EP0860202A1 - Mischwerkzeug - Google Patents

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EP0860202A1
EP0860202A1 EP98102051A EP98102051A EP0860202A1 EP 0860202 A1 EP0860202 A1 EP 0860202A1 EP 98102051 A EP98102051 A EP 98102051A EP 98102051 A EP98102051 A EP 98102051A EP 0860202 A1 EP0860202 A1 EP 0860202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixing tool
mixing
shaft
tool
drum
Prior art date
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Granted
Application number
EP98102051A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0860202B1 (de
Inventor
Rainer Vonnahme
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.)
Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH filed Critical Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH
Publication of EP0860202A1 publication Critical patent/EP0860202A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0860202B1 publication Critical patent/EP0860202B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/07—Stirrers characterised by their mounting on the shaft
    • B01F27/072—Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis
    • B01F27/0726—Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis having stirring elements connected to the stirrer shaft each by a single radial rod, other than open frameworks

Definitions

  • the invention relates to a mixing tool for bulk goods and / or similar materials for mounting on a shaft in a drum of a mixer, dryer and / or reactor, with a first mixing tool surface F 1 acting on the bulk material when the shaft rotates, which has a first tool profile surface F P1 and a radially offset second mixing tool surface F 2 , to which a second tool profile surface F P2 is assigned, the first and second tool profile surfaces F P1 and F P2 extending in the radial direction starting from the surface of the shaft without any gaps.
  • Such a mixing tool is known from DE 29 42 325 C2 known.
  • the geometric shapes of the known mixing bodies are in general on the type of processing of the materials to be processed matched, namely whether the materials in the Pile (thrust mixer), in the mechanically generated fluidized bed (Ploughshare mixer) or in the material ring (centrifugal mixer) to be processed. Depending on the type of processing different processing times and material qualities after these processing times.
  • a mixing tool is known from DE 29 42 325 C2, which a first mixing tool surface and a second mixing tool surface having. These mixing tool surfaces limit in radial direction directly to each other and extend starting from a mixer shaft up to close to the inside wall of the drum. With the known mixing tool a drying Be loosened up well, so as intensely as possible Exchange to heated contact surfaces of the drum or to an elevated temperature gas stream flowing through the drum can be done.
  • the mixing surfaces of the known mixing tool are wedge-shaped and with respect to their Areas not coordinated.
  • the well-known mixing tools are characterized by the fact that they are from the mixer shaft starting in the radial direction, first rod-shaped are formed and in the area of the inner drum wall pass over a rod parallel to the shaft.
  • DE-AS 1 101 113 is a mixing device known, the mixing tools with spaced apart Have tool surfaces. These tool surfaces (in pairs arranged centrifugal blades) move one to be machined Good in opposite directions.
  • the object of the present invention is the known Mixing tool to further develop the movements of materials to be processed in a drum seen across the drum cross-section regardless of the shaft speed both with regard to an axially directed material exchange as well as a radially oriented material exchange be improved.
  • F P1 , V DP2 2 ⁇ . r P2 .
  • F P2 that produce the mixing tool surfaces F 1 , F 2 of the mixing tool in the bulk have the following relationship to one another r P1 .
  • F P1 k. r P2 .
  • the mixing tool surfaces F 1 , F 2 are defined in cm 2 and the drum radius R is to be specified in the dimension cm.
  • the mixing tool according to the invention is in an x-y-z coordinate system shown with the z-axis through the shaft runs (coincides with the shaft axis) and with the x-axis spans a floor plan (see Fig. 1 and Fig. 4 of the description).
  • the y axis is perpendicular to Floor plan level, extends with positive values from this and defines the plane of motion with the x-axis of the mixing tool according to the invention.
  • the tool profile surfaces F P1 and F P2 are used as further surfaces to describe the mixing tool according to the invention. These are the corresponding surfaces of a section in the xz plane through a penetration body, which is created by moving the mixing tool surfaces formed on the mixing tool through the material to be processed (rotation about the shaft).
  • r P1 and r P2 indicate the distance in cm from the z-axis (shaft axis) to the centroids of the tool profile surfaces F P1 and F P2 .
  • k is a constant and varies in the range from 0.3 to 1 depending on the surface distribution of the tool profile surfaces F P 1 and F P2 .
  • the angles ⁇ , ⁇ describe the inclinations of the tool surfaces F 1 , F 2 at an arbitrarily selected surface point in two mutually perpendicular directions.
  • the angle ⁇ describes the angle between the positive y direction and the orientation of the mixing tool surface in the positive y direction in the z direction.
  • the angle ⁇ denotes the angle between the positive y direction and the orientation of the mixing tool surface in the positive x direction.
  • the mixing tool according to the invention has the advantage that it when rotating around the shaft with mixing tool surfaces in immerses the material to be machined, which is directed radially over the entire length of the mixing tool in the direction extend the x-axis. So that one in a drum existing material accumulation with the most varied Machined shaft speeds effectively, i.e. mixed will.
  • the processing times are when mixing in the pile, mechanically generated fluidized bed and the mix ring optimized. Even at low speeds (extremely gentle on the product) unified particle movements trigger over the entire amount of material accumulation that too contribute to an improved mixing quality with a reduced mixing time.
  • the mixing tool according to the invention extends from the Wave to the inner wall of the drum and holds only a small one Distance to the inside wall surface of the drum.
  • the tool profile surfaces F P1 and F P2 as well as their center of gravity coordinates r P1 and r P2 are to be selected so that the material volume flow emerging from the surface F 1 is equal to or greater than k times to preferably equal to that of the material volume flow emerging from the surface F 2 .
  • the angles of inclination .alpha. And .beta. Of the mixing tool surfaces F 1 and F 2 are also to be selected such that the material to be machined slides along the mixing tool surfaces and thus prevents the formation of a bluff body.
  • the angles of inclination ⁇ and ⁇ should be chosen such that the material mass flows emerging from the mixing tool surfaces are directed diametrically to one another and preferably axially parallel.
  • the material volume flow flowing out from the area F 1 is in this case equal to k times the material volume flow flowing out from the area F 2 .
  • k 1, the outflowing volume flows are of the same size.
  • the mixing tool surfaces F 1 and F 2 are arranged such that a material volume flow flowing out of the mixing tool surface F 2 partially flows onto the mixing tool surface F 1 , then the mixing tool surfaces F 1 and F 2 can be designed according to k ⁇ 1.
  • the material volume flow flowing out from the area F 1 is then greater than k times and at most equal to that of the material volume flow flowing out from the area F 2 .
  • the preferred condition that the outflowing material volume flows are of the same size can be achieved, so that homogeneous mixing of the material is achieved with the shortest processing time.
  • the mixing tools are distributed along the shaft over the circumference of the shaft and thus several mixing tools are provided in the drum for processing the material in the drum, these mixing tools can additionally interact with one another so that, for example, mixing tool surfaces F 2 trigger a material direction deflection which supports the natural flow of material and the mixing tool surfaces F 1 promote the material volume flow flowing onto them against the deflection direction through the mixing tool surfaces F 2 .
  • mixing tool surfaces F 2 trigger a material direction deflection which supports the natural flow of material and the mixing tool surfaces F 1 promote the material volume flow flowing onto them against the deflection direction through the mixing tool surfaces F 2 .
  • embodiments are also advantageous in which at least one of the two mixing tool surfaces F 1 , F 2 differs from the Shaft or a more external position to close to the drum, so that the mixing tool surfaces F 1 , F 2 merge in the axial direction.
  • the mixing tool surfaces convex and / or concavely curved.
  • angles ⁇ and ⁇ at each point on the surface of the mixing tool surfaces F 1 and F 2 to be considered are constant, ie independent of location, then there are flat mixing tool surfaces.
  • the mixing tool surfaces F 1 and F 2 are curved. That is, the angles ⁇ and ⁇ are different at every point on the surface of the mixing tool surfaces F 1 and F 2 to be considered (location-dependent angles).
  • the so-called lead-angle must ⁇ , the angle that is not be greater between the incoming to the mixing tool faces F 1 and F 2, and of these outgoing material flow rates than a critical angle ⁇ g , which corresponds to the internal friction angle of the material to be processed. If ⁇ is larger, an additional material volume (bluff body) is formed in front of the mixing tool surfaces F 1 and F 2 , which leads to an increased power consumption of the mixer. With the tool according to the invention or with the tools according to the invention, this increased power consumption is avoided and the material to be machined does not act with increased resistance on the mixing tool surfaces F 1 and F 2 .
  • a mixer the shaft of which is equipped with the tools according to the invention, has drives which can set this shaft and the mixing tools attached to it in rotation.
  • the speed n of the shaft is given in sec -1 .
  • FIG. 1 shows a mixing tool 10 which is fastened to a shaft 11 is.
  • the shaft 11 is in head pieces one not shown in the figure Drum held and rotatably supported there.
  • the wave 11 has an axis 15 (axis of rotation) about which the shaft 11 can rotate in the direction of arrow 16.
  • the mixing tool 10 is composed of a first mixing tool surface F 1 17 and a second mixing tool surface F 2 18.
  • the mixing tool 10 is fastened to a surface 19 of the shaft 11.
  • the mixing tool 10 can be screwed to the shaft 11 or welded to the shaft 11.
  • a coordinate system xyz is assigned to the mixing tool 10, which is partially indicated in the figure.
  • the z-axis is congruent with the axis 15 and the x-axis extends perpendicular to the z-axis in the plane of the figure.
  • the y-axis extends out of the figure plane with positive values and is also arranged perpendicular to the x and z axes. If the mixing tool 10 rotates at a speed n around the shaft 11, it rotates in the plane of movement that is spanned by the coordinate axes xy.
  • the mixing tool surface F 2 18 extends axially both along the negative and the positive z-axis.
  • the mixing tool surfaces F 1 and F 2 17, 18 are designed such that the penetration volumes V DP1 and V DP2 which the mixing tool surfaces F 1 , F 2 17, 18 of the mixing tool 10 produce in the bulk material or in the material to be processed are as follows Relationship: r P1 .
  • F P1 k. r P2 .
  • F P2 .
  • the mixing tool surface F 1 is chosen such that its axial extent decreases in the radial direction from the shaft 11 to the inner wall of the drum.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a mixing tool 20 which is fastened to a shaft 21.
  • the shaft 21 has an axis 25 which can be rotated in the direction of the arrow 26.
  • the mixing tool 20 is immersed in a material to be processed.
  • mixing tool surfaces F 1 27 and F 2 28 move the material to be processed.
  • the mixing tool surfaces F 1 27 and F 2 28 can be flat and / or curved.
  • the mixing tool surface F 1 is chosen so that its axial extension increases in the radial direction from the shaft to the drum.
  • the mixing tool 30 is composed of mixing tool surfaces 37, 38, the first mixing tool surface F 1 37 having an axial extent that is constant in the radial direction.
  • the first mixing tool surface F 1 37 extends radially to the shaft 31 and at its end merges into the second mixing tool surface F 2 38, which in this embodiment of the mixing tool 30 extends on both sides of the first mixing tool surface F 1 37.
  • the mixing tool surface F 2 38 conveys material volume flows flowing in proportion to both the mixing tool surface F 1 37 and to the adjacent free space of the mixer drum and material accumulations surrounding the mixing tool.
  • the 4 shows a mixing tool according to the invention with tool profile surfaces F P1 and F P2 , which represent auxiliary surfaces for the mixing tool surfaces F 1 and F 2 .
  • the tool profile surfaces F P1 and F P2 are surfaces which result from a cut of a penetrating body in the xz plane, the cut ending at the axis of the shaft.
  • the penetrating body is created by moving the mixing tool surfaces formed on the mixing tool through the material to be processed.
  • the coordinate system xyz shown in FIG. 4 runs with the z-axis through the axis of the shaft, the x-axis runs perpendicular to the z-axis and defines the plane of the figure and the y-axis extends both perpendicular to the z and to x axis and runs with positive y values out of the figure level.
  • the xy plane defines the plane of movement in which a moving mixing tool rotates.
  • the wave radius is indicated with r w .
  • R defines the drum radius between the axis of the shaft and the inside wall of the drum.
  • the mixing tool which is defined in the figure by tool profile surfaces F P1 and F P2 , is arranged between the shaft and the inner wall of the drum.
  • S 1 is the centroid of the tool profile surface F P1 and S 2 is the centroid of the tool profile surface F P2 .
  • r P1 and r P2 indicate the distance of the centroid S 1 and S 2 from the z-axis.
  • the transition from the tool profile surface F P1 to the tool profile surface F P2 is shown in dashed lines in the drawing.
  • the drum wall is marked with T.
  • a mixing tool 10 for bulk goods and / or similar materials for mounting on a shaft 11 in a drum of a mixer has mixing tool surfaces F 1 17 and F 2 18 which extend radially from the shaft 11 to close to the drum inner wall of the mixer.
  • the mixing tool surfaces F 1 17 and F 2 18 are characterized by tool profile surfaces F P1 and F P2 , which result from the fact that a cut is made through a penetration body in the xz plane, which is produced by mixing the mixing tool surfaces F formed on the mixing tool 10 1 17 and F 2 18 moved through the material to be processed.
  • the mixing tool surfaces F 1 , F 2 are designed such that, depending on the drum radius, they span surfaces limited by factors c 1 and c 2 and the material volume flows that flow back from the mixing tool surfaces F 1 17 and F 2 18 into the material to be processed are preferred are the same size and oppositely parallel to the axis.
  • the mixing tool surfaces F 1 17 and F 2 18 are limited in terms of their inclinations by angles ⁇ and ⁇ .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Ein Mischwerkzeug 10 für Schüttgüter und/oder ähnliche Materialien zum Anbringen auf einer Welle 11 in einer Trommel eines Mischers weist Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 auf, die sich radial von der Welle 11 ausgehend bis nahe zur Trommelinnenwandung des Mischers erstrecken. Die Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 sind durch Werkzeugprofilflächen Fp1 und Fp2 gekennzeichnet, die dadurch entstehen, daß man einen Schnitt durch einen Durchdringungskörper in der x-z-Ebene herstellt, der dadurch entsteht, indem man die am Mischwerkzeug 10 ausgebildeten Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 durch das zu bearbeitende Material bewegt. Die Mischwerkzeugflächen F1, F2 sind derart ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit des Trommelradiuses durch Faktoren c1 und c2 begrenzte Flächen aufspannen und die Materialvolumenströme, die von den Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 in das zu bearbeitende Material zurückströmen, bevorzugt gleich groß und achsparallel entgegengesetzt gerichtet sind. Die Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 sind bezüglich ihrer Neigungen durch Winkel α und Winkel β begrenzt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischwerkzeug für Schüttgüter und/oder ähnliche Materialien zum Anbringen auf einer Welle in einer Trommel eines Mischers, Trockners und/oder Reaktors, mit einer bei Drehung der Welle auf das Schüttgut wirkenden ersten Mischwerkzeugfläche F1, der eine erste Werkzeugprofilfläche FP1 zugeordnet ist und einer dazu radial versetzten zweiten Mischwerkzeugfläche F2, der eine zweite Werkzeugprofilfläche FP2 zugeordnet ist, wobei sich die erste und zweite Werkzeugprofilfläche FP1 und FP2 abstandsfrei aneinandergrenzend in radialer Richtung von der Oberfläche der Welle ausgehend erstrecken.
Ein derartiges Mischwerkzeug ist durch die DE 29 42 325 C2 bekanntgeworden.
Um Schüttgüter schnell und gleichmäßig zu bearbeiten, ist es erforderlich, die einzelnen Schüttgut-Partikel intensiv und möglichst gleichmäßig untereinander auszutauschen. Mit einer Vielzahl von bekannten Mischwerkzeugen, die aus einem Haltearm und einem Mischkörper bestehen, lassen sich unterschiedlichste Bewegungsverhältnisse in einem Materialbett erzeugen, die im wesentlichen von der geometrischen Gestaltung des Mischkörpers abhängen.
Die geometrischen Formen der bekannten Mischkörper werden im allgemeinen auf die Bearbeitungsart der zu bearbeitenden Materialien abgestimmt, nämlich darauf, ob die Materialien im Haufwerk (Schubmischer), im mechanisch erzeugten Wirbelbett (Pflugscharmischer) oder im Materialgutring (Zentrifugalmischer) bearbeitet werden sollen. Je nach Bearbeitungsart ergeben sich unterschiedliche Bearbeitungszeiten und Materialqualitäten nach diesen Bearbeitungszeiten.
Aus der DE 29 42 325 C2 ist ein Mischwerkzeug bekannt, das eine erste Mischwerkzeugfläche und eine zweite Mischwerkzeugfläche aufweist. Diese Mischwerkzeugflächen grenzen in radialer Richtung unmittelbar aneinander und erstrecken sich von einer Mischerwelle ausgehend bis nahe an die Trommelinnenwandung. Mit dem bekannten Mischwerkzeug soll ein trocknendes Gut aufgelockert werden, damit ein möglichst intensiver Austausch zu erwärmten Kontaktflächen der Trommel bzw. zu einem durch die Trommel strömenden Gasstrom erhöhter Temperatur erfolgen kann. Die Mischflächen des bekannten Mischwerkzeuges sind keilförmig ausgebildet und bezüglich ihrer Flächen nicht aufeinander abgestimmt. Die bekannten Mischwerkzeuge zeichnen sich dadurch aus, daß sie von der Mischerwelle ausgehend in radialer Richtung zuerst stabförmig ausgebildet sind und im Bereich der Trommelinnenwandung in einen achsparallel zur Welle verlaufenden Stab übergehen.
Weiterhin ist aus der DE-AS 1 101 113 eine Mischeinrichtung bekannt, die Mischwerkzeuge mit von einander beabstandeten Werkzeugflächen aufweisen. Diese Werkzeugflächen (paarweise angeordnete Schleuderschaufeln) bewegen ein zu bearbeitendes Gut jeweils in eine entgegengesetzte Förderrichtung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Mischwerkzeug dahin gehend weiterzuentwickeln, daß die Bewegungen von zu bearbeitenden Materialien in einer Trommel über den Trommelquerschnitt gesehen unabhängig von der Wellendrehzahl sowohl bezüglich eines axial gerichteten Materialaustausches als auch eines radial ausgerichteten Materialaustausches verbessert werden.
Die Aufgabe wird durch die folgende Dimensionierung des erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs dadurch gelöst, daß die Durchdringungsvolumina VDP1 = 2π . rP1 . FP1 , VDP2 = 2π . rP2 . FP2 , die die Mischwerkzeugflächen F1, F2 des Mischwerkzeugs im Schüttgut erzeugen in folgender Beziehung zueinander stehen rP1 . FP1 = k . rP2 . FP2, wobei k eine Konstante > 0,3 und ≤ 1 ist, daß die Neigungen der Mischwerkzeugflächen F1, F2 in einem x-y-z-Koordinatensystem jeweils durch α1, β1 an jedem Punkt der ersten Mischwerkzeugfläche und α2, β2 an jedem Punkt der zweiten Mischwerkzeugfläche mit Werten 0° < α1 < 70° 0° < β1 < 90° 0° < α2 < 70° 0° < β2 < 90° definiert sind, und daß die Mischwerkzeugflächen F1, F2 folgenden Flächenformeln entsprechen F1 = c1 . R und F2 = c2 . R, wobei die Faktoren c1 [cm] und c2 [cm] durch folgende Werte 2 cm < c1 ≤ 36 cm 3 cm < c2 ≤ 18 cm begrenzt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Mischwerkzeug sind die Mischwerkzeugflächen F1, F2 in cm2 definiert und der Trommelradius R ist in der Dimension cm anzugeben.
Das erfindungsgemäße Mischwerkzeug wird in einem x-y-z-Koordinatensystem dargestellt, wobei die z-Achse durch die Welle verläuft (fällt mit der Wellenachse zusammen) und mit der x-Achse eine Grundrißebene aufspannt (siehe Fig. 1 und Fig. 4 der Beschreibung). Die y-Achse verläuft senkrecht zur Grundrißebene, erstreckt sich mit positiven Werten aus dieser heraus und definiert mit der x-Achse die Bewegungsebene des erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs.
Die Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2 werden als weitere Flächen zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs herangezogen. Dabei handelt es sich um die entsprechenden Flächen eines Schnitts in der x-z-Ebene durch einen Durchdringungskörper, der dadurch entsteht, indem man die am Mischwerkzeug ausgebildeten Mischwerkzeugflächen durch das zu bearbeitende Material bewegt (Drehung um die Welle).
rP1 und rP2 kennzeichnen den Abstand in cm von der z-Achse (Wellenachse) zu den Flächenschwerpunkten der Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2.
k ist eine Konstante und variiert im Bereich von 0,3 bis 1 je nach Flächenverteilung der Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2.
Die Winkel α, β beschreiben die Neigungen der Werkzeugflächen F1, F2 an einem beliebig ausgewählten Oberflächenpunkt in zwei zueinander senkrechten Richtungen. Der Winkel α beschreibt den Winkel zwischen der positiven y-Richtung und der Ausrichtung der in positiver y-Richtung liegender Mischwerkzeugoberfläche in z-Richtung. Der Winkel β bezeichnet den Winkel zwischen der positiven y-Richtung und der Ausrichtung der Mischwerkzeugoberfläche in positiver x-Richtung.
Das erfindungsgemäße Mischwerkzeug hat den Vorteil, daß es bei einer Rotation um die Welle mit Mischwerkzeugflächen in das zu bearbeitende Material eintaucht, die sich radial gerichtet über die gesamte Länge des Mischwerkzeugs in Richtung der x-Achse erstrecken. Damit kann eine in einer Trommel vorliegende Materialanhäufung bei unterschiedlichsten Drehzahlen der Welle effektiv bearbeitet, d.h. vermischt werden. Die Bearbeitungszeiten werden beim Mischen im Haufwerk, mechanisch erzeugtem Wirbelbett und dem Mischgutring optimiert. Schon mit geringen Drehzahlen (extrem produktschonend) lassen sich vereinheitlichte Partikelbewegungen über die gesamte Höhe der Materialanhäufung auslösen, die zu einer verbesserten Mischgüte bei verkürzter Mischzeit beitragen.
Das erfindungsgemäße Mischwerkzeug erstreckt sich von der Welle bis zur Trommelinnenwandung und hält nur einen geringen Abstand zu der Innenwandoberfläche der Trommel.
Die Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2 sowie deren Flächenschwerpunktskoordinaten rP1 und rP2 sind so zu wählen, daß der von der Fläche F1 auslaufende Materialvolumenstrom gleich oder größer dem k-fachen bis vorzugsweise gleich dem des von der Fläche F2 auslaufenden Materialvolumenstromes ist. Die Neigungswinkel α und β der Mischwerkzeugflächen F1 und F2 sind weiterhin so zu wählen, daß das zu bearbeitende Material entlang den Mischwerkzeugoberflächen gleitet und damit eine Staukörperbildung vermieden wird. Ebenfalls sind die Neigungswinkel α und β derart zu wählen, daß die von den Mischwerkzeugflächen auslaufenden Materialmassenströme diametral zueinander und bevorzugt achsparallel gerichtet sind.
Endet die axiale Flächenberandung der ersten Mischwerkzeugfläche F1 in z-Richtung und schließt sich in derselben Richtung die zweite Mischwerkzeugfläche F2 an, ohne daß eine Überlappung der Mischwerkzeugflächen F1 und F2 in z-Richtung entsteht (siehe Fig. 2), so wird der von der Mischwerkzeugfläche F2 ausströmende Materialvolumenstrom nicht von der Mischwerkzeugfläche F1 erfaßt. Die bei bewegtem Mischwerkzeug auf die Mischwerkzeugfläche F1 und F2 einströmenden Materialvolumenströme sind somit gleich den von den Mischwerkzeugflächen F1 und F2 ausströmenden Materialvolumenströmen.
Der von der Fläche F1 auslaufende Materialvolumenstrom ist in diesem Fall gleich dem k-fachen des von der Fläche F2 auslaufenden Materialvolumenstromes. Im bevorzugten Fall k = 1 sind also die auslaufenden Volumenströme gleich groß.
Sind in einer weiteren Ausgestaltung die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 derart angeordnet, daß ein von der Mischwerkzeugfläche F2 ausströmender Materialvolumenstrom teilweise auf die Mischwerkzeugfläche F1 strömt, so können die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 gemäß k < 1 gestaltet werden. Der von der Fläche F1 auslaufende Materialvolumenstrom ist dann größer als das k-fache und höchstens gleich dem des von der Fläche F2 auslaufenden Materialvolumenstromes. Es kann also auch im Falle k < 1 die bevorzugte Bedingung erreicht werden, daß die auslaufenden Materialvolumenströme gleich groß sind, so daß eine homogene Vermischung des Materials bei kürzester Bearbeitungszeit erreicht wird.
Sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Mischwerkzeuge längs der Welle über den Umfang der Welle verteilt und sind somit mehrere Mischwerkzeuge in der Trommel zur Bearbeitung des in der Trommel befindlichen Materials vorgesehen, so können diese Mischwerkzeuge zusätzlich untereinander zusammenwirken, so daß beispielsweise Mischwerkzeugflächen F2 eine den natürlichen Materialfluß unterstützende Materialrichtungsauslenkung auslösen und die Mischwerkzeugflächen F1 den auf sie einströmenden Materialvolumenstrom entgegen der Auslenkungsrichtung durch die Mischwerkzeugflächen F2 fördern. Zwischen diesen extremen Richtungsauslenkungen des zu bearbeitenden Materials durch die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 sind Auslenkungsrichtungen durch die Flächen F1 und F2 denkbar, die nur teilweise die Materialförderung bzw. -rückförderung unterstützen.
Neben den beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mischwerkzeuge, bei denen in radialer Richtung ein mehr oder weniger breiter Übergangsbereich zwischen Mischwerkzeugfläche F1 und Mischwerkzeugfläche F2 vorhanden ist, sind auch Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen sich wenigstens eine der beiden Mischwerkzeugflächen F1, F2 von der Welle oder einer weiter außen liegenden Position bis nahe zur Trommel hin erstrecken, so daß die Mischwerkzeugflächen F1, F2 in axialer Richtung ineinander übergehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Mischwerkzeugflächen konvex und/oder konkav gekrümmt ausgebildet.
Sind die Winkel α und β an jedem Punkt der zu betrachtenden Oberfläche der Mischwerkzeugflächen F1 und F2 konstant, d.h. ortsunabhängig, so liegen ebene Mischwerkzeugflächen vor. Sind jedoch in einer bevorzugten Ausgestaltung die Winkel α und β an jedem Punkt der zu betrachtenden Oberfläche der Mischwerkzeugflächen F1 und F2 unterschiedlich, so sind die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 gekrümmt. D.h. die Winkel α und β sind an jedem Punkt der zu betrachtenden Oberfläche der Mischwerkzeugflächen F1 und F2 unterschiedlich (ortsabhängige Winkel).
Um eine gezielte Umlenkung des zu bearbeitenden Materials entlang der Mischwerkzeugflächen F1 und F2 zu gewährleisten, muß der sogenannte Einlaufwinkel δ, d.h. der Winkel zwischen den auf die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 einlaufenden und von diesen auslaufenden Materialvolumenströme nicht größer sein als ein Grenzwinkel δg, der dem inneren Reibungswinkel des zu bearbeitenden Materials entspricht. Ist δ größer, so bildet sich vor den Mischwerkzeugflächen F1 und F2 ein zusätzliches Materialvolumen (Staukörper), das zu einer erhöhten Leistungsaufnahme des Mischers führt. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug bzw. mit den erfindungsgemäßen Werkzeugen wird diese erhöhte Leistungsaufnahme vermieden und auf die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 wirkt das zu bearbeitende Material nicht mit einem erhöhten Widerstand.
Ein Mischer, dessen Welle mit den erfindungsgemäßen Werkzeugen bestückt ist, weist Antriebe auf, die diese Welle und die daran befestigten Mischwerkzeuge in Drehung versetzen können. Die Drehzahl n der Welle wird in sec-1 angegeben.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Es zeigt:
Fig. 1
ein erfindungsgemäßes Mischwerkzeug, wie es auf einer Welle angebracht ist;
Fig. 2
ein weiteres erfindungsgemäßes Mischwerkzeug auf einer Welle;
Fig. 3
eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs;
Fig. 4
Mischwerkzeugprofilflächen eines erfindungsgemäßen Mischwerkzeugs, die den Mischwerkzeugflächen F1 und F2 zugeordnet sind.
Die in den Figuren gezeigten Mischwerkzeuge sind nicht maßstäblich zu verstehen und sind stark vereinfacht gezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Mischwerkzeug 10, das an einer Welle 11 befestigt ist.
Die Welle 11 ist in Kopfstücken einer nicht in der Figur gezeigten Trommel gehalten und dort drehbar gelagert. Die Welle 11 weist eine Achse 15 (Rotationsachse) auf, um die sich die Welle 11 in Pfeilrichtung 16 drehen kann.
Das Mischwerkzeug 10 setzt sich aus einer ersten Mischwerkzeugfläche F1 17 und aus einer zweiten Mischwerkzeugfläche F2 18 zusammen. An einer Oberfläche 19 der Welle 11 ist das Mischwerkzeug 10 befestigt. Das Mischwerkzeug 10 kann an der Welle 11 angeschraubt bzw. mit der Welle 11 verschweißt sein.
Dem Mischwerkzeug 10 ist ein Koordinatensystem x-y-z zugeordnet, das teilweise in der Figur angedeutet ist. Die z-Achse ist mit der Achse 15 deckungsgleich und die x-Achse erstreckt sich senkrecht zur z-Achse in der Figurenebene. Die y-Achse erstreckt sich mit positiven Werten aus der Figurenebene heraus und ist ebenfalls senkrecht zur x- bzw. z-Achse angeordnet. Rotiert das Mischwerkzeug 10 mit einer Drehzahl n um die Welle 11, so rotiert es in der Bewegungsebene, die durch die Koordinatenachsen x-y aufgespannt wird. Die Mischwerkzeugfläche F2 18 erstreckt sich axial sowohl entlang der negativen wie auch der positiven z-Achse. Damit wird auch ein gewisser Materialvolumenstrom, der von der Mischwerkzeugfläche F2 ausströmt, an die Mischwerkzeugfläche F1 übergeben. Die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 17, 18 sind derart ausgebildet, daß die Durchdringungsvolumina VDP1 und VDP2, die die Mischwerkzeugflächen F1, F2 17, 18 des Mischwerkzeugs 10 im Schüttgut bzw. in dem zu bearbeitenden Material erzeugen, in folgender Beziehung stehen: rP1 . FP1 = k . rP2 . FP2.
k ist bei dieser Beziehung < 1. Die Mischwerkzeugfläche F1 ist dabei so gewählt, daß deren axiale Erstreckung in radialer Richtung von der Welle 11 zur Trommelinnenwandung hin abnimmt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Mischwerkzeuges 20, das an einer Welle 21 befestigt ist. Die Welle 21 weist eine Achse 25 auf, die in Pfeilrichtung 26 drehbar ist. Bei einer Drehung der Welle 21 um die Achse 25 taucht das Mischwerkzeug 20 in ein zu bearbeitendes Material ein. Beim Eintauchen in das zu bearbeitende Material bewegen Mischwerkzeugflächen F1 27 und F2 28 das zu bearbeitende Material. Die Mischwerkzeugflächen F1 27 und F2 28 können eben und/oder gekrümmt sein. Die Mischwerkzeugflächen F1 27 und F2 28 erzeugen Durchdringungsvolumina VDP1 und VDP2 im zu bearbeitenden Schüttgut bzw. Material, die für k = 1 einander entsprechen. Die Mischwerkzeugfläche F1 ist dabei so gewählt, daß deren axiale Erstreckung in radialer Richtung von der Welle zur Trommel hin zunimmt.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Mischwerkzeug 30, das an einer Welle 31 befestigt ist. Die Welle 31 weist eine Achse 35 auf, die in Pfeilrichtung 36 drehbar ist. Das Mischwerkzeug 30 ist aus Mischwerkzeugflächen 37, 38 zusammengesetzt, wobei die erste Mischwerkzeugfläche F1 37 eine axiale Erstreckung aufweist, die in radialer Richtung konstant ist. Die erste Mischwerkzeugfläche F1 37 erstreckt sich radial zur Welle 31 und geht an ihrem Ende in die zweite Mischwerkzeugfläche F2 38 über, die sich bei dieser Ausführungsform des Mischwerkzeugs 30 beidseits der ersten Mischwerkzeugfläche F1 37 erstreckt. Die Mischwerkzeugfläche F2 38 fördert auf sie einströmende Materialvolumenströme anteilsmäßig sowohl auf die Mischwerkzeugfläche F1 37 als auch in den angrenzenden Freiraum der Trommel des Mischers und in das Mischwerkzeug umgebende Materialanhäufungen.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Mischwerkzeug mit Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2 gezeigt, die Hilfsflächen für die Mischwerkzeugflächen F1 und F2 darstellen. Die Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2 sind Flächen, die sich durch einen Schnitt eines Durchdringungskörpers in der x-z-Ebene ergeben, wobei der Schnitt an der Achse der Welle endet. Der Durchdringungskörper entsteht dadurch, indem man die am Mischwerkzeug ausgebildeten Mischwerkzeugflächen durch das zu bearbeitende Material bewegt.
Das in der Fig. 4 gezeigte Koordinatensystem x-y-z verläuft mit der z-Achse durch die Achse der Welle, die x-Achse verläuft senkrecht zur z-Achse und definiert die Figurenebene und die y-Achse erstreckt sich sowohl senkrecht zur z- wie auch zur x-Achse und verläuft mit positiven y-Werten aus der Figurenebene heraus. Die x-y-Ebene definiert die Bewegungsebene, in der sich ein bewegtes Mischwerkzeug dreht. Mit rw ist der Wellenradius angegeben. R definiert den Trommelradius zwischen der Achse der Welle und der Trommelinnenwandung. Zwischen der Welle und der Trommelinnenwandung ist das Mischwerkzeug angeordnet, das in der Figur durch Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2 definiert ist. S1 ist der Flächenschwerpunkt der Werkzeugprofilfläche FP1 und S2 ist der Flächenschwerpunkt der Werkzeugprofilfläche FP2. rP1 und rP2 geben den Abstand der Flächenschwerpunkte S1 und S2 von der z-Achse an. Gestrichelt ist in der Zeichnung der Übergang von der Werkzeugprofilfläche FP1 zu der Werkzeugprofilfläche FP2 eingezeichnet. Mit T ist die Trommelwandung gekennzeichnet.
Für eine Trommel mit einem Radius von 39,5 cm weist ein erfindungsgemäßes Mischwerkzeug in einer bevorzugten Ausführungsform einen Wert k = 1, c1 = 10,38 cm und c2 = 5,7 cm, eine Mischwerkzeugfläche F1 von 410 cm2 und eine Mischwerkzeugfläche F2 von 225 cm2 auf.
Ein Mischwerkzeug 10 für Schüttgüter und/oder ähnliche Materialien zum Anbringen auf einer Welle 11 in einer Trommel eines Mischers weist Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 auf, die sich radial von der Welle 11 ausgehend bis nahe zur Trommelinnenwandung des Mischers erstrecken. Die Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 sind durch Werkzeugprofilflächen FP1 und FP2 gekennzeichnet, die dadurch entstehen, daß man einen Schnitt durch einen Durchdringungskörper in der x-z-Ebene herstellt, der dadurch entsteht, indem man die am Mischwerkzeug 10 ausgebildeten Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 durch das zu bearbeitende Material bewegt. Die Mischwerkzeugflächen F1, F2 sind derart ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit des Trommelradiuses durch Faktoren c1 und c2 begrenzte Flächen aufspannen und die Materialvolumenströme, die von den Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 in das zu bearbeitende Material zurückströmen, bevorzugt gleich groß und achsparallel entgegengesetzt gerichtet sind. Die Mischwerkzeugflächen F1 17 und F2 18 sind bezüglich ihrer Neigungen durch Winkel α und Winkel β begrenzt.

Claims (5)

  1. Mischwerkzeug für Schüttgüter und/oder ähnliche Materialien zum Anbringen auf einer Welle (11; 21; 31) in einer Trommel eines Mischers, Trockners und/oder Reaktors mit einer bei Drehung der Welle (11; 21; 31) auf das Schüttgut wirkenden ersten Mischwerkzeugfläche F1 (17; 27; 37), der eine erste Werkzeugprofilfläche FP1 zugeordnet ist und einer dazu radial und/oder axial versetzten zweiten Mischwerkzeugfläche F2 (18; 28; 38), der eine zweite Werkzeugprofilfläche FP2 zugeordnet ist, wobei sich die erste und zweite Werkzeugprofilfläche FP1 und FP2 abstandsfrei aneinandergrenzend in radialer Richtung von der Oberfläche (19; 29; 39) der Welle (11; 21; 31) ausgehend erstrecken,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Durchdringungsvolumina VDP1 = 2π . rP1 . FP1 und VDP2 = 2π . rP2 . FP2 , die die Mischwerkzeugflächen F1, F2 (17, 18; 27, 28; 37, 38) des Mischwerkzeugs (10; 20; 30) im Schüttgut erzeugen, in folgender Beziehung zueinander stehen rP1 . FP1 = k . rP2 . FP2 , wobei k eine Konstante > 0,3 und ≤ 1 ist, daß die Neigungen der Mischwerkzeugflächen F1, F2 (17, 18; 27, 28; 37; 38) in einem x, y, z-Koordinatensystem jeweils durch Winkel α1, β1 an jedem Punkt der ersten Mischwerkzeugfläche (17; 27; 37) und α2, β2 an jedem Punkt der zweiten Mischwerkzeugfläche (18; 28; 38) mit den Werten 0° < α1 < 70° 0° < β1 < 90° 0° < α2 < 70° 0° < β2 < 90° definiert sind, und daß die Mischwerkzeugflächen F1, F2 (17, 18; 27, 28; 37, 38) folgenden Flächenformeln entsprechen F1 = c1 . R und F2 = c2 . R, wobei die Faktoren c1 [cm] und c2 [cm] durch folgende Werte 2 cm < c1 ≤ 36 cm 3 cm < c2 ≤ 18 cm begrenzt sind und R [cm] den Trommelradius angibt.
  2. Mischwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeugflächen (17, 18; 27, 28; 37, 38) bei Rotation des Mischwerkzeugs (10; 20; 30) auslaufende Schüttgutvolumenströme von V 1 = 2πn (rP1 · FP1 + a · rP2 · FP2) bzw. V 2 = 2πn (rP2 · FP2 - a · rP2 · FP2) erzeugen, wobei n die Drehzahl der Welle (11; 21; 31) und a den Volumenstromanteil als Faktor zwischen 0 und 0,35 angibt, der von der zweiten Mischwerkzeugfläche (18; 28; 38) erzeugt und der ersten Mischwerkzeugfläche (17; 27; 37) zugeführt wird und daß V1 gleich oder kleiner als V2 ist, so daß folgender Zusammenhang besteht: k ≤ 1 - 2a und V 1 ≥ k · V 2
  3. Mischwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Welle (11; 21; 31), über den Umfang der Welle (11; 21; 31) verteilt, mehrere Mischwerkzeuge (10; 20; 30) angeordnet sind.
  4. Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischwerkzeugfläche F1 (17; 27; 37) ein zu bearbeitendes Material in eine Förderrichtung schiebt, wirft und/oder drückt, die diametral zur Förderrichtung des durch die zweite Mischwerkzeugfläche F2 (18; 28; 38) zu bearbeitenden Materials gerichtet ist.
  5. Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeugflächen F1, F2 (17, 18; 27, 28; 37, 38) konvex und/oder konkav gekrümmt sind.
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