischwirkung solcher Vorrichtungen noch außerordentlich
steigern kann, wenn man die Rührwellen der Rührwerkzeuge mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von mindestens I50 m pro Minute, zweckmäßig mit einem Mehrfachen dieser Umfangsgeschwindigkeit
antreibt und dabei die Rührwerkzeuge der mit ihrer Achse exzentrisch, etwa parallel
zu einer Mantellinie der Wandung des muldenförmigen Behälters angeordneten Wellen
in Form von zahlreichen an der Achse sitzenden Vorsprüngen oder Zungen ausbildet.
Dabei sind die Rührwerksachsen in so geringer Entfernung von der Behälterwand oder
dem Behälterboden angeordnet, daß die Zungen diese bei der Rotation nahezu längs
einer Mantellinie berühren.
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Die vorstehend angegebene minimale Umfangsgeschwindigkeit von I50
m pro Minute erscheint im Hinblick auf die unter dem Namen Kreiselmischer bekannten
Mischer nicht besonders hoch.
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Bei solchen Kreiselmischern hat man bereits höhere Umfangsgeschwindigkeiten
angewandt. Die Erfindung betrifft indes Mischvorrichtungen wesentlich anderer Bauart
und anderer Wirkungswe se, da bei einem Kreiselmischer die Mischwirkung wesentlich
durch das Vorwärtsschieben des Mischgutes unter dem Druck verhältnismäßig großer
Schaufelflächen sowie auf dem Ansaugen des Mischgutes auf der Rückseite der Schaufelflächen
beruht. Im Rahmen der Erfindung handelt es sich dagegen um die Ausbildung von Hochleistungsmischern,
die mit einfachen Rührwerken ausgestattet sind, durch deren besondere Ausbildung
die Mischwirkung potenziert werden soll. Bei solchen Mischern mit Rührwelle ist
die angegebene minimale Umfangsgeschwindig keit, insbesondere wenn man die kurzhebelige
Ausbildung und die dadurch bedingte große Umdrehungszahl berücksichtigt, als hoch
zu bezeichnen.
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Ein Vorteil, der mit der neuen Ausbildungsform einer Vorrichtung
zum Mischen von Stoffen mit Rührwellen und kurzhebeligen Mischwerkzeugen erzielt
wird, ist, daß in allen Fällen neben der Mischwirkung erhebliche Zerkleinerungswirkungen
erzielt werden, so daß Vorrichtungen der vorgeschlagenen Art sich insbesondere zum
Mischen von stückigen oder klumpigen Stoffen eignen, die während der Mischung zerkleinert
werden müssen.
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Diese Zerkleinerungswirkung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
insbesondere dann erzielt, wenn mehrere Rührwerke mit im Verhältnis zur Behälterdimension
kurzen, in der Achsenrichtung der Rührwerke gegeneinander versetzten zungenförmigen
Vorsprüngen derart angeordnet werden, daß die Zungen bei der Rotation der Rührwerkzeuge
aneinander vorbeikämmten, wobei sie infolge ihrer kurzhebeligen Ausbildung bei hoher
Umfangsgeschwindigkeit erhöhte Scherwirkung ausüben. Auch die Behälterwandung kann
man im Sinne der Erfindung längs einer von einem exzentrisch angeordneten Rührwerkzeug
nahezu berührten Mantellinie mit in ihrer Länge den kurzhebeligen Vorsprüngen der
Rührwellen entsprechenden, gegenüber den Vorsprüngen der Rührwellen versetzten Vorsprüngen
versehen, zwischen denen die Rührwerksvorsprünge bei ihrer Rotation hindurchkämmen.
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Man kann auch mehrere Rührwerke mit zungenförmigen Vorsprüngen zahnradartig
ineinander arbeiten lassen, also derart, daß die Vorsprünge benachburter Rührwerke
einander folgen, wobei die Rührwerkswellen zwangläufig, z. B. durch Zahnräder miteinander
verbunden, angetrieben werden können.
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Falls Behälterboden oder Behälterwandungen in der Richtung der Rührwerksachse
gekrümmt sind, kann man die Rührwerkszungen in ihrer Länge zweckmäßig der Behälterkrümmung
anpassen.
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Zwecks Verminderung der Fliehkräfte können die Zungen des Rührwerkes
wie auch die Rührwerkswellen selbst hohl ausgebildet sein. In jedem Fall können
die einzelnen Rihrwerkzeuge mit gleicher oder mit verschiedener Oeschwindigkeit
im gleiche oder entgegengesetzten Sinne angetrieben werden.
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Die Ausbildung der kurzhebeligen Rührwerk7euge ist im übrigen beliebig;
sie können z. B. a.lch in Form von Stiften, Zacken oder Zähnen gestaltet sein, die
an einer walzenförmig verstärkten Rührwerkswelle angeordnet sind.
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In der Zeichnung sindverschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
rein schematisch dargestellt.
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Die muldenförmigen Behälter sind z. B. ohne Deckel dargestellt. Es
ist indes selbstverständlich, daß, wie bei jedem Mischgefäß, je nach der Füilung
des Behälters und der Durchführung des Mischvorganges ein Deckel aufgesetzt werden
kann. Ebenso sind keine Antriebsmotoren, keine tSbersetzungsgetriebe, z. B. stufenlose
Getriebe, sowie keine Ablaßvorrichtungen usw. dargestellt. Es ist selbstverständlich,
daß auch diese, bei allen Mischbehältern üblichen Teile vorgesehen werden können.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt ein erfindungsgetnäß gestaltetes Rührwerk im Längsschnitt;
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie A-B in Fig. I; Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform
mit zwei Rührwerken im Querschnitt; Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie C-D in Fig.
3; Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Behälters mit zwei Rührwerken;
Fig. 6 ist eine Ansicht eines Rührwerkes nach Fig. 5; Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
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Im einzelnen bezeichnet in den Figuren das Bezugszeichen I einen
zur Aufnahme der zu mischenden Stoffe, z. B. mehrerer Flüssigkeiten oder von Flüssigkeiten
und festen Stoffen, Flüssig-
keiten und Faserstoffen usw., dienenden
muldenförmigen Behälter. Gemäß Fig. t und 2 ist am Boden des Behälters und parallel
zu ihm eine Rührwerkswelle 2 angeordnet. Diese trägt die zungenförmigen, kurzhebeligen
Rührschaufeln 3 und .
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Am Boden des gefäßes I sind entsprechende zungenartignz Vorsprünge
7 angebracht, die in die Lücken 5 und 6 zwischen den Zungen eingreifen.
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Auf diese Weise wird. wenn die Zungen der Rührwerkswelle 2 zwischen
den Vorsprüngen 7 mit einer mindestens I50 m pro Minute betragenden, zweckmäßig
erheblich höheren Umfangsgeschwindigkeit hindurchgehen, eine besonders kräftige
Zerreißwirkung, Scherwirkung oder Zerkleinerungswirkung sowie gleichzeitig auch
eine besonders kräftige Mischwirkung auf die am Boden liegenden festen Stoffteile
ausgeübt.
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Nach Fig. 3 und4 sind in dem muldenförmigen 3ehälter I, parallel
zum Boden desselben verlaufend, zwei Rührwerkswellen 8 und 9 angeordnet, die mit
kreuzförmig oder sternförmig angebrachten Zungen I0, II, 12, I3 bzw. 14. 15, I6,
I7 ausgestattet sind.
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Die Zungen des Rührwerkes 8 und die Zungen des Rührwerkes g sind in
der Längsrichtung der Rührwerks achsen versetzt gegeneinander angeordnet, gehen
bei der Drehung der Rührwerke, wie in Fig. 4 dargestellt, also derart aneinander
vorbei, daß sie gegenseitig durch die Lücken zwischen den Zungen des benachbarten
Rührwerkes hindurchkämmen. Außerdem können noch am Boden des Behälters oder auch
an der Seitenwandung desselbrl feste Gegenzungen od. dgl Vorsprünge I8, 19, . 0,
21 lltgeOrdllet sein.
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Die .achsen der Rührwerke 8 und 9 sind im Belialter I exzentrisch
angeordnet. Sie liegen in so geringem Abstand parallel zur Wandung des Rührwerkes,
daß die kurzhebeligen Zungen der bei den Rührwerke - die Behälterwandungen nahezu
längs einer Mantellinie berühren.
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Nach Fig. 5 und 6 greifen die Vorsprünge 22 und 23 der Rührwerkswellen
24 und 25 wie die Zähne von Zahnrädern ineinander, so daß sie bei der Drehung der
Rührwerkswellen einander nachfolgen.
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In diesem Fall sind die Rührwerkswellen 24 und 25 zwangläufig miteinander,
z. B. durch Zahnräder 26, 27 verbunden. Dabei kann eine Rührwerkes welle, z. B.
die Welle 25, in beliebiger Weise, z. B. mit Hilfe einer Riemenscheibe 28, angetrieben
werden.
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Der Mischbehälter I kann nach Fig. 7 und 8 auch mit doppelt gekrümmtem
Boden ausgestaltet sein. In diesem Fall sind die Zungen 30, 3I auf der Welle 29
in ihrer Länge der Krümmung der voll den Zungen bei der Rotation des Rührwerkes
nahezu berührten Mantellinie des Bodens angepaßt.
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Anstatt, wie beschrieben, waagerecht angeordnet zu sein, können in
der gleichen Weise ausgestaltete Rührwerke auch mit senkrecht angeordneten Wellen
in entsprechend gestalteten Mischbehältern verwendet werden. Zungen und Wellen können
zwecks Verringerung der auftretenden Fliehkräfte hohl ausgestaltet werden.
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Gegebenenfalls können die Rührwerkzeuge auch in Form von Walzen ausgebildet
werden, die mit kurzhebeligen Spitzen oder Zacken besetzt sind.
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Diese stift- oder zackenförmigen Vorsprünge können mit entsprechend
am Boden oder an der Wandung des Behälters I angeordneten Vorsprüngen derart zusammenarbeiten,
daß sie durch die Lücken zwischen denselben hindurchgehen.
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Dabei ist es nicht erforderlich, daß die aneinander vorbeigeführten
Vorsprünge mit erheblichem Spiel aneinander vorbeigehen. In vielen Fällen ist es
z. B. vorteilhaft, wenn ihr gegenseitiger Abstand bei der Rotation so gering ist,
daß ein Zerreißen, Zermahlen oder'Zerreiben der behandelten Stoffe stattfindet.
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Gegebenenfalls können die an der Rührwerkswalze wie auch am Boden
oder an der Wandung des Behälters angeordneten zackenartigen Vorsprünge auch gefräst
sein. Diese Fräsungen könnten z. B. so angeordnet werden, daß die einzelnen Zacken
die stehengebliebenen Teile schraubenlinienartig oder schräg verlaufender Leisten
bilden, zwischen denen die Lücken ausgefräst sind. Die stehengebliebenen Zacken
werden dann im Sinne des Erfindungsvorschlages so angeordnet, craß sie durch die
Lücken zwischen den Gegenzacken unter Ausübung einer möglichst starken Scherwirkung
hindurchgehen.
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Falls auf diese Weise erhebliche mechanische Kräfte zwischen dem
Walzensystem und der Behälterwandung entstehen, kann man die Walze oder auch den
Behälter zweckmäßig kühlbar ausgestalten.
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Die einzelnen Rührwerkzeuge können je nach ihrer besonderen Anordnung
mit gleicher oder verschiedener Geschwindigkeit im gleichen oder entgegengesetzten
Sinne umlaufend angetrieben werden.
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Die beschriebene Vorrichtung eignet sich nicht nur zum Mischen von
stückigen oder klumpigen Stoffen, sondern auch z. B. für Auflösevorgänge, wie zum
Auflösen von harten Harzen, die in größeren Stücken oder Klumpen in das Lösungsmittel
eingerührt werden. Infolge der großen Umfangsgeschwindigkeit der Rührwerkzeuge wirken
in solchen Fällen die kurzhebeligen Vorsprünge der Rührwerkswellen etwa wie die
Zerkleinerungswerkzeuge einer Mühle. Durch die ständigen auf die stückigen Stoffe
ausgeübten Schläge wird, auch wenn jedesmal nur kleinere Teile abgelöst werden,
die Oberfläche schnell vergrößert, so daß immer wieder frische Oberflächenteile
mit dem Lösungsmittel in Berührung kommen und die Lösungsmittelvorgänge wesentlich
beschleunigt werden.
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Die angegebene minimale Umfangsgeschwindigkeit von I50 m pro Minute
der kurzhebeligen Rührwerkseinrichtung wird je nach dem Mischzweck erheblich, z.
B. auf etwa 750m pro Minute und höher, gesteigert.