EP0638354B1 - Vollständig selbstreinigender Mischer - Google Patents

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EP0638354B1
EP0638354B1 EP94111761A EP94111761A EP0638354B1 EP 0638354 B1 EP0638354 B1 EP 0638354B1 EP 94111761 A EP94111761 A EP 94111761A EP 94111761 A EP94111761 A EP 94111761A EP 0638354 B1 EP0638354 B1 EP 0638354B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
kneading bars
mixer
kneading
feed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94111761A
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English (en)
French (fr)
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EP0638354A1 (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
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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 or reactor with large free usable volume, which kinematically cleans itself, consisting of two or more parallel counter-rotating axes, on which helically offset, conveying blades are mounted, which by axially extended kneading bars with each other are connected and an enclosing housing and optionally an inlet and an outlet for the mix.
  • the invention is directed to devices for process engineering treatment of fluids and cohesive bulk materials.
  • the device is completely kinematic self-cleaning and has a large free useful volume.
  • thermotropic, liquid-crystalline polyesters called.
  • Determining the speed in the final stage of the polycondensation is the Mass transfer of the condensate into the gas phase of the reactor under vacuum. This requires the largest possible mass transfer area and one possible rapid renewal of the same. Due to the pronounced structural viscosity tends the product to wall deposits in non-stirred areas. By the here present longer residence times produce black cracking products which, when they enter the product stream, lead to non-salable goods.
  • a heating of the blades and gears would be in said mixing device only possible through a complicated leadership of the heating channels, through each toothed foot supply and return line must be performed. This is manufacturing technology difficult to master or associated with high costs.
  • the object of the invention is to provide an apparatus which is completely kinematically is self-cleaning, has a large free volume, the said Does not have disadvantages and in which preferably a heating / cooling of the stripping easy to integrate.
  • the object is achieved in that in a Herwelligen Mixer on each shaft helically offset conveying blades are arranged, which are interconnected by axially extended kneading bars.
  • Each kneading bar of a rotor becomes at its ends seen in the axial direction also by the conveyor blades, otherwise by the kneading bars and the shaft another rotor kinematically completely cleaned.
  • Each wave of a rotor is through the impeller blades and the kneading of a Other rotor kinematically completely cleaned.
  • the housing is made on its inner wall by the kneading and conveying blades Kinematic completely cleaned.
  • Each bucket is except at the ends of the mixer on the in axial direction seen front and back, each with a kneading connected with respect to the axial conveyance through the conveyor blades upstream Knetbarren with the leading end of the rotation of the Bucket and the other with the end of the rotation following Conveying blade is connected.
  • Each bucket with the exception of the bucket at the ends of the Mischers, is connected on its front and back with a kneading bar.
  • a kneading bar is (except at the ends of the Mischers) connected with two conveyor blades. This arises over the entire mixer length reaching consequences of connected by kneading bars Conveying blades.
  • the rotors rotate at the same speed.
  • ⁇ 1 - ⁇ 11 ,
  • a constant over time is also Desired torque.
  • This is in a particularly preferred embodiment achieved in that to equalize the drive torque of the offset between the kneading bars on the front and on the back of a bucket ( ⁇ ) no integer multiple of the partial angle between two nearest neighbors Kneading bar ( ⁇ ) is.
  • the offset between kneading bars on the front and back of a Shovel is the angle about which a kneading bar around the axis of rotation of the connected shaft must be rotated so that its imaginary axial extension exactly in the kneading bar passes.
  • the partial angle between two kneading bars is the angle around which a kneading bar the axis of rotation of the connected shaft must be rotated so that it with the other kneading bars comes to cover.
  • a complete heating or cooling of the rotors, conveyor blades and Kneading is possible in a preferred embodiment of the invention, if the Heating / cooling medium is passed through a shaft end, each a partial flow of the Medium through the respective first bucket of a sequence of each other connected kneading and conveying blades to the subsequent kneading, the Following kneading bars and conveying blades over the entire rotor length, through the respective last bucket back to the shaft and from there through the Entrance opposite shaft end is performed, wherein a further partial flow of the Heating / cooling medium is guided through a longitudinal bore of the shaft to the To heat or cool the shaft.
  • no points on where supply and return line of the Heating medium are passed through a winningschaufelfuß or a tooth root have to. Accordingly, the production is easily manageable.
  • Fig. 1 the basic structure of a mixer according to the invention is shown.
  • a housing 4 there are two shafts 1, 11. These are each a simple spiral following conveyor blades 2, 7, 12, 17 ... connected.
  • the illustration in Fig. 1 is simplified in so far that the edges occurring in a radial section are not epicycloids and the mixer shown is not completely self-cleaning.
  • Fig. 2 shows the spatial representation of a mixer according to the invention.
  • the housing is only partially shown.
  • On each shaft of a two-fold spiral following conveyor blades 2, 7, 12, 17 ... are arranged.
  • the front and back sides of the conveying blades are not in planes perpendicular to the axes of rotation, as in FIG. 1, but rather the conveying blades are employed in such a way that they increasingly contribute to the axial transport.
  • the conveying blades are connected by the kneading bars 3, 13 ... on each shaft to 7 sequences of alternating kneading bars and conveying blades.
  • the mixer is designed for an equally fast opposite rotation.
  • the free usable volume is 68.5% of the housing internal volume.
  • the end faces of the housing are e.g. through edges of the terminal blades 9, 19 ... completely cleaned.
  • FIG. 5 A further preferred variant of the mixer according to the invention is shown in FIG. 5 played. This differs from the mixer of FIG. 2 above all in that the conveyor blades 2, 12, 7, 9, 17, 19 ... formed as flat discs are, whose front and back are perpendicular to the axes of rotation 1, 11.
  • An advantage of this preferred mixer is the simpler construction conditional simpler technical manufacturability of the mixer.
  • Conveyor blades and kneading bars are prismatic and therefore easily e.g. by milling manufacture.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrachsigen Mischer oder 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 oder Reaktor bestehend aus zwei oder mehr parallelen gegensinnig rotierenden 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.), mit einem Antriebsmittel für die gegensinnige Rotation benachbarter Rotoren, einem umschließenden Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Mischgut sowie insbesondere mit einem zusätzlichen Brüdenstutzen zur Entgasung, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung gesehene Vorder- und Rückseite einer jeden Förderschaufel eines Rotors so gestaltet sind, daß sie bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch die Kanten und/oder Flächen der Förderschaufeln eines anderen Rotors vollständig überstrichen werden, mit Ausnahme der Flächen von Förderschaufeln, die bei der Rotation der Rotoren von der Gehäusestirnwand überstrichen werden,
  • daß die Knetbarren eines Rotors so gestaltet sind, daß ihre Flächen bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch Kanten und/oder Flächen der Knetbarren und der Welle eines anderen Rotors vollständig überstrichen werden sowie an ihren in axialer Richtung des Rotors gesehenen Enden auch durch Flächen und/oder Kanten der Förderschaufeln des anderen Rotors überstrichen werden,
  • daß die Welle eines Rotors so gestaltet ist, daß ihre Flächen bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch Kanten und/oder Flächen der Förderschaufeln und der Knetbarren des anderen Rotors überstrichen werden,
  • daß die Innenwand des Gehäuses so gestaltet ist, daß sie bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch Kanten und/oder Flächen der Knetbarren und Förderschaufeln vollständig überstrichen 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 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 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 ist.
    • Die in axialer Richtung gesehene Vorder- und Rückseite einer jeden Förderschaufel eines Rotors ausgenommen an den Enden des Mischers werden durch die Förderschaufeln eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt.
    Jeder Knetbarren eines Rotors wird an seinen in axialer Richtung gesehenen Enden auch durch die Förderschaufeln, ansonsten durch die Knetbarren und die Welle eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt.
    Jede Welle eines Rotors wird durch die Förderschaufeln und die Knetbarren eines anderen Rotors kinematisch vollständig gereinigt.
    Das Gehäuse wird an seiner Innenwand durch die Knetbarren und Förderschaufeln kinematisch vollständig gereinigt.
    Die in einem Radialschnitt eines Rotors auftretenden Schnittkanten von Förderschaufeln und Knetbarren sind alle konkav, wenn sie nach innen zeigen (d. h., wenn der Normalenvektor auf der Schnittkante eine Komponente zur Rotationsachse aufweist).
    Jede Förderschaufel ist ausgenommen an den Enden des Mischers auf der in axialer Richtung gesehenen Vorder- und Rückseite mit je einem Knetbarren verbunden, wobei 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 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 00070002
    und
    Figure 00070001
    Dann kann die Bewegung eines Punktes
    Figure 00070003
    des Rotors 1 im Koordinatensystem des Rotors 11 beschrieben werden als: x 11 y 11 = cos(ω11 *t)-sin(ω11 *t) sin(ω11 *t)cos(ω11 *t) * cos(ω1 *t)sin(ω1 *t) -sin(ω1 *t)cos(ω1 *t) * x 1 y 1 + a 0 .
    In einer bevorzugten Ausführungsform rotieren die Rotoren betragsmäßig gleichschnell. Hier gilt ω1 = -ω11 .
    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: ϕ = 2π-2mψ n , 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: ψ = i o ϕ , o = l Σ li 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 oder Reaktor mit zwei oder mehr parallelen Rotoren (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) mit einem Antriebsmittel für die gegensinnige Rotation benachbarter 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) mit einem Einlaß (5) und einem Auslaß (6) für das Mischgut, dadurch gekennzeichnet,
      daß die in axialer Richtung gesehene Vorder- und Rückseite einer jeden Förderschaufel (2, 12) eines Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) so gestaltet sind, daß sie bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch die Kanten und/oder Flächen der Förderschaufeln (12, 2) eines anderen Rotors (11, 12, 13 bzw. 1, 2, 3) vollständig überstrichen werden, mit Ausnahme der Flächen der Förderschaufeln (12, 2), die bei der Rotation der Rotoren (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) von der Gehäusestirnwand überstrichen werden,
      daß die Knetbarren (3, 13) eines Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) so gestaltet sind, daß ihre Flächen bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch Kanten und/oder Flächen der Knetbarren (13, 3) und der Welle (11, 1) eines anderen Rotors (11, 12, 13 bzw. 1, 2, 3) vollständig überstrichen werden sowie an den in axialer Richtung des Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) gesehenen Enden auch durch Flächen und/oder Kanten der Förderschaufeln (12, 2) des anderen Rotors (11, 12, 13 bzw. 1, 2, 3) überstrichen werden,
      daß die Welle (1, 11) eines Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) so gestaltet ist, daß ihre Flächen bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren durch Kanten und/oder Flächen der Förderschaufeln (12, 2) und der Knetbarren (13, 3) des anderen Rotors (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) überstrichen werden,
      daß die Innenwand des Gehäuses (4) so gestaltet ist, daß sie bei der durch das Antriebsmittel hervorgerufenen Rotation der Rotoren (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) durch Kanten und/oder Flächen der Knetbarren (3, 13) und Förderschaufeln (2, 12) vollständig überstrichen wird,
      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 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 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 oder Reaktor gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) mit einem Antriebsmittel für die betragsmäßig gleichschnelle Rotation der Rotoren (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) verbunden sind.
    3. Mischer oder Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (1, 2, 3 bzw. 11, 12, 13) die gleiche Anzahl n der über den Umfang verteilten miteinander durch Knetbarren (3, 13) verbundenen Folgen von Förderschaufeln (2, 12) aufweisen, wobei der Teilwinkel zwischen den jeweils nächstbenachbarten Knetbarren eines Rotors sich bestimmt zu: ϕ = 2π-2mΨn , 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 oder Reaktor gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung des Antriebsdrehmomentes der Versatz (Ψ) zwischen den Knetbarren (3), (8) auf der Vorder- und Rückseite einer Förderschaufel (7) kein ganzzahliges Vielfaches des Teilwinkels (ϕ) zwischen zwei nächstbenachbarten Knetbarren ist.
    5. Mischer oder Reaktor gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischerlänge eine ganzzahliges Vielfaches o des axialen Abstandes zwischen zwei durch Knetbarren (3) verbundenen Förderschaufeln (2) und (7) ist und Ψ = io ϕ o = lΣli , 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 Föderschaufel ist.
    6. Mischer oder Reaktor gemäß Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Förderschaufeln (2) und Knetbarren (3) komplett beheizt oder gekühlt werden können.
    7. Mischer oder Reaktor gemäß dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am einen Wellenende ein Einlaß für ein Heiz- oder Kühlmedium vorgesehen ist, von dem eine Heiz- oder Kühlmittelleitung durch die jeweils erste Förderschaufel einer Folge von durch Knetbarren verbundenen Förderschaufeln durch die Folge miteinander verbundener Förderschaufeln und Knetbarren bis zum Ende des Rotors geführt ist und von dort an dem zum Mediumeinlaß entgegengesetzten Ende der Welle herausgeführt ist und daß eine weitere Heiz- oder Kühlmittelleitung durch eine Längsbohrung in der Welle vom Einlaß zum Auslaß des Mediums geführt ist.
    8. Mischer oder Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zusätzlichen Brüdenstutzen für Entgasungsprozesse aufweist.
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