EP0200003B1

EP0200003B1 - Mischer mit einer Stiftmühle

Info

Publication number: EP0200003B1
Application number: EP86104366A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Lipp; Hans Wetzel
Original assignee: Draiswerke GmbH
Current assignee: Draiswerke GmbH
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1990-06-13
Anticipated expiration: 2006-03-29
Also published as: DE3515318A1; JPS61249533A; US4848919A; EP0200003A3; DE3671845D1; EP0200003A2; JPH06104187B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischer mit einer Stiftmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Stiftmühlen weisen einen ringförmigen Stator auf, der mit parallel zueinander angeordneten zylindrischen Stiften versehen ist. Innerhalb des Stators ist ein Rotor in Form einer Scheibe angeordnet, an deren Außenumfang einige parallel zu den Stator-Stiften angeordnete, zylindrische Stifte angebracht sind, die unter Freilassung eines kleinen Spaltes an den Stator-Stiften vorbeilaufen. Die Rotor-Scheibe wird von einem außerhalb des Behälters des Mischers befindlichen Motor hochtourig angetrieben. Rotor und Stator sind im Abstand von der Innenseite der Wand des Behälters angeordnet. Die Mischwerkzeuge des Mischers können so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie zumindest teilweise durch den zwischen Rotor und Stator einerseits und Behälterwand andererseits befindlichen Raum hindurch gleiten, damit der möglichst größte Teil des Behälters von den Mischwerkzeugen axial überstrichen wird. Diese Maßnahme dient also der Verhinderung von Totzonen.
Die Stiftmühlen dienen insbesondere zur definierten Verteilung von viskosen, also fließfähigen Materialien, da in dem Spalt zwischen den Rotor-stiften und den Statorstiften ein Schergefälle erzeugt wird.
Der Mahleffekt in diesen Stiftmühlen ist nicht zufreidenstellend. Zur Verbesserung des Mahlergebnisses ist bereits versucht worden, in der Rotor-Scheibe Löcher vorzusehen. Diese führte lediglich zu einer Erhöhung der Antriebsleistung für die Stiftmühle, ohne daß es zu einer Verbesserung des Mahlergebnisses gekommen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischen mit einer Stiftmühle der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß eine Verbesserung des Mahlergebnisses erreicht wird, ohne daß es zu einer nennenswerten Erhöhung der Antriebsleistung kommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch Fortlassen der Rotor-Scheibe samt Rotor-Stiften und deren Ersatz durch Flügel, also einen Propeller, eine erhebliche Verbesserung der Mahlleistung der Stiftmühlen im Gesamtprozeß im Mischer erreicht wird. Erklärtwerden kann dies damit, daß die Flügel eine sehr viel stärkere radial und tangential gerichtete Förderwirkung auf die einzelnen Partikel ausüben, d.h. es werden erhebliche größere Mengen Mischgut- bzw. Mahlgut-Partikel pro Zeiteinheit durch den Mahlspalt zwischen die. äußeren Enden der Flügel und den Stator-Stiften gefördert und hier einem hohen Schergefälle ausgesetzt. Insgesamt gelangen während eines Mischprozesses bei einem chargenweise betriebenen Mischer die einzelnen Partikel also sehr viel öfter in den Mahlspalt. Wenn auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung--wie an sich üblich-die Mischwerkzeuge den Raum zwischen Rotor und Stator einerseits und Innenwand des Behälters andererseits weitgehend überstreichen, erfolgt hier auch eine Förderung von Misch- bzw. Mahlgut zur Stiftmühle. Insoweit führt dieses an sich bekannte Überstreichen dieses erwähnten Raumes zu einem völlig anderen Effekt, insbesondere also zu einer verbesserten Mahlleistung der Stiftmühle. Durch die Paarung von Schneidkanten an den enden der Flügel einerseits und den Stifen des Stators andererseits werden die Scherwirkungen im Mahlspalt erheblich verbessert.
Wie sich insbesondere aus den Unteransprüchen ergibt, läYt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu, daß besonders optimierte Fördereffekte erreicht werden.
Weitere Vorteilung und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Mischer,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Mischer entsprechend der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1 in verkleinertem Maßstab,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie 111-111 und
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Stiftmühle.

Der in der Zeichnung dargestellte, weitgehend konventionelle Mischer, weist einen horizontalen, stationären, zylindrischen Behälter 1 auf, der von gleichzeitig als Ständer wirkenden Seitenwänden 2, 3 stirnseitig abgeschlossen und gleichzeitig gehalten wird. An den Seitenwänden 2, 3 sind Lagerböcke 4 befestigt, in denen eine konzentrisch zum Behälter 1 angeordnete Welle 5 eine Mischwerks 6 gelagert ist. Sie wird von einem Antriebsmotor 7 über einen Keilriementrieb 8 und ein Getriebe 9 angetrieben. Das Mischwerk 6 weist schaufelartig ausgebildete Mischwerkzeuge 10 auf, die mittels an der Welle 5 angebrachter und radial von dieser abstehender Mischwerkzeug-Träger 11 gehalten werden. Die Mischwerkzeuge 10 selber befinden sich in der Nähe der Innenwand 12 des Behälters 1.
Auf der Oberseite des Behälters 1 ist ein Materialeinlaß 13 angeordnet; an der Unterseite ist ein Materialauslaß 14 vorgesehen. Der Mischer wird chargenweise als sogenannter Turbulent-Mischer betrieben, d.h. es handelt sich um einen Wurfmischer, bei dem die einzelnen Mischgutpartikel hochgeworfen werdenund auf einer parabelförmigen Wurfbahn wieder in ein Mischgutbett gelangen. Um diesen Effekt zu erreichen, werden die Mischwerkzeuge 10 mit überkritischer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, die-ausgedrückt in der dimensionslosen Froude-Kennzahl-etwa Fr=2-6 beträgt.
Die Froude-Kennzahl ist definiert
wobei gilt

W=Umfangsgeschwindigkeit der radial äußeren Enden der Mischwerkzeuge 10 in m/s
R=Radius des Mischwerks 6 in m
g=Erdbeschleunigung in m/s².

In die Wand 12 des Behälters 1 ist eine sogenannte Stift-Mühle 15 eingebaut, die nachfolgend im einzelnen beschrieben wird: Auf der Außenseite der Wand 12 des Behälters 1, und zwar im Bereich unterhalb der Welle 5 (siehe Fi^g. 2) ist ein Flanschlager 16 angebracht, an dem ein Motor 17 angeflanscht ist. Eine Kupplung 18 verbindet die Antriebswelle des Motors 17 mit einer Antriebswelle 19 der Stiftmühle 15. Diese Antriebswelle 19 durchsetzt die Wand 12. Die Stiftmühle 15 weist weiterhin zwei als Statorträger dienende Stützstäbe 20 auf, die ebenefalls die Wand 12 durchsetzen, und die in einer Radialebene zur Welle 5 angeordnet sind, so daß sie nur ein geringes Hindernis für Mischwerkzeuge 10 darstellen, wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht. Konzentrisch zur Achse 21 der Antriebswelle 19 ist auf den beiden Stützstäben 20 ein Stator 22 angebracht, der aus einem Ring 23 und Stiften 24 besteht. Die Stifte 24 erstrecken sich parallel zur Achse 21 und sind auf einem Kreisring angeordnet. Die Achse 21 schneidet im übrigen die Achse 25 der Welle 5 unter einem rechten Winkel, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die Breite des Ringes 23 ist nur so groß, daß die Befestigung auf den Stützstäben 20 möglich ist, und wie es im übrigen aus konstruktiven Gründen notwendig ist.
Radial innerhalb der Stifte 24 ist ein drehfest mit der Antriebswelle 19 verbundener Rotor 26 angeordnet, der propellerartige ausgebildet ist. Hierzu weist er eine mit der Antriebswelle 19 drehfest verbundene Nabe 27 auf, an der sich etwa radial nach außen erstreckende Flügel 28 angebracht sind Diese Flügel 28 können verschiedenartige Ausgestaltungen haben. In der einfachsten Ausgestaltung ist ein Flügel 28' als einfaches, langgestrecktes, rechteckiges Profil ausgebildet, der radial zur Achse 21 angeordnet ist und rein tangentiale Kräfte auf die einzelnen Mischgutpartikel ausübt. Ein Flügel 28" kann so ausgebildet sein, daß sein radial äußeres Ende 29 bezogen auf die Drehrichtung 30 der Antriebswelle 19 nachläuft, also auf das Mischgut eine kombinierte radiale und tangetiale Beschleunigung ausübt. Schießlich kann bei einem Flügel 28'" zumindest das äußere Ende 29' noch schräg angestellt sein, so daß es an den Stiften 24 nach Art eines ziehenden Schnittes vorbeigeführt wird.
Die Stifte 24 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt. Die Querschnittsform selber ist nicht bedeutend; einige Bedeutung kommt aber der Kante 31 an jedem Stift 24 zu, die einer entsprechenden Schneidkante 32 am radial äußeren Ende 29 bzw. 29' der Flügel 28 zugeordnet ist. Zwischen der jeweiligen Kante 31 und der entsprechenden Schneidkante 32 erfolgt also-auch wenn zwischen der Schneidkante 32 und der Kante 31 ein Spalt 33 von 1 bis 3 mm Breite vorhanden ist-ein gewisser Schneideffekt.
Der Rotor 26 der Stiftmühle 15 wird einer Drehzahl von 1500 bis 3000 Upm angetrieben.
Im üblichen Betrieb ist der Behälter 1 etwa zu 50% bis 70% seines Volumens mit Mischgut gefüllt. Es wird von dem Mischwerk tubulent durchmischt und insgesamt aufgelockert und durch den Mischbehälter geworfen. Die Flügel 28 des Rotors 26 treiben einselne Mischgutpartikel mit hoher Geschwindigkeit durch die Stifte 24 des Stators 22. Das Mischgut gelangt zum einen vom Inneren des Behälters 1 her zu den Flügeln 28; es gelangt aber auch mittels der Mischwerkzeuge 10 aus dem Bereich zwischen der Wand 12 des Behälters 1 und dem Stator 22 zu den Flügeln. Dies geschieht insbesondere deshalb, weil die Mischwerkzeuge 10 den Bereich zwischen Stator--Rotor einerseits und Wand 12 anderseits fast vollständig überstreichen. Nicht überstrichen wird lediglich der durch die beiden Stützstäbe 20 und die Antriebswelle 19 überdeckte Raum. Diese drei Teile befinden sich ja in einer gemeinsamen ebene radial zur Achse 25 der Welle 5. Diese Materialzuführung zum Rotor 26 ist besonders effizient, weil der Raum innerhalb des Ringes 23 des Stators 22 völlig offen ist und sich in diesem nur der Rotor 26 mit seinem Flügeln 28 befindet.
Der Einsatz der Stiftmühle 15 ist besonders dann von Bedeutung, wenn im Mischer ein pulveriges bzw. schüttfähiges Material mit relativ geringen Mengen Flüssigkeit gemischt werden soll, wobei also die Flüssigkeit die einzelnen Mischgutpartikel lediglich benetzen soll. Hierbei bilden sich in großem Umfang Agglomerate, die wieder aufzulösen sind. Die Zufuhr einer solchen Flüssigkeit kann beispielsweise mittels einer Flüssigkeitsdüse 34 direkt in den Bereich der Stift- mühle erfolgen. Derartige Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten sind für Stiftmühlen allgemein bekannt.

Claims

1. Mischer mit einem zylindrischen Behälter, in dem ein drehantreibbares Mischwerk (6) angeordnet ist, mit einer Stiftmühle (15), die einen außerhalb des Behälters (1) befindlichen Motor (17) und einen drehantreibbar mit diesem verbundenen Rotor (26) aufweist, der zumindest teilweise tangential von einem Stator (22) umgeben ist, wobei der Stator (22) etwa konzentrisch zur Achse (21) des Rotors (26) angeordnete Stifte (24) aufweist, innerhalb derer der Rotor (26) angeordnet ist, und wobei der Rotor (26) mit Elementen versehen ist, die einen Mahlspalt (33) zu den Stiften (24) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Mahlspalt (33) zu den Stiften (24) des Stators (22) begrenzenden Elemente des Rotors (26) nur durch etwa radial zu seiner Achse (21) verlaufende Flügel (28, 28', 28", 28"') gebildet sind, die an einer vom Motor (17) angetriebenen Nabe (27) angebracht sind und deren radial äußere Enden (29, 29') eine Schneidkante (32) aufweisen, daß die Stifte (24) des Stators (22) jeweils mindestens eine den radial äußeren Enden (29, 29') der Flügel (28, 28', 28", 28"') zugeordnete Kante (31) aufweisen und daß der Rotor (26) innerhalb des Stators zwischen der Nabe (27) und den Enden (29, 29') der Flügel (28, 28', 28", 28"') zwischen den Flügeln (28, 28', 28", 28"') offen ausgebildet ist.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeuge (10) des Mischers zwischen der Wand (12) von dessen Behälter (1) einerseits und dem Rotor (26) und dem Stator (22) andererseits zumindest teilweise hindurchbewegbar sind.

3. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (28') etwa eben ausgebildet sind und in einer die Achse (21) des Rotors (26) aufnehmenden Ebene angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zur Achse (21) des Rotors (26) verlaufen.

4. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Enden (29) der Flügel (28")-bezogen auf die Drehrichtung (30) des Rotors (26)-nachlaufend ausgebildet sind.

5. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Enden der Flügel (28"') gegenüber einer die Achse (21) des Rotors (26) aufnehmenden Ebene geneigt sind.