EP2322013B1 - Mischvorrichtung mit induktionsheizung - Google Patents

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EP2322013B1
EP2322013B1 EP09780661A EP09780661A EP2322013B1 EP 2322013 B1 EP2322013 B1 EP 2322013B1 EP 09780661 A EP09780661 A EP 09780661A EP 09780661 A EP09780661 A EP 09780661A EP 2322013 B1 EP2322013 B1 EP 2322013B1
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EP
European Patent Office
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container
heating
mixing device
wall
heating device
Prior art date
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Active
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EP09780661A
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English (en)
French (fr)
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EP2322013A1 (de
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Stefan Gerl
Andreas Seiler
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Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Original Assignee
Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to PL09780661T priority Critical patent/PL2322013T3/pl
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Publication of EP2322013B1 publication Critical patent/EP2322013B1/de
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C5/00—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose
    • B22C5/18—Plants for preparing mould materials
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F29/60—Mixers with rotating receptacles rotating about a horizontal or inclined axis, e.g. drum mixers
    • B01F29/64—Mixers with rotating receptacles rotating about a horizontal or inclined axis, e.g. drum mixers with stirring devices moving in relation to the receptacle, e.g. rotating
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    • B01F35/45—Closures or doors specially adapted for mixing receptacles; Operating mechanisms therefor
    • B01F35/451—Closures or doors specially adapted for mixing receptacles; Operating mechanisms therefor by rotating them about an axis parallel to the plane of the opening
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    • B01F35/754—Discharge mechanisms characterised by the means for discharging the components from the mixer
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    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/92—Heating or cooling systems for heating the outside of the receptacle, e.g. heated jackets or burners
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    • B22C5/00—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose
    • B22C5/04—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose by grinding, blending, mixing, kneading, or stirring
    • B22C5/0409—Blending, mixing, kneading or stirring; Methods therefor
    • B22C5/044—Devices having a vertical stirrer shaft in a fixed receptacle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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    • F26B23/04—Heating arrangements using electric heating
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    • B01F29/40—Parts or components, e.g. receptacles, feeding or discharging means
    • B01F29/403—Disposition of the rotor axis
    • B01F29/4033—Disposition of the rotor axis inclined

Definitions

  • the present invention relates to a mixing device with a container for receiving mixed material, a mixing tool arranged in the interior of the container and a heating device for heating the mixed material.
  • the mixing i.
  • the combination of at least two starting materials with different properties into a mixture of substances is a fundamental operation in mechanical engineering.
  • mixing devices With the help of a mixing device the highest possible homogeneity of the new substance should be achieved.
  • mixing devices with a rotating mixing container are used, for example.
  • At least one mixing tool is arranged eccentrically in the interior of the container in the rule. If the container rotates, the mixed material received in the container is transported to the mixing tool and mixed with the aid of the mixing tool. With such mixers materials of any type and consistency can be processed quickly and in high quality.
  • some mixing device on a heating jacket, which surrounds the container wall and is in contact therewith. Heat energy can then be supplied to the mixing container via the heating jacket.
  • the heating jacket is depending on the heat transfer medium either as a double jacket for hot water or Thermal oil heating or at higher design pressures for steam heating as a wart jacket or with welded-on half pipes.
  • the known solutions are limited in terms of their maximum wall temperature by the maximum allowable temperature of the heat transfer medium or steam heating by the necessary compressive strength of the double jacket.
  • the object of the present invention to provide a mixing device of the type mentioned, which allows the fastest possible heating of the mixed material, preferably also to temperatures greater than 200 ° C.
  • the container consists at least partially of an electrically conductive, preferably metallic material and the heater has at least one stimulable with an alternating electric field coil, which is arranged such that by the resulting change in current flow magnetic field change in the electrically conductive Material of the container eddy currents are generated.
  • These eddy currents ensure heating of the container.
  • This inductive heating of the container allows a targeted and direct heating of the container and thus the mixed material, without first a heat transfer medium must be heated.
  • the achievable temperature increase is limited only by the performance of the coil and not by the chemical-physical properties of the heat transfer medium.
  • At least one stripping device which is movable relative to the container wall, is provided in the interior of the container in the vicinity of the container wall and / or the container bottom.
  • the stripping device is static, so that the necessary relative movement is generated only by the rotation of the container.
  • the stripping device ensures a continuous vertical component of the mixed material flow and prevents buildup or caking on the container wall and / or bottom.
  • the emptying process is accelerated at the end of the mixing time.
  • the stripping device has a temperature sensor for detecting the temperature of the mixed material.
  • the stripping device has proven to be particularly suitable to receive a temperature sensor to detect the temperature of the mix since the scraper is in direct contact with the mix.
  • the mixing product temperature determination can also be effected via a product-contacting or non-contact temperature sensor introduced separately from the stripping apparatus into the mixing chamber.
  • At least two separately controllable heating devices are present, wherein preferably both heaters each have at least one excitable with an alternating electric field coil, which is arranged such that by the change in current flow resulting magnetic field change in the electrically conductive material the container eddy currents are generated.
  • heating device for heating the mixing tool and / or the stripping device could also be provided.
  • the power of the heating device designed for heating the container wall can be the same size but also larger or smaller than the output of the heating device designed for heating the container bottom.
  • the power distribution between the wall and the floor preferably corresponds approximately to the area ratio between the preferably cylindrical wall surface to be directly heated and the surface to be heated directly, preferably the annular surface or the circular surface of the container bottom.
  • the power distribution to the effective heat transfer surface is similar to the mix inside the container.
  • the bottom surface In a vertical mixing mixing vessel, the bottom surface is usually almost completely covered with material. The heat flow thus takes place over the entire heated floor area.
  • the horizontal inclined mixing container with a stationary stripping device depending on the arrangement of the stripping up to about 10-20% of the bottom surface can not be directly applied with product.
  • the container is rotationally symmetrical, wherein it is provided in a preferred embodiment that the heating device is arranged to heat the container bottom such that an outer annular portion of the container bottom is not substantially heated by the heater, wherein the annular portion preferably has a width which is greater than 5% and more preferably greater than 10% of the container diameter.
  • the stimulable coil is arranged parallel to the container bottom, but not with respect to the described annular portion. This ensures that there is no overheating of the container in the area of the container corner, when at the same time the container wall is heated with a second heater and concentrate the field lines of the two coils in the corner of the container.
  • the heating means for heating the container bottom may be arranged so that an inner circular portion of the container bottom is not substantially heated by the heating device, the circular portion preferably having a diameter greater than 30%, more preferably greater than 50% of the container diameter is.
  • the stimulable coil is disposed in a plane substantially parallel to the container bottom, however, an inner circular portion and an outer annular portion having no coil windings to ensure that neither container corner nor the center of the container bottom are heated directly.
  • the drive region is additionally shielded from the electromagnetic alternating field of the coil.
  • a container closure could be inductively heated.
  • the heater can be used for heating the container wall may be arranged so that a lower cylinder jacket-shaped portion of the container wall is not substantially heated by the heater, wherein the lower cylinder jacket-shaped portion preferably has a height which is greater than 5%, more preferably greater than 10% of the container wall height.
  • the heating device for heating the container wall may be arranged such that an upper cylinder jacket-shaped portion of the container wall is not substantially heated by the heater, wherein the upper cylinder jacket-shaped portion preferably has a height which is greater than 10%, more preferably greater than 20% of Container wall height is.
  • the mixing container is not completely filled with mix so that is prevented by the action described that the part of the container wall that is not in contact with the mix is heated directly.
  • the upper cylinder jacket-shaped portion of the container wall can be made of an electrically non-conductive material and / or a material with very low thermal conductivity.
  • an electrically non-conductive, preferably non-metallic insulation element which is preferably attached to the container outside, is present.
  • the insulation element is best glued to the container outside. This insulating element serves to reduce the heat emission of the container to the environment. This saves energy and reduces the expenses for protection against contact.
  • the windings of the coil for the heating device associated with the container bottom may for example be arranged in the vicinity of the outside of the container bottom and run spirally around the axis of rotation of the container. This arrangement ensures a uniform heating of the container bottom.
  • the windings may also be arranged only in a circular segment. Since the container rotates relative to the windings, then the entire container bottom is heated. Although this arrangement leads to a less uniform heating of the container bottom, but it can be easily retrofitted to existing mixing devices.
  • the center angle of the circular segment is preferably less than 180 ° and more preferably less than 90 ° and most preferably less than 45 °.
  • the heater associated with the container wall can be arranged in the vicinity of the container wall and extend substantially concentrically around the container wall, so that substantially the entire container wall, with the exception of the free upper and lower wall portions, can be heated.
  • the windings may also be arranged only in the region of a container wall section.
  • the rotation of the container ensures that the entire wall can be heated. This arrangement can be retrofitted to existing mixing devices more easily.
  • a substantially L-shaped heating element could be provided, in each of which a coil is arranged in the two L-legs.
  • This L-shaped heating element is arranged with a leg parallel to the container wall and with the other leg parallel to the container bottom.
  • At least one temperature sensor is provided for measuring the container bottom temperature, wherein the temperature sensor is preferably an infrared sensor and detects the temperature on the outside of the container bottom.
  • At least one temperature sensor may be provided for measuring the container wall, wherein here too the temperature sensor is preferably an infrared sensor and detects the temperature on the outside of the container wall.
  • the insulation may have recesses, so that with the aid of the infrared sensors, the temperature of the container bottom and / or the container wall can be detected directly.
  • the control is preferably carried out such that the temperature difference between the container bottom on the one hand and the container wall on the other hand is as small as possible.
  • FIG. 1 a first embodiment of the mixer 1 according to the invention is shown.
  • the mixer 1 has a container 2 and a mixing tool 3 arranged in the container 2, which can be driven by means of a motor 4.
  • the mixing tool 3 is arranged asymmetrically in the container 2.
  • the container 2 is arranged within a housing 7 with a housing cover 6. Also visible is a scraper 5, which is attached to the housing cover 6.
  • the container 2 is for example made of metallic material and surrounded by an insulating layer 8.
  • two coils 9 and 10 are arranged, which can be impressed via the leads 11 and 12 of the power supply 13, an AC voltage.
  • corresponding cooling media for heat dissipation of the power loss in the coil can be transported via the same or separately designed supply lines.
  • the transmitted over the supply AC voltage ensures that eddy currents are generated in the container 2, which in turn lead to heating of the container.
  • Both coils 9, 10 are shielded at least to the outside, preferably also towards the edges by means of a ferrite shield 14. This ferrite shield 14 serves to avoid possible eddy current generation and thus heating outside the container.
  • the heating device 9 associated with the container wall does not extend over the entire container height. An upper portion of the container wall, which is generally not charged with mix, is not heated. In the same way, the heating device 9 does not extend to the container corner in order to avoid excessive heating of the container in the corner.
  • the heater 10 for the container bottom is also not executed to the corner.
  • a circular central area of the container, over which the container is generally driven, is not heated.
  • a first temperature sensor 15 is provided on the scraper 5 in order to determine the temperature of the mixed material.
  • infrared temperature sensors are in the range the container wall and arranged in the region of the container bottom.
  • the insulation 8 has corresponding recesses.
  • FIG. 2 a second embodiment of the mixing device according to the invention is shown.
  • This embodiment differs from that in FIG. 1 shown embodiment only in that for heating the container wall two heaters 9 ', 9 "are provided, both of which can be controlled separately from each other via the connections 12', 12" of the power supply 13.
  • two temperature sensors 17 'and 17 are also provided for detecting the container wall temperature at two different positions. ⁇ br/> ⁇ br/> With this arrangement, the heating outputs can be individually adjusted via the height of the wall to the heat output transmitted inside the container.
  • FIG. 3 a third embodiment of the mixer according to the invention is shown. It can be seen here that the mixer can be tilted about a horizontal axis. For emptying the mixer, therefore, the housing cover 6 is first tilted out of the container together with the mixing tool 3 and the stripping device 5. Then the container is tilted together with mix to the side, so that the mix is transferred in a provided for this purpose car 18.
  • the L-shaped heater consists in the case shown only of a coil, so that the wall and the bottom of the mixing container are not individually adjustable.
  • a fixed, non-controllable power distribution between wall and floor can be realized for example via a different number of windings of the coil in wall and floor.
  • the corner areas between wall and floor can be substantially excluded from the direct heating, in which the corner area is recessed by the windings accordingly. This represents a particularly cost-effective embodiment of the invention.
  • FIG. 4 a fourth embodiment of the invention is shown. Unlike in the FIGS. 1 and 2 In this embodiment, the coils extend around the entire container or over the entire bottom surface. This embodiment produces the most uniform heating of the container 2. For most applications, however, the arrangement according to the embodiments 1 and 2 is sufficient, especially since this can be retrofitted in existing mixing devices.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung mit einem Behälter zur Aufnahme von Mischgut, einem im Inneren des Behälters angeordneten Mischwerkzeug und einer Heizvorrichtung zur Erwärmung des Mischgutes.
  • Das Mischen, d.h. die Vereinigung von mindestens zwei Ausgangsstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu einem Stoffgemisch, ist eine grundlegende Operation in der mechanischen Verfahrenstechnik.
  • Mit Hilfe einer Mischvorrichtung soll eine möglichst hohe Homogenität des neuen Stoffs erzielt werden. Um die gewünschte Homogenität zu erzielen, kommen beispielsweise Mischvorrichtungen mit einem rotierenden Mischbehälter zum Einsatz.
  • Bei diesen ist im Inneren des Behälters zumindest ein Mischwerkzeug in der Regel außermittig angeordnet. Dreht sich der Behälter, so wird das im Behälter aufgenommene Mischgut zum Mischwerkzeug hin transportiert und mit Hilfe des Mischwerkzeugs durchmischt. Mit solchen Mischern können Materialien jeder Art und Konsistenz schnell und in hoher Qualität aufbereitet werden.
  • Ein Mischer mit drehendem Behälter mischt erfahrungsgemäß ohne merkliches Entmischen, da während einer Umdrehung des Mischbehälters eine vollständige Materialumwälzung erzielt wird.
  • Da manche Mischprozesse mit einer chemischen Reaktion verbunden sind, welche das Zuführen einer bestimmten Aktivierungsenergie voraussetzen, ist es für manche Anwendungsfälle bereits üblich, das Mischgut während des Mischens zu erwärmen. Dies ist auch notwendig, wenn während des Mischvorganges ein thermischer Flüssigkeitsentzug überlagert stattfinden soll.
  • Um die Erwärmung des Mischguts im Mischer zu ermöglichen, weisen daher einige Mischvorrichtung einen Heizmantel auf, der die Behälterwand umgibt und mit diesem in Kontakt steht. Über den Heizmantel kann dann Wärmeenergie in den Mischbehälter zugeführt werden. Der Heizmantel ist je nach Wärmeübertragungsmedium entweder als Doppelmantel für Heißwasser- oder Thermalölbeheizung oder bei höheren Auslegungsdrücken für Dampfbeheizung als Warzenmantel oder mit aufgeschweißten Halbrohren ausgeführt. Die bekannten Lösungen sind hinsichtlich ihrer maximalen Wandtemperatur durch die maximal zulässige Temperatur des Wärmeträgermediums bzw. bei Dampfbeheizung durch die notwendige Druckfestigkeit des Doppelmantels begrenzt.
  • Weiterhin ist es mit diesen Lösungen nicht möglich, schnelle Aufheizkurven bis hin zu sehr hohen Wandtemperaturen zu verwirklichen, da die Aufheizgeschwindigkeit durch den Wärmeübergangskoeffizienten von der Flüssigkeit oder der Dampfphase an die Behälterwandung sowie die Druckverluste und damit die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums im Heizmantel limitiert ist.
  • Es ist daher vor dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst schnelle Aufheizung des Mischgutes, vorzugsweise auch auf Temperaturen größer als 200°C, erlaubt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Behälter zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise metallischem Material besteht und die Heizvorrichtung mindestens eine mit einem elektrischen Wechselfeld anregbare Spule aufweist, die derart angeordnet ist, daß durch die bei verändertem Stromfluß entstehende Magnetfeldänderung im elektrisch leitfähigen Material des Behälters Wirbelströme erzeugt werden. Diese Wirbelströme sorgen für eine Erwärmung des Behälters. Diese induktive Erwärmung des Behälters ermöglicht eine zielgerichtete und direkte Erhitzung des Behälters und damit des Mischgutes, ohne dass zuvor ein Wärmeübertragungsmedium erhitzt werden muss. Zudem wird die erzielbare Temperaturerhöhung lediglich durch die Leistung der Spule und nicht durch die chemisch-physikalischen Eigenschaften des Wärmeübertragungsmediums begrenzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Inneren des Behälters in der Nähe der Behälterwand und/oder dem Behälterboden mindestens eine Abstreifvorrichtung vorgesehen, die relativ zur Behälterwand bewegbar ist. Im einfachsten Fall ist die Abstreifvorrichtung statisch, so dass die notwendige Relativbewegung nur durch das Drehen des Behälters erzeugt wird.
  • Die Abstreifvorrichtung sorgt für eine kontinuierliche Vertikalkomponente des Mischgutstroms und verhindert Anhaftungen bzw. Anbackungen an Behälterwand und/oder -boden. Zudem wird bei einer konzentrischen Entleeröffnung im Mischbehälterboden der Entleervorgang am Ende der Mischzeit beschleunigt.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Abstreifvorrichtung einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Mischgutes auf. Die Abstreifvorrichtung hat sich als besonders geeignet erwiesen, einen Temperatursensor aufzunehmen, um die Temperatur des Mischgutes zu erfassen, da die Abstreifvorrichtung in direktem Kontakt mit dem Mischgut steht. Alternativ kann die Mischguttemperaturbestimmung auch über einen getrennt von der Abstreifvorrichtung in den Mischraum eingebrachten produktberührenden oder berührungslosen Temperatursensor erfolgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß mindestens zwei getrennt regelbare Heizvorrichtungen vorhanden sind, wobei vorzugsweise beide Heizvorrichtungen jeweils mindestens eine mit einem elektrischen Wechselfeld anregbare Spule aufweisen, die derart angeordnet ist, daß durch die über den veränderten Stromfluß entstehende Magnetfeldänderung im elektrisch leitfähigen Material des Behälters Wirbelströme erzeugt werden.
  • Um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Mischgutes sicherzustellen bzw. um die Heizleistung entsprechend den Wärmeströmen in das Mischgut anzupassen, kann es für manche Anwendungsfälle von Vorteil sein, wenn mehrere getrennt regelbare Heizvorrichtungen vorgesehen sind, beispielsweise kann eine oder mehrere der Heizvorrichtungen für die Erwärmung des Behälterbodens und eine oder mehrere weitere Heizvorrichtung für die Erwärmung der Behälterwand ausgelegt sein. Zusätzlich könnten auch Heizvorrichtung zur Erwärmung des Mischwerkzeuges und/oder der Abstreifvorrichtung vorgesehen sein.
  • Dabei kann die Leistung der zur Erwärmung der Behälterwand ausgelegten Heizvorrichtung gleich groß aber auch größer oder kleiner sein wie die Leistung der zur Erwärmung des Behälterbodens ausgelegten Heizvorrichtung. Die Leistungsverteilung zwischen Wand und Boden entspricht dabei vorzugsweise in etwa dem Flächenverhältnis zwischen der direkt zu erwärmende bevorzugt zylindrischen Wandfläche und der direkt zu erwärmenden Fläche, bevorzugt Kreisringfläche bzw. Kreisfläche des Behälterbodens. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Leistungsverteilung an die effektiv wirksame Wärmeübertragungsfläche an das Mischgut im Inneren des Behälters angelehnt. In einem vertikalen angeordneten drehenden Mischbehälter ist die Bodenfläche üblicherweise fast vollständig mit Material bedeckt. Der Wärmestrom findet somit über die gesamte beheizte Bodenfläche statt. In einem gegenüber der horizontalen geneigten Mischbehälter mit einer stationären Abstreifvorrichtung können je nach Anordnung der Abstreifvorrichtung bis zu ca. 10-20% der Bodenfläche nicht direkt mit Produkt beaufschlagt sein. In den nicht direkt mit Produkt beaufschlagten Flächen liegt somit ein deutlich geringerer Wärmestrom, der aus dem Wärmeverlust durch Strahlung und Konvektion an dieser Stelle resultiert, vor. Vergleichbares gilt für die Wandflächen, wobei zusätzlich die Materialfüllung im ruhenden, relativ zur Behälterwandung unbewegten Zustand nur einen Teil der beheizen Wandfläche direkt berührt, während der sich darüber befindliche Teil der beheizten Wandfläche mit dem vom Mischerzeug an die Wand geworfenen Mischgut in Kontakt steht und zur Wärmeübertragung genutzt wird. Beispielsweise ist bei einem Flächenverhältnis zwischen Wand und Boden von 3:1 eine Heizleistungsverteilung von mindestens 1:1, vorzugsweise mindestens 1,5:1 und ganz besonders bevorzugt von mindestens 2:1 vorteilhaft.
  • Mit Vorteil ist der Behälter rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist, daß die Heizvorrichtung zur Erwärmung des Behälterbodens derart angeordnet ist, daß ein äußerer kreisringförmiger Abschnitt des Behälterbodens durch die Heizvorrichtung nicht wesentlich erwärmt wird, wobei der kreisringförmige Abschnitt vorzugsweise eine Breite hat, die größer als 5% und besonders bevorzugt größer als 10% des Behälterdurchmessers ist.
  • Mit anderen Worten ist die anregbare Spule parallel zum Behälterboden angeordnet, nicht jedoch gegenüber dem beschriebenen kreisringförmigen Abschnitt. Dadurch wird sichergestellt, daß es im Bereich der Behälterecke zu keiner Überhitzung des Behälters kommt, wenn gleichzeitig die Behälterwandung mit einer zweiten Heizvorrichtung erwärmt wird und sich die Feldlinien der beiden Spulen in der Ecke des Behälters konzentrieren..
  • Alternativ oder in Kombination dazu kann die Heizvorrichtung zur Erwärmung des Behälterbodens derart angeordnet sein, daß ein innerer kreisförmiger Abschnitt des Behälterbodens durch die Heizvorrichtung nicht wesentlich erwärmt wird, wobei der kreisförmige Abschnitt vorzugsweise einen Durchmesser hat, der größer als 30%, besonders bevorzugt größer als 50% des Behälterdurchmessers ist.
  • Mit anderen Worten ist die anregbare Spule in einer Ebene im wesentlichen parallel zum Behälterboden angeordnet, wobei jedoch ein innerer kreisförmiger Abschnitt und ein äußerer kreisringförmiger Abschnitt keine Spulenwicklungen aufweist, um sicherzustellen, daß weder Behälterecke noch das Zentrum des Behälterbodens direkt erhitzt werden. Im allgemeinen befindet sich im Zentrum des Behälterbodens ein entsprechender Antrieb für den Behälter. Da der Antrieb bzw. darin verwendete Schmierfette häufig hitzeempfindlich sind, wird dieser Bereich bei der Dimensionierung der Heizvorrichtung für den Behälterboden ausgenommen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Antriebsbereich zusätzlich gegenüber dem elektromagnetischen Wechselfeld der Spule abgeschirmt.
  • In einer alternativen Ausführungsform könnte alternativ oder in Kombination ein Behälterverschluß induktiv erwärmt werden. In ähnlicher Weise kann die Heizvorrichtung zur Erwärmung der Behälterwand derart angeordnet sein, daß ein unterer zylindermantelförmiger Abschnitt der Behälterwand nicht wesentlich durch die Heizvorrichtung erwärmt wird, wobei der untere zylindermantelförmige Abschnitt vorzugsweise eine Höhe hat, die größer als 5%, besonders bevorzugt größer als 10% der Behälterwandhöhe ist. Durch diese Anordnung wird die übermäßige Erhitzung der Behälterecke durch Feldüberlagerung bei gleichzeitiger Anordnung einer Heizvorrichtung am Behälterboden vermieden.
  • Weiterhin kann die Heizvorrichtung zur Erwärmung der Behälterwand derart angeordnet sein, daß ein oberer zylindermantelförmiger Abschnitt der Behälterwand nicht wesentlich durch die Heizvorrichtung erwärmt wird, wobei der obere zylindermantelförmige Abschnitt vorzugsweise eine Höhe hat, die größer als 10%, besonders bevorzugt größer als 20% der Behälterwandhöhe ist. Häufig wird der Mischbehälter nämlich nicht vollständig mit Mischgut gefüllt, so daß durch die beschriebene Maßnahme verhindert wird, daß der Teil der Behälterwand, der nicht mit dem Mischgut in Kontakt steht, direkt erwärmt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der obere zylindermantelförmige Abschnitt der Behälterwandung aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material und/oder einem Werkstoff mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit ausgeführt sein.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß zwischen Behälteraußenseite einerseits und anregbarer Spule der mindestens einen Heizvorrichtung andererseits ein elektrisch nicht leitendes, bevorzugt nicht-metallisches Isolationselement, das vorzugsweise an der Behälteraußenseite befestigt ist, vorhanden ist. Dabei wird das Isolationselement am besten auf die Behälteraußenseite aufgeklebt. Dieses Isolationselement dient dazu, die Wärmeabgabe des Behälters an die Umgebung zu verringern. Dies spart Energie und verringert die Aufwendungen für den Berührungsschutz.
  • Die Wicklungen der Spule für die dem Behälterboden zugeordneten Heizvorrichtung können beispielsweise in der Nähe der Außenseite des Behälterbodens angeordnet sein und spiralförmig um die Drehachse des Behälters verlaufen. Diese Anordnung stellt eine gleichmäßige Erwärmung des Behälterbodens sicher. Alternativ dazu können die Wicklungen auch lediglich in einem Kreissegment angeordnet sein. Da sich der Behälter relativ zu den Wicklungen dreht, wird auch dann der gesamte Behälterboden erwärmt. Zwar führt diese Anordnung zu einer weniger gleichmäßigen Erwärmung des Behälterbodens, sie kann aber auf einfache Weise an bestehenden Mischvorrichtungen nachgerüstet werden. Dabei ist der Mittelpunktswinkel des Kreissegmentes vorzugsweise kleiner als 180° und besonders bevorzugt kleiner als 90° und am besten kleiner als 45°.
  • Ebenso können die Wicklungen der Spule die der Behälterwand zugeordneten Heizvorrichtung in der Nähe der Behälterwand angeordnet sein und im wesentlichen konzentrisch um die Behälterwand herum verlaufen, so dass im wesentlichen die gesamte Behälterwand- mit Ausnahme der freien oberen und unteren Wandabschnitte, erhitzt werden können.
  • Auch hier können alternativ die Wicklungen auch lediglich im Bereich eines Behälterwandabschnitts angeordnet sein. Durch die Drehung des Behälters ist sichergestellt, dass die gesamte Wand erwärmt werden kann. Diese Anordnung kann leichter bei bestehenden Mischvorrichtungen nachgerüstet werden.
  • Neben der Möglichkeit allein die Wand oder allein den Boden des Mischbehälters mit einem Heizelement zu versehen, könnte beispielsweise ein im wesentlichen L-förmiges Heizelement vorgesehen sein, in dessen beiden L-Schenkeln jeweils eine Spule angeordnet ist. Dieses L-förmige Heizelement wird mit einem Schenkel parallel zur Behälterwand und mit dem anderen Schenkel parallel zum Behälterboden angeordnet.
  • Für manche Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn mindestens ein Temperatursensor zur Messung der Behälterbodentemperatur vorgesehen ist, wobei der Temperatursensor vorzugsweise ein Infrarotsensor ist und die Temperatur auf der Aussenseite des Behälterbodens erfasst.
  • Weiterhin kann mindestens ein Temperatursensor zur Messung der Behälterwand vorgesehen sein, wobei auch hier der Temperatursensor vorzugsweise ein Infrarotsensor ist und die Temperatur auf der Aussenseite der Behälterwandung erfasst. Im Falle der Verwendung von Infrarotsensoren kann die eventuell vorhandene Isolation Ausnehmungen aufweisen, so dass mit Hilfe der Infrarotsensoren die Temperatur des Behälterbodens und/oder der Behälterwand direkt erfasst werden kann.
  • Grundsätzlich ist es möglich, mit Hilfe der Heizvorrichtung für den Behälterboden die Temperatur des Behälterbodens unter Zuhilfenahme des entsprechenden Temperatursensors sehr genau einzustellen. In gleicher Weise kann auch die Temperatur der Behälterwand entsprechend geregelt werden. Um Verformungen des Behälters aufgrund der thermischen Ausdehnung zu minimieren, erfolgt die Regelung vorzugsweise derart, daß die Temperaturdifferenz zwischen Behälterboden einerseits und Behälterwand andererseits möglichst klein ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die anregbare Spule nach außen hin zumindest teilweise abgeschirmt. Diese Abschirmung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Ferritabschirmung. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der zugehörigen Figuren. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erste Ausführungsform der Erfindung,
    Figur 2
    eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
    Figur 3
    eine dritte Ausführungsform der Erfindung und
    Figur 4
    eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
  • In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers 1 gezeigt. Der Mischer 1 weist einen Behälter 2 und ein im Behälter 2 angeordnetes Mischwerkzeug 3 auf, welches mit Hilfe eines Motors 4 angetrieben werden kann. Das Mischwerkzeug 3 ist im Behälter 2 asymmetrisch angeordnet.
  • Der Behälter 2 ist innerhalb eines Gehäuses 7 mit einem Gehäusedeckel 6 angeordnet. Ebenfalls zu erkennen ist ein Abstreifer 5, der an dem Gehäusedeckel 6 befestigt ist.
  • Der Behälter 2 ist beispielsweise aus metallischem Material und von einer Dämmschicht 8 umgeben. Im Gehäuse 7 und im wesentlichen parallel zum Behälterboden und zur Behälterwand sind zwei Spulen 9 und 10 angeordnet, denen über die Zuleitungen 11 und 12 von der Stromversorgung 13 eine Wechselspannung aufgeprägt werden kann. Über die gleichen oder auch getrennt ausgeführte Zuleitungen können zudem entsprechende Kühlmedien zur Wärmeabfuhr der Verlustleistung in der Spule transportiert werden. Die über die Zuleitung übertragene Wechselspannung sorgt dafür, daß im Behälter 2 Wirbelströme erzeugt werden, die wiederum zu einer Erwärmung des Behälters führen. Beide Spulen 9, 10 sind mindestens nach außen, bevorzugt auch zu den Rändern hin mittels einer Ferritabschirmung 14 abgeschirmt. Diese Ferritabschirmung 14 dient dazu, mögliche Wirbelstromerzeugung und somit eine Erwärmung außerhalb des Behälters zu vermeiden.
  • Die der Behälterwand zugeordnete Heizvorrichtung 9 erstreckt sich nicht über die gesamte Behälterhöhe. Ein oberer Bereich der Behälterwand, der im allgemeinen nicht mit Mischgut beaufschlagt ist, wird nicht erwärmt. In gleicher Weise erstreckt sich die Heizvorrichtung 9 auch nicht bis zur Behälterecke, um eine zu starke Erhitzung des Behälters in der Ecke zu vermeiden.
  • Die Heizvorrichtung 10 für den Behälterboden ist ebenfalls nicht bis zur Ecke ausgeführt. Zudem wird ein kreisförmiger Zentralbereich des Behälters, über den der Behälter im allgemeinen angetrieben wird, nicht erhitzt. Ein erster Temperatursensor 15 ist am Abstreifer 5 vorgesehen, um die Temperatur des Mischgutes zu bestimmen. Weiterhin sind Infrarottemperatursensoren im Bereich der Behälterwand und im Bereich des Behälterbodens angeordnet. Um eine exakte Temperaturbestimmung zu ermöglichen, weist die Isolation 8 entsprechende Ausnehmungen auf.
  • In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung gezeigt.
  • Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, daß zur Erhitzung der Behälterwand zwei Heizvorrichtungen 9', 9" vorgesehen sind, die beide getrennt voneinander über die Verbindungen 12', 12" von der Energievorsorgung 13 angesteuert werden können.
  • Dementsprechend sind auch zwei Temperatursensoren 17' und 17" zur Erfassung der Behälterwandtemperatur an zwei unterschiedlichen Positionen vorgesehen. Mit dieser Anordnung lassen sich die Heizleistungen über die Höhe der Wandung individuell der im Behälterinneren übertragenen Wärmeleistung anpassen.
  • In Figur 3 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers dargestellt. Man erkennt hier, daß der Mischer um eine horizontale Achse gekippt werden kann. Zum Entleeren des Mischers wird daher zunächst der Gehäusedeckel 6 zusammen mit dem Mischwerkzeug 3 und der Abstreifvorrichtung 5 aus dem Behälter gekippt. Dann wird der Behälter samt Mischgut zur Seite gekippt, so daß das Mischgut in einem für diese Zwecke bereitgestellten Wagen 18 übergeben wird. Die L-förmig ausgebildete Heizvorrichtung besteht im dargestellten Fall nur aus einer Spule, so dass die Wand und der Boden des Mischbehälters nicht individuell regelbar sind. Eine feste, nicht regelbare Leistungsverteilung zwischen Wand- und Boden kann beispielsweise über eine unterschiedliche Anzahl von Wicklungen der Spule in Wand und Boden realisiert werden. Auch können die Eckbereiche zwischen Wand und Boden von der direkten Erwärmung im wesentlichen ausgenommen werden, in dem der Eckbereich von den Wicklungen entsprechend ausgespart wird. Dies stellt eine besonders kostengünstige Ausführungsform der Erfindung dar.
  • In Figur 4 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Im Unterschied zu der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich hier die Spulen um den ganzen Behälter herum bzw. über die gesamte Bodenfläche. Diese Ausführungsform erzeugt die gleichmäßigste Erwärmung des Behälters 2. Für die meisten Anwendungszwecke ist jedoch die Anordnung gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 ausreichend, zumal diese bei bestehenden Mischvorrichtungen nachrüstbar ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mischer
    2
    Behälter
    3
    Mischwerkzeug
    4
    Motor
    5
    Abstreifer
    6
    Gehäusedeckel
    7
    Gehäuse
    8
    Dämmschicht
    9, 9', 9"
    Spule/Heizvorrichtung
    10
    Spule/Heizvorrichtung
    11
    Zuleitung
    12, 12', 12"
    Zuleitung
    13
    Stromversorgung
    14
    Ferritabschirmung
    15
    Temperatursensor
    16
    Infrarotsensor
    17, 17', 17"
    Infrarotsensor
    18
    Wagen

Claims (15)

  1. Mischvorrichtung (1) mit einem vorzugsweise rotierenden Behälter (2) zur Aufnahme von Mischgut, zumindest einem im Inneren des Behälters (2) angeordneten Mischwerkzeug (3) und einer Heizvorrichtung (9, 10) zur Erwärmung des Mischgutes, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und die Heizvorrichtung (9, 10) mindestens eine mit einem elektrischen Wechselfeld anregbare Spule (9, 10) aufweist, die derart angeordnet ist, daß durch die bei verändertem Stromfluß entstehende Magnetfeldänderung im elektrisch leitfähigen Material des Behälters (2) Wirbelströme erzeugt werden.
  2. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Behälters (2) in der Nähe der Behälterwand und/oder dem Behälterboden mindestens eine, relativ zur Behälterwand bewegbare, vorzugsweise statische Abstreifvorrichtung (5) vorgesehen ist.
  3. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Behälters (2) ein Temperatursensor (15) zur Ermittlung der Mischguttemperatur vorgesehen ist, wobei der Temperatursensor (15) vorzugsweise an oder in der Abstreifvorrichtung (5) angeordnet ist.
  4. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei getrennt regelbare Heizvorrichtungen (9, 10) vorgesehen sind, wobei vorzugsweise beide Heizvorrichtungen (9, 10) jeweils mindestens eine mit einem elektrischen Wechselfeld anregbare Spule (9, 10) aufweisen, die derart angeordnet sind, daß durch die bei verändertem Stromfluß entstehende Magnetfeldänderung, im elektrisch leitfähigen Material des Behälters (2) Wirbelströme erzeugt werden, wobei besonders bevorzugt mindestens eine der Heizvorrichtungen (10) für die Erwärmung des Behälterbodens und mindestens eine weitere Heizvorrichtung (9) für die Erwärmung der Behälterwand ausgelegt ist.
  5. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Leistung der zur Erwärmung der Behälterwand ausgelegten Heizvorrichtung (9) zur Leistung der zur Erwärmung des Behälterbodens ausgelegten Heizvorrichtung (10) in etwa dem Flächenverhältnis aus beheizter Wandfläche und beheizter Bodenfläche entspricht und/oder der Behälter (2) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Heizvorrichtung (10) zur Erwärmung des Behälterbodens derart angeordnet ist, daß ein äußerer kreisringförmiger Abschnitt des Behälterbodens nicht wesentlich durch die Heizvorrichtung (10) erwärmt wird, wobei der kreisringförmige Abschnitt vorzugsweise eine Breite hat, die größer als 5% des Behälterdurchmessers ist.
  6. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Heizvorrichtung (10) zur Erwärmung des Behälterbodens derart angeordnet ist, daß ein innerer kreisförmiger Abschnitt des Behälterbodens nicht wesentlich durch die Heizvorrichtung (10) erwärmt wird, wobei der kreisförmige Abschnitt vorzugsweise einen Durchmesser hat, der größer als 30%, besonders bevorzugt größer als 50% des Behälterdurchmessers ist.
  7. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Heizvorrichtung (9) zur Erwärmung der Behälterwand derart angeordnet ist, daß ein unterer zylindermantelförmiger Abschnitt der Behälterwand nicht wesentlich durch die Heizvorrichtung (9) erwärmt wird, wobei der untere zylindermantelförmige Abschnitt vorzugsweise eine Höhe hat, die größer als 5% besonders bevorzugt größer als 10% der Behälterwandhöhe ist.
  8. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Heizvorrichtung (9) zur Erwärmung der Behälterwand derart angeordnet ist, daß ein oberer zylindermantelförmiger Abschnitt der Behälterwand nicht wesentlich durch die Heizvorrichtung (9) erwärmt wird, wobei der obere zylindermantelförmige Abschnitt vorzugsweise eine Höhe hat, die größer als 10% besonders bevorzugt größer als 20% der Behälterwandhöhe ist.
  9. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere zylindermantelförmige Abschnitt der Behälterwandung aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material und/oder einem Werkstoff mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist und/oder zwischen Behälteraußenseite einerseits und anregbarer Spule der mindestens einen Heizvorrichtung (9, 10) ein nicht-metallisches Isolationselement vorgesehen ist, das vorzugsweise an der Behälteraußenseite befestigt ist, und zwar am besten über eine nicht lösbare Verbindung.
  10. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine anregbare Spule in der Nähe der Außenseite des Behälterbodens angeordnet ist und eine Mehrzahl von Wicklungen aufweist, welche die Drehachse des Behälters (2) im wesentlichen spiralförmig umlaufen.
  11. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine anregbare Spule in der Nähe der Außenseite der Behälterwand angeordnet ist und eine Mehrzahl von Wicklungen aufweist, welche die Behälterwand im wesentlichen vollständig umlaufen.
  12. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (16) zur Messung der Behälterbodentemperatur vorgesehen ist, wobei der Temperatursensor (16) vorzugsweise ein Infrarotsensor ist.
  13. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (17) zur Messung der Behälterwand vorgesehen ist, wobei der Temperatursensor (17) vorzugsweise ein Infrarotsensor ist.
  14. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen L-förmiges Heizelement vorgesehen ist, mit einem Schenkel, der vorzugsweise im wesentlichen zylinderabschnittsförmig ausgebildet ist, wobei das L-förmige Heizelement weniger als 180°, besonders bevorzugt weniger als 90° und am besten weniger als 45° der Behälterwand abdeckt.
  15. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die anregbare Spule nach außen hin zumindest teilweise abgeschirmt ist, vorzugsweise mit Hilfe einer Ferritabschirmung (14).
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