EP0638354A1 - Vollständig selbstreinigender Mischer - Google Patents

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EP0638354A1
EP0638354A1 EP94111761A EP94111761A EP0638354A1 EP 0638354 A1 EP0638354 A1 EP 0638354A1 EP 94111761 A EP94111761 A EP 94111761A EP 94111761 A EP94111761 A EP 94111761A EP 0638354 A1 EP0638354 A1 EP 0638354A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
kneading bars
mixer
kneading
blades
conveyor
Prior art date
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Granted
Application number
EP94111761A
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English (en)
French (fr)
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EP0638354B1 (de
Inventor
Dipl.-Ing Heinrich Schuchardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP0638354A1 publication Critical patent/EP0638354A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0638354B1 publication Critical patent/EP0638354B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms
    • B01F27/701—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms comprising two or more shafts, e.g. in consecutive mixing chambers
    • B01F27/702—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms comprising two or more shafts, e.g. in consecutive mixing chambers with intermeshing paddles

Definitions

  • the invention relates to a multi-axis mixer / reactor with a large free usable volume, which cleans itself kinematically, consisting of two or more parallel axes rotating in opposite directions, on which are arranged in a helically offset manner, conveying blades which are connected to one another by axially extended kneading bars and a surrounding one Housing and optionally an inlet and an outlet for the mix.
  • the invention is directed to devices for the processing of fluids and cohesive bulk materials.
  • the device is completely kinematically self-cleaning and has a large free usable volume.
  • Product deposits on the walls of such mixers can lead to process impairments. Undesirable side reactions in the deposits are promoted due to the significantly longer residence time in the reactor. This leads to contamination of the product. Product deposits on the walls can be avoided by kinematic self-cleaning of the mixer.
  • thermotropic, liquid-crystalline polyesters One example is the production of thermotropic, liquid-crystalline polyesters.
  • the rate-determining factor in the final stage of polycondensation is Mass transfer of the condensate into the vacuum gas phase of the reactor. This requires the largest possible mass transfer area and the fastest possible renewal of the same. Due to the pronounced structural viscosity, the product tends to deposit on the wall in non-stirred areas. The longer dwell times here result in black cracked products which, if they get into the product stream, lead to unsaleable goods.
  • a large free usable volume is also sought, i.e. the ratio of the agitator volume to the housing volume should be as low as possible.
  • the apparatus described there has two serious weaknesses: Only the shaft of the rotors serves to absorb bending forces, for example when mixing pasty fluids. However, the wave should be as thin as possible in order to obtain a large free usable volume. As a result, in the small games also sought (because of self-cleaning), due to the deflection of the shaft, a ratio between the length of the apparatus and the center distance of more than 5 at best 7 can hardly be achieved.
  • a heating of the blades and gears in the above-mentioned mixing device would only be possible through a complicated routing of the heating channels, with the feed and return lines having to be led through each tooth base. This is difficult to master from a manufacturing point of view or involves high costs.
  • the object of the invention is to provide an apparatus which is completely kinematically self-cleaning, has a large free volume, does not have the disadvantages mentioned and in which preferably heating / cooling of the stripping elements can be easily integrated.
  • the object is achieved in that in a multi-shaft mixer on each shaft helically offset conveyor blades are arranged, which are interconnected by axially extended kneading bars.
  • the invention relates to a multiaxial mixer / reactor consisting of two or more parallel, counter-rotating shafts, on which screw-shaped conveyor blades are attached, which are connected to one another by axially extended kneading bars (the entirety of the shaft, conveyor blades and kneading bars connected to one another is hereinafter referred to as Rotor).
  • Rotor axially extended kneading bars
  • An enclosing housing optionally with an inlet and an outlet for the mixed material, and in particular with an additional bridge connector for degassing, characterized, that the front and rear sides, seen in the axial direction, of each conveyor blade of a rotor, except at the ends of the mixer, are kinematically completely cleaned by the conveyor blades of another rotor, that each kneading bar of a rotor is kinematically completely cleaned at its ends seen in the axial direction also by the conveyor blades, otherwise by the kneading bars and the shaft
  • each of the rotor blades (except at the ends of the mixer) seen in the axial direction are separated by the conveyor blades of the adjacent rotors, and the kneading bars of a rotor at their ends (viewed in the axial direction) are also separated by the conveyor blades , otherwise by the kneading bars and the shaft of the adjacent rotors, the shafts by the conveyor blades and the kneading bars of the adjacent rotor and the housing by kneading bars and conveyor blades completely kinematically cleaned.
  • Kinematic cleaning is understood to mean the smallest possible approximation of the moving parts of the mixer, which can be achieved when mixing tolerance is taken into account, so that the parts mentioned can slide past one another without blocking.
  • Each feed scoop is connected to a kneading bar on the front and rear.
  • the kneading bar located upstream with respect to the axial conveyance by the conveying blades is connected to the end of the conveying blade leading during rotation and the other to the end of the conveying blade following during rotation.
  • Each kneading bar (with the exception of the ends of the mixer) is connected to two conveyor blades. This results in consequences of conveying blades connected by kneading bars extending over the entire mixer length.
  • a torque that is constant over time is also sought.
  • this is achieved in that the offset between the kneading bars on the front and on the back of a conveyor scoop ( ⁇ ) is not an integral multiple of the partial angle between two adjacent kneading bars ( ⁇ ) in order to equalize the drive torque.
  • the offset between the kneading bars on the front and back of a blade is the angle by which the one kneading bar must be rotated about the axis of rotation of the connected shaft so that its imaginary axial extension merges precisely into the kneading bars.
  • the partial angle between two kneading bars is the angle by which a kneading bar must be rotated about the axis of rotation of the connected shaft so that it coincides with the other kneading bar.
  • a complete heating or cooling of the rotors, conveyor blades and kneading bars is possible in a preferred embodiment of the invention, if the heating / cooling medium is passed through a shaft end, in each case a partial flow of the medium through the respective first delivery blades of a sequence of interconnected kneading bars and conveyor blades to the subsequent kneading bar, following the consequences of kneading bars and conveyor blades over the entire rotor length, through the last conveyor blade back to the shaft and from there through the shaft end opposite to the inlet, with a further partial flow of the heating / cooling medium passing through a longitudinal hole in the shaft to heat or cool the shaft.
  • the apparatus described in DE 41 26 425 A1 there are no places where the supply and return lines of the heating medium have to be guided through a conveyor blade root or a tooth root.
  • the manufacturing process is correspondingly simple to control.
  • FIG. 1 the basic structure of a mixer according to the invention is shown. There are two shafts 1, 11 in a housing 4. Conveyor blades 2, 7, 12, 17... Are connected to these in each case following a simple spiral.
  • the illustration in FIG. 1 is simplified to such an extent that the edges occurring in a radial section are not epicycloids and the mixer shown is also not completely self-cleaning.
  • Fig. 2 shows the spatial representation of a mixer according to the invention.
  • the housing is only partially shown.
  • Conveyor blades 2, 7, 12, 17 ... are arranged on each shaft following a double spiral.
  • the front and rear sides of the conveyor blades are not, as in FIG. 1, in planes perpendicular to the axes of rotation, rather the conveyor blades are set up in such a way that they increasingly contribute to axial transport.
  • the conveying blades are connected by kneading bars 3, 13 ... on each shaft to form 7 sequences of alternating kneading bars and conveying blades.
  • the mixer is designed to rotate at the same speed in opposite directions.
  • the free usable volume is 68.5% of the interior volume.
  • Fig. 3 shows a radial section corresponding to A in Fig. 1c through the mixer of Fig. 2, as it also shows on the front surface of the mixer in Fig. 2.
  • Scraper 9 from FIG. 2 thus appears as line 414, 415, 416, 417 and scraper 19 as 314, 315, 316, 317 in FIG. 3.
  • the same radial section is shown in 18 phase images that follow one another in time shown during a full revolution of the shafts.
  • Edge 314 cleans the surface 445-447, Edge 414 cleans the surface 345-347, Edge 324 cleans the surface 455-457, Edge 424 cleans the surface 355-357, Edge 334 cleans the surface 465-467, Edge 434 cleans the surface 365-367, Edge 344 cleans the surface 475-477, Edge 444 cleans the surface 375-377, Edge 354 cleans the surface 416-417, Edge 454 cleans the surface 316-317, Edge 364 cleans the surface 425-427, Edge 464 cleans the surface 325-327, Edge 374 cleans the surface 435-437, Edge 474 cleans the surface 335-337, Edge 315 cleans the surface 443-447, Edge 415 cleans the surface 343-347, Edge 315 cleans the surface 442-448, Edge 415 cleans the surface 342-348, Edge 325 cleans the surface 457-462, Edge 425 cleans the surface 357-362, Edge 325 cleans the surface 463-464
  • the end faces of the housing are e.g. completely cleaned by edges of the terminal blades 9, 19 ...
  • FIG. 5 Another preferred variant of the mixer according to the invention is shown in FIG. 5. This differs from the mixer according to FIG. 2 primarily in that the conveyor blades 2, 12, 7, 9, 17, 19 ... are designed as flat disks, the front and rear of which are perpendicular to the axes of rotation 1, 11 .
  • An advantage of this preferred mixer is the simpler technical manufacture of the mixer due to the simpler construction.
  • Conveyor blades and kneading bars are prismatic and therefore light e.g. by milling.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrachsigen Mischer/Reaktor mit großem freien nutzbaren Volumen, der sich kinematisch selbst reinigt, bestehend aus zwei oder mehr parallelen gegensinnig rotierenden Achsen (1, 11), auf denen schraubenförmig versetzt, Förderschaufeln (2, 12) angebracht sind, die durch axial ausgedehnte Knetbarren (3, 13) miteinander verbunden sind und einem umschließenden Gehäuse (4) sowie einem Einlaß (5) und einem Auslaß (6) für das Mischgut. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mehrachsigen Mischer/Reaktor mit großem freien nutzbaren Volumen, der sich kinematisch selbst reinigt, bestehend aus zwei oder mehr parallelen gegensinnig rotierenden Achsen, auf denen schraubenförmig versetzt, Förderschaufeln angebracht sind, die durch axial ausgedehnte Knetbarren miteinander verbunden sind und einem umschließenden Gehäuse sowie gegebenenfalls einem Einlaß und einem Auslaß für das Mischgut.
  • Die Erfindung richtet sich auf Vorrichtungen zur verfahrenstechnischen Behandlung von Fluiden und kohäsiven Schüttgütern. Die Vorrichtung ist vollständig kinematisch selbstreinigend und weist ein großes freies Nutzvolumen auf.
  • Unter anderem bei der Erzeugung und Verarbeitung von Kunststoffen müssen hochviskose Flüssigkeiten verfahrenstechnisch behandelt werden. Insbesondere werden Apparate zum Mischen und Ausdampfen benötigt. Diese müssen eine gute Mischwirkung und im Fall der Ausdampfung auch eine schnelle Erneuerung der freien Oberflächen des Mischers bewirken.
  • Produktablagerungen an den Wandungen solcher Mischer können zu Verfahrensbeeinträchtigungen führen. In den Ablagerungen werden unerwünschte Nebenreaktionen aufgrund der wesentlich verlängerten Verweilzeit im Reaktor begünstigt. Dies führt zur Verunreinigung des Produktes. Produktablagerungen an den Wandungen können durch kinematische Selbstreinigung des Mischers vermieden werden.
  • Als Beispiel sei die Herstellung von thermotropen, flüssigkristallinen Polyestern genannt. Geschwindigkeitsbestimmend in der Endstufe der Polykondensation ist der Stoffübergang des Kondensates in die unter Vakuum befindliche Gasphase des Reaktors. Dies erfordert eine möglichst große Stoffübergangsfläche und eine möglichst schnelle Erneuerung derselben. Auf Grund der ausgeprägten Strukturviskosität neigt das Produkt zu Wandablagerungen in nicht gerührten Bereichen. Durch die hier vorliegenden längeren Verweilzeiten entstehen schwarze Crackprodukte, die, wenn sie in den Produktstrom gelangen, zu nicht verkaufsfähiger Ware führen.
  • Im Hinblick auf die Minimierung der Herstellungs- und Betriebskosten eines Reaktor/Mischers wird zusätzlich ein großes freies nutzbares Volumen angestrebt, d.h. das Verhältnis vom Rühzwerkvolumen zum Gehäusevolumen sollte möglichst niedrig sein.
  • Diese Anforderungen werden bis zu einem gewissen Grade erfüllt durch den in der Offenlegungsschrift DE 41 26 425 A1 beschriebenen Apparat.
  • Der dort beschriebene Apparat weist jedoch zwei gravierende Schwächen auf:
    Zur Aufnahme von Biegekräften beispielsweise beim Mischen pastöser Fluide dient nur die Welle der Rotoren. Die Welle soll aber möglichst dünn sein, um ein großes freies nutzbares Volumen zu erhalten. Hierdurch ist bei den ebenfalls angestrebten kleinen Spielen (wegen der Selbstreinigung) auf Grund der Durchbiegung der Welle ein Verhältnis zwischen Apparatelänge und Achsabstand von mehr als 5 bestenfalls 7 kaum zu erreichen.
  • Eine Beheizung der Schaufeln und Zahnräder wäre in der genannten Mischvorrichtung nur möglich durch eine komplizierte Führung der Heizkanäle, wobei durch jeden Zahnfuß Vor- und Rücklaufleitung geführt werden müssen. Dies ist fertigungstechnisch nur schwer zu beherrschen bzw. mit hohen Kosten verbunden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es einen Apparat bereitzustellen, der vollständig kinematisch selbstreinigend ist, ein großes freies Volumen aufweist, der die genannten Nachteile nicht aufweist und bei dem bevorzugt eine Beheizung/Kühlung der Abstreifelemente leicht integrierbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem mehrwelligen Mischer auf jeder Welle schraubenförmig versetzt Förderschaufeln angeordnet sind, die durch axial ausgedehnte Knetbarren miteinander verbunden sind.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein mehrachsiger Mischer/Reaktor bestehend aus zwei oder mehr parallelen gegensinnig rotierender Wellen, auf denen schraubenförmig versetzt Förderschaufeln angebracht sind, die durch axial ausgedehnte Knetbarren miteinander verbunden sind (Die Gesamtheit aus miteinander verbundener Welle, Förderschaufeln und Knetbarren wird im weiteren als Rotor bezeichnet.), einem umschließenden Gehäuse gegebenenfalls mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Mischgut sowie insbesondere mit einem zusätzlichen Brückenstutzen zur Entgasung, dadurch gekennzeichnet,
    daß die in axialer Richtung gesehene Vorder- und Rückseite einer jeden Förderschaufel eines Rotors ausgenommen an den Enden des Mischers durch die Förderschaufeln eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt werden,
    daß jeder Knetbarren eines Rotors an seinen in axialer Richtung gesehenen Enden auch durch die Förderschaufeln ansonsten durch die Knetbarren und die Welle eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt wird,
    daß jede Welle eines Rotors durch die Förderschaufeln und die Knetbarren eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt wird,
    daß das Gehäuse an seiner Innenwand durch die Knetbarren und Förderschaufeln kinematisch vollständig gereinigt wird,
    daß die in einem Radialschnitt eines Rotors auftretenden Schnittkanten von Förderschaufeln und Knetbarren alle entweder Kreisbögen um den Rotationsmittelpunkt oder Epizykloidenabschnitte sind,
    daß die in einem Radialschnitt eines Rotors auftretenden Schnittkanten von Förderschaufeln und Knetbarren alle konkav sind, wenn sie nach innen zeigen (d.h., wenn der Normalenvektor auf der Schnittkante eine Komponente zur Rotationsachse aufweist) und
    daß jede Förderschaufel ausgenommen an den Enden des Mischers auf der in axialer Richtung gesehenen Vorder- und Rückseite mit je einem Knetbarren verbunden ist, wobei der bezuglich der axialen Förderung durch die Förderschaufeln stromaufwärts befindliche Knetbarren mit dem bei der Rotation führenden Ende der Förderschaufel und der andere mit dem bei der Rotation folgenden Ende der Förderschaufel verbunden ist.
  • In diesem Mischer werden die in axialer Richtung gesehenen Vorder- und Rückseite einer jeden Förderschaufel eines Rotors (ausgenommen an den Enden des Mischers) durch die Förderschaufeln der benachbarten Rotoren, die Knetbarren eines Rotors an ihren (in axialer Richtung gesehenen) Enden auch durch die Förderschaufeln, ansonsten durch die Knetbarren und die Welle der benachbarten Rotoren, die Wellen durch die Förderschaufeln und die Knetbarren des jeweils benachbarten Rotors und das Gehäuse durch Knetbarren und Förderschaufeln kinematisch vollständig gereinigt.
  • Unter kinematischer Reinigung wird die kleinstmögliche Annäherung der bewegten Teile des Mischers verstanden, die bei Berücksichtigung der Fertigungstoleranz während des Mischens erreicht werden kann, so daß die genannten Teile ohne Blockierung aneinander vorbeigleiten können.
  • Wie beschrieben kann insgesamt eine vollständige kinematische Selbstreinigung aller Oberflächen des Mischraumes erreicht werden.
  • Jede Förderschaufel, mit Ausnahme der Förderschaufel an den Enden des Mischers, ist auf ihrer Vorder- und Rückseite mit je einem Knetbarren verbunden. Hierbei ist der bezüglich der axialen Förderung durch die Förderschaufeln stromaufwärts befindliche Knetbarren mit dem bei der Rotation führenden Ende der Förderschaufel und der andere mit dem bei der Rotation folgenden Ende der Förderschaufel verbunden. Jeder Knetbarren ist (ausgenommen an den Enden des Mischers) mit je zwei Förderschaufeln verbunden. Hierdurch entstehen über die gesamte Mischerlänge reichende Folgen von durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln.
  • Diese Folgen von durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln nehmen im wesentlichen die durch Durchbiegung auftretenden Biegekräfte des Rotors auf.
  • Entsprechend ihrer Anordnung am Umfang des Rotors wird ein maximales Flächenträgheitsmoment und damit eine minimale Durchbiegung der Wellen erreicht.
  • Die in einem Radialschnitt auftretenden Kanten der Rotoren lassen sich mathematisch beschreiben:
    Es seien 1 und 11 zwei Rotoren mit den Winkelgeschwindigkeiten ω₁ und ω₁₁ und den Mittelpunkten
    Figure imgb0001
    Dann kann die Bewegung eines Punktes
    Figure imgb0002
    des Rotors 1 im Koordinatensystem des Rotors 11 beschrieben werden als:
    Figure imgb0003
    In einer bevorzugten Ausführungsform rotieren die Rotoren betragsmäßig gleichschnell. Hier gilt ω₁ = -ω₁₁
    Figure imgb0004
     .
  • Ein Ziel bei der kinematischen Abreinigung ist, ein möglichst kleines Spiel der bewegten Teile zu erreichen. Dies kann erreicht werden, wenn der Torsionswinkel aller Rotoren über die Länge betragsmäßig gleich ist, also auch die Drehmomente gleich sind. Das wird ermöglicht mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, indem die Rotoren mit gleichen sich wiederholenden Elementen ausgestattet werden. Bei gleichschneller gegensinniger Rotation führt dies dazu, daß der Teilwinkel zwischen den jeweils nächstbenachbarten Knetbarren eines Rotors sich bestimmt zu:
    Figure imgb0005
    wobei
    • n
    die Gangzahl,
    m
    den Grad der Rotationssymmetrie,
    φ
    einen Teilwinkel zwischen nächstbenachbarten Knetbarren,
    π
    die Zahl 3, 14159.... (π) und
    ψ
    den Versatz zwischen Knetbarren auf Vorder- und Rückseite einer Förderschaufel bedeutet.
  • Um eine Schwingungsanregung zu vermeiden, wird auch ein über die Zeit konstantes Drehmoment angestrebt. Dieses wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß zur Vergleichmäßigung des Antriebsmomentes der Versatz zwischen den Knetbarren auf Vorder- und auf Rückseite einer Förderschaufel (ψ) kein ganzzahliges Vielfaches des Teilwinkels zwischen zwei nächstbenachbarten Knetbarren (φ) ist. Der Versatz zwischen Knetbarren auf Vorder- und Rückseite einer Schaufel ist der Winkel, um den der eine Knetbarren um die Rotationsachse der verbundenen Welle gedreht werden muß, so daß seine gedachte axiale Verlängerung genau in den Knetbarren übergeht.
  • Der Teilwinkel zwischen zwei Knetbarren ist der Winkel, um den ein Knetbarren um die Rotationsachse der verbundenen Welle gedreht werden muß, so daß er mit dem anderen Knetbarren zur Deckung kommt.
  • Falls die Mischerlänge ein ganzzahliges Vielfaches des axialen Abstandes zwischen zwei durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln ist, sollte für die bevorzugte Ausführungsform des Reaktors/Mischers gelten:
    Figure imgb0006
    wobei
    • φ
    den Teilwinkel zwischen zwei nächstbenachbarten Knetbarren,
    i
    eine ganze Zahl ungleich 0 ohne gemeinsamen Teiler mit o,
    li
    den axialen Abstand zwischen zwei durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln,
    lΣ
    die Länge des Mischers und
    ψ
    den Winkelversatz zwischen Knetbarren auf Vorder- und Rückseite einer Förderschaufel bedeutet.
  • Bei verschieden schnell rotierenden Systemen führt die Forderung nach möglichst konstanten Torsionsverhältnissen zu dem Ansatz, daß der Grad der Rotationssymmetrie umgekehrt proportional dem Betrag der Winkelgeschwindigkeit der Wellen ist.
  • Eine komplette Beheizung bzw. Kühlung der Rotoren, Förderschaufeln und Knetbarren ist in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung möglich, wenn das Heiz/Kühlmedium durch ein Wellenende geleitet wird, jeweils ein Teilstrom des Mediums durch die jeweils erste Förderschaufel einer Folge von miteinander verbundenen Knetbarren und Förderschaufeln zum nachfolgenden Knetbarren, den Folgen von Knetbarren und Förderschaufeln folgend über die gesamte Rotorlänge, durch die jeweils letzte Förderschaufel zurück zur Welle und von dort durch das dem Eintritt entgegengesetzte Wellenende geführt wird, wobei ein weiterer Teilstrom des Heiz/Kühlmediums durch eine Längsbohrung der Welle geführt wird, um auch die Welle zu beheizen bzw. zu kühlen. Hierbei treten im Gegensatz zu dem in der DE 41 26 425 A1 beschriebenen Apparat keine Stellen auf wo Vor- und Rücklaufleitung des Heizmediums durch einen Förderschaufelfuß bzw. einen Zahnfuß geführt werden müssen. Entsprechend einfach ist die Herstellung fertigungstechnisch beherrschbar.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert:
    • Fig. 1
    zeigt die Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Mischers im Schnittbild in Aufsicht (Fig. 1b) Vorder- (Fig.1c) und Seitenansicht (Fig. 1a).
    Fig. 2
    zeigt die Darstellung eines erfindungsgemäßen Mischers.
    Fig. 3
    zeigt die Darstellung eines Radialschnittes durch den Mischer nach Fig. 2, wie er auch als Frontfläche des Mischers erscheint.
    Fig. 4a und 4b
    zeigen die Darstellung der Drehbewegung in einem Radialschnitt entsprechend Fig. 3 in 18 Momentaufnahmen.
    Fig. 5
    zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers.
    Beispiele
  • In Fig. 1 wird der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Mischers gezeigt. In einem Gehäuse 4 befinden sich zwei Wellen 1, 11. Auf diesen sind jeweils einer einfachen Spirale folgend Förderschaufeln 2, 7, 12, 17 ... verbunden. Die Darstellung in Fig. 1 ist in soweit vereinfacht, daß die in einem Radialschnitt auftretenden Kanten keine Epizykloiden sind und der dargestellte Mischer auch nicht vollständig selbstreinigend ist.
  • Fig. 2 zeigt die räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Mischers. Das Gehäuse ist nur teilweise dargestellt. Auf jeder Welle sind einer zweifach-Spirale folgend Förderschaufeln 2, 7, 12, 17 ... angeordnet. Die Vorder- und Rückseiten der Förderschaufeln liegen nicht wie bei Fig. 1 in Ebenen senkrecht zur Rotationsachsen, vielmehr sind die Förderschaufeln so angestellt, daß sie vermehrt zum axialen Transport beitragen. Die Förderschaufeln sind durch die Knetbarren 3, 13 ... auf jeder Welle zu 7 Folgen von abwechselnden Knetbarren und Förderschaufeln verbunden. Der Mischer ist ausgelegt auf eine gleichschnelle gegensinnige Rotation.
  • Das freie nutzbare Volumen beträgt 68,5% des Gehäuseinnenvolumens.
  • Fig. 3 zeigt einen Radialschnitt entsprechend A in Fig. 1c durch den Mischer nach Fig. 2, wie er sich auch an der Frontfläche des Mischers in Fig. 2 zeigt. So erscheint Abstreifer 9 aus Fig. 2 als Linienzug 414, 415, 416, 417 und Abstreifer 19 als 314, 315, 316, 317 in Fig. 3. In Fig. 4a und Fig. 4b wird derselbe Radialschnitt in 18 zeitlich aufeinander folgenden Phasenbildern während einer ganzen Umdrehung der Wellen gezeigt. Hierbei wird die Abreinigungswirkung deutlich:
    Kante 314 reinigt die Fläche 445-447, Kante 414 reinigt die Fläche 345-347,
    Kante 324 reinigt die Fläche 455-457, Kante 424 reinigt die Fläche 355-357,
    Kante 334 reinigt die Fläche 465-467, Kante 434 reinigt die Fläche 365-367,
    Kante 344 reinigt die Fläche 475-477, Kante 444 reinigt die Fläche 375-377,
    Kante 354 reinigt die Fläche 416-417, Kante 454 reinigt die Fläche 316-317,
    Kante 364 reinigt die Fläche 425-427, Kante 464 reinigt die Fläche 325-327,
    Kante 374 reinigt die Fläche 435-437, Kante 474 reinigt die Fläche 335-337,
    Kante 315 reinigt die Fläche 443-447, Kante 415 reinigt die Fläche 343-347,
    Kante 315 reinigt die Fläche 442-448, Kante 415 reinigt die Fläche 342-348,
    Kante 325 reinigt die Fläche 457-462, Kante 425 reinigt die Fläche 357-362,
    Kante 325 reinigt die Fläche 463-464, Kante 425 reinigt die Fläche 363-364,
    Kante 335 reinigt die Fläche 462-472, Kante 435 reinigt die Fläche 362-372,
    Kante 335 reinigt die Fläche 463-467, Kante 435 reinigt die Fläche 363-367,
    Kante 335 reinigt die Fläche 473-474, Kante 435 reinigt die Fläche 373-374,
    Kante 345 reinigt die Fläche 414-472, Kante 445 reinigt die Fläche 314-372,
    Kante 345 reinigt die Fläche 473-474, Kante 445 reinigt die Fläche 373-374,
    Kante 355 reinigt die Fläche 422-417, Kante 455 reinigt die Fläche 322-317,
    Kante 355 reinigt die Fläche 423-424, Kante 455 reinigt die Fläche 323-324,
    Kante 365 reinigt die Fläche 423-427, Kante 465 reinigt die Fläche 323-327,
    Kante 365 reinigt die Fläche 432-442, Kante 465 reinigt die Fläche 332-342,
    Kante 365 reinigt die Fläche 433-434, Kante 465 reinigt die Fläche 333-334,
    Kante 375 reinigt die Fläche 432-442, Kante 475 reinigt die Fläche 332-342,
    Kante 375 reinigt die Fläche 433-437, Kante 475 reinigt die Fläche 333-337,
    Kante 375 reinigt die Fläche 443-444, Kante 475 reinigt die Fläche 343-344,
    Kante 316 reinigt die Fläche 451-454, Kante 416 reinigt die Fläche 351-354,
    Kante 317 reinigt die Fläche 454-455, Kante 417 reinigt die Fläche 354-355,
    Kante 327 reinigt die Fläche 464-465, Kante 427 reinigt die Fläche 364-365,
    Kante 337 reinigt die Fläche 474-475, Kante 437 reinigt die Fläche 374-375,
    Kante 347 reinigt die Fläche 414-415, Kante 447 reinigt die Fläche 314-315,
    Kante 357 reinigt die Fläche 424-425, Kante 457 reinigt die Fläche 324-325,
    Kante 367 reinigt die Fläche 434-435, Kante 467 reinigt die Fläche 334-335,
    Kante 377 reinigt die Fläche 444-445, Kante 477 reinigt die Fläche 344-345,
    Fläche 351-316 reinigt die Fläche 448-451, Fläche 451-416 reinigt die Fläche 348-351.
  • Wie ersichtlich werden alle Umfangsflächen abgereinigt.
  • Gleichfalls wird deutlich, daß die Gehäuseinnenwände durch die Kanten 445, 435, 345, 335 ... gereinigt werden.
  • Die Stirnflächen des Gehäuses werden z.B. durch Kanten der endständigen Schaufeln 9, 19 ... vollständig gereinigt.
  • Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Mischers ist in Fig. 5 wiedergegeben. Diese unterscheidet sich von dem Mischer nach Fig. 2 vor allem dadurch, daß die Förderschaufeln 2, 12, 7, 9, 17, 19 ... als ebene Scheiben ausgebildet sind, deren Vorder- und Rückseite senkrecht zu den Rotationsachsen 1, 11 stehen.
  • Ein Vorteil dieses bevorzugten Mischers ist die durch die einfachere Konstruktion bedingte einfachere technische Herstellbarkeit des Mischers.
  • Förderschaufeln und Knetbarren sind prismatisch und deshalb leicht z.B. durch Fräsen herzustellen.

Claims (8)

  1. Mischer/Reaktor mit zwei oder mehr parallelen gegensinnig rotierenden Rotoren, bestehend aus Wellen (1, 11), auf denen schraubenförmig versetzt Förderschaufeln (2, 12) angebracht sind, die durch axial ausgedehnte Knetbarren (3, 13) miteinander verbunden sind, einem umschließenden Gehäuse (4) gegebenenfalls mit einem Einlaß (5) und einem Auslaß (6) für das Mischgut, dadurch gekennzeichnet,
    daß in axialer Richtung gesehene Vorder- und Rückseite einer jeden Förderschaufel (2, 12) eines Rotors ausgenommen an den Enden des Mischers, wo sie sich mit der Stirnseite des Gehäuses (4) gegenseitig reinigen, durch die Förderschaufeln (12, 2) eines anderen Rotoren kinematisch vollständig gereinigt werden,
    daß die Knetbarren (3, 13) eines Rotors an seinen in axialer Richtung gesehenen Enden auch durch die Förderschaufeln (12, 2) ansonsten durch die Knetbarren (13, 3) und die Welle (11, 1) eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt werden,
    daß die Welle (1, 11) eines Rotors durch die Förderschaufeln (12, 2) und die Knetbarren (13, 3) des anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt wird,
    daß das Gehäuse (4) an seiner Innenwand durch die Knetbarren (3, 13) und Förderschaufeln (2, 12) kinematisch vollständig gereinigt wird,
    daß die in einem Radialschnitt eines Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 13) auftretenden Schrittkanten von Förderschaufeln (2, 12) und Knetbarren (3, 13) alle entweder Kreisbögen um den Rotationsmittelpunkt oder Epizykloidenabschnitte sind,
    daß die in einem Radialschnitt eines Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) auftretenden Schnittkanten von Förderschaufeln (2, 12) und Knetbarren (3, 13) alle konkav sind, wenn sie nach innen zeigen (d.h., wenn der Normalenvektor auf der Schnittkante eine Komponente zur Rotationsachse aufweist) und
    daß jede Förderschaufel (2, 12) ausgenommen an den Enden des Mischers auf der in axialer Richtung gesehenen Vorder- und Rückseite mit je einem Knetbarren (3, 13) verbunden ist, wobei der bezüglich der axialen Förderung durch die Förderschaufeln (2, 12) stromaufwärts befindliche Knetbarren mit dem bei der Rotation führenden Ende der Förderschaufel und der andere mit dem bei der Rotation folgenden Ende der Förderschaufel verbunden ist.
  2. Mischer/Reaktor gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren betragsmäßig gleichschnell rotieren.
  3. Mischer/Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (3, 13) die gleiche Anzahl n der über den Umfang verteilten miteinander durch Knetbarren verbundenen Folgen von Förderschaufeln (2, 12) aufweisen, wobei der Teilwinkel zwischen den jeweils nächstbenachbarten Knetbarren eines Rotors sich bestimmt zu:
    Figure imgb0007
     wobei
    φ   der Teilwinkel zwischen nächstbenachbarten Knetbarren,
    n   die Gangzahl,
    m   der Grad der Rotationssymmetrie,
    ψ   der Versatz zwischen Knetbarren auf Vorder- und Rückseite einer Förderschaufel,
    π   die Zahl π (3.14159) ist.
  4. Mischer/Reaktor gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung des Antriebsdrehmomentes der Versatz (ψ) zwischen den Knetbarren auf der Vorder- und Rückseite einer Förderschaufel kein ganzzahliges Vielfaches des Teilwinkels (φ) zwischen zwei nächstbenachbarten Knetbarren ist.
  5. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischerlänge ein ganzzahliges Vielfaches o des axialen Abstandes zwischen zwei durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln ist und
    Figure imgb0008
     wobei
    φ =   der Teilwinkel zwischen nächstbenachbarten Knetbarren,
    i =   eine ganze Zahl ungleich 0 ohne gemeinsamen Teiler mit o,
    li=   der axiale Abstand zwischen zwei durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln,
    lΣ=   die Länge des Mischers,
    ψ =   der Winkelversatz zwischen Knetbarren auf Vorder- und Rückseite einer Förderschaufel ist.
  6. Mischer/Reaktor gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Förderschaufeln (2) und Knetbarren (3) komplett beheizt oder gekühlt werden können.
  7. Mischer/Reaktor gemäß dem Anspruch 6, in der die Beheizung/Kühlung mit einem Heiz/Kühlmedium vorgenommen wird, das durch ein Wellenende geleitet wird, wobei jeweils ein Teilstrom des Mediums durch die jeweils erste Förderschaufel einer Folge von miteinander verbundenen Förderschaufeln und Knetbarren zum nächstfolgenden Knetbarren geleitet, den miteinander verbundenen Förderschaufeln und Knetbarren folgend zum Ende des Rotors geleitet, durch die jeweils letzte Förderschaufel zurück zur Welle und von dort dem Eintritt entgegengesetzte Wellenende herausgeführt wird und ein weiterer Teilstrom des Mediums durch eine Längsbohrung der Welle geleitet wird um die Welle zu beheizen.
  8. Mischer/Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zusätzlichen Brückenstutzen für Entgasungsprozesse aufweist.
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