EP3883678B1

EP3883678B1 - Mischwerkzeug für eine industrielle mischmaschine, mischwerkzeugsatz mit derartigen mischwerkzeugen sowie mischmaschine mit einem solchen mischwerkzeugsatz

Info

Publication number: EP3883678B1
Application number: EP20702594.1A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Rüberg; Matthias Tölle
Original assignee: Dr Herfeld GmbH and Co KG
Current assignee: Dr Herfeld GmbH and Co KG
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2040-01-24
Also published as: EP3883678C0; EP3883678A1; ES2951940T3; DE202019100576U1; EP3883678B8; WO2020156946A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischwerkzeug für eine industrielle Mischmaschine zum Mischen eines typischerweise aus mehreren Komponenten bestehenden Mischgutes mit einer Nabe mit Mitteln zum Anschließen des Mischwerkzeuges an eine rotatorisch angetriebene Mischwerkzeugwelle und mit zumindest zwei gleichartigen Mischwerkzeugflügeln. Beschrieben sind des Weiteren ein Mischwerkzeugsatz, der zwei derartige Mischwerkzeuge aufweist sowie eine Mischvorrichtung mit einem solchen Mischwerkzeugsatz.
Industrielle Mischmaschinen werden zum Mischen von Schüttgut, typischerweise pulverförmigem Schüttgut, eingesetzt, wie dieses etwa zum Erstellen von Kunststoffgranulatgemischen oder auch in der Farbindustrie benötigt wird. Derartige Mischmaschinen verfügen über einen gegenüber einem Gestell schwenkbaren Mischkopf, der gleichzeitig zum Verschließen eines das Mischgut enthaltenden Mischcontainers dient, der zum Zwecke des Mischens eines darin befindlichen Mischgutes an den Mischkopf angeschlossen wird. Aufgrund des Umstandes, dass bei diesen Mischmaschinen ein das Mischgut enthaltender Mischcontainer an den Mischkopf angeschlossen wird, werden diese auch als Containermischer angesprochen. Den Boden des Mischkopfes einer solchen Mischmaschine durchgreift eine Werkzeugwelle, die rotatorisch angetrieben bzw. antreibbar ist. Auf der Werkzeugwelle sitzt ein Mischwerkzeug, durch das während des Mischprozesses die in dem Mischbehältnis enthaltene Mischpartikel miteinander vermengt werden. Ein solches Mischwerkzeug verfügt über zwei bezüglich einer Werkzeugnabe einander diametral gegenüberliegende Mischwerkzeugflügel. Diese befinden sich in der quer zur Drehachse verlaufenden Ebene, mithin in der Ebene der Nabe des Mischwerkzeuges. Ist ein solches Mischwerkzeug, wenn von Mischgut bedeckt, rotatorisch angetrieben, wird das Mischgut in eine Drehbewegung mit einer in radialer Richtung nach außen gerichteten Bewegungskomponente versetzt. Diese ist verantwortlich dafür, dass sich innerhalb des Mischbehältnisses ein Mischtrombus ausbildet. Das in radialer Richtung nach außen bewegte Material wird über die Wände des Mischbehältnisses in Richtung von dem Mischwerkzeug wegbewegt und fällt, da gegen die Schwerkraft bewegt, im Inneren des Mischbehälters wieder in Richtung zu dem Mischwerkzeug zurück.
Bei dem Mischen von Mischgut in industriellen Mischern spielt die Mischdauer, mithin die Dauer, die für einen Mischprozess benötigt wird, damit das Mischgut den gewünschten Vermischungsgrad erreicht hat, eine entscheidende Rolle. In Abhängigkeit von dem zu mischenden Mischgut muss darauf geachtet werden, dass, um Anbackungen oder ein Verkleben von Mischgutpartikeln untereinander zu vermeiden, der Energieeintrag in das Mischgut nur gering sein darf. Ist das Mischgut temperaturempfindlich, d.h.: das Mischgut neigt bereits bei relativ tiefen Temperaturen zu Anbackungen und zu Verklumpen, werden Kühlmischer eingesetzt, um den durch das Mischen quasi unvermeidbaren Temperaturanstieg zu kontrollieren. In anderen Fällen ist ein gewisser Energieeintrag in das Mischgut gewünscht, um dieses auf eine bestimmte Temperatur zu bringen. Dann werden Heizmischer eingesetzt, bei denen das Mischbehältnis beheizt ist. Zwar ist durch das Mischwerkzeug und den Mischprozess bei der Ausbildung eines Mischtrombus auch aufgrund von Wandreibung ein gewisser Energieeintrag möglich. Dieser reicht jedoch nicht aus, damit insbesondere in kurzer Zeit die benötigten Temperaturen, Temperaturen beispielsweise von 90 bis 110 °C erreicht werden. Daher werden in solchen Fällen Heizmischer eingesetzt. Derartige Heizmischer - gleiches gilt für Kühlmischer - sind jedoch aufwendig in ihrer Konstruktion und im Betrieb. Diese können nicht als Containermischer betrieben werden. Ein Mischen in einem Heizmischer macht es daher erforderlich, dass das in einem Container, typischerweise einem üblichen Mischcontainer, befindliche Mischgut in den Heizmischer eingefüllt und nach Abschluss des Mischprozesses aus diesem wieder entnommen wird. Nicht nur das Befüllen und Entleeren erfordert zusätzliche Maßnahmen, sondern auch das Reinigen desselben bei einem Chargenwechsel.
US 4 278 133 offenbart ein Mischwerkzeug entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses Werkzeug ist ein Aufsatz für einen Rasenkultivator. Auf einer Achse sitzen mehrere Kultivatorschneiden. Alternativ kann auf das Arbeitsgerät eine Schneefräse angeschlossen werden.
DE 112 759 offenbart eine Mischmaschine mit gewellten Mischflügeln. Bei dieser Mischmaschine handelt es sich um eine solche mit langsam drehenden Mischwerkzeugen.
Grundsätzlich ist ein Wärmeeintrag in das Mischgut auch bei Containermischern möglich. Eingesetzt werden hierzu Mischwerkzeugsätze, mit typischerweise drei Mischwerkzeugen, von denen eines ein bodenräumendes Mischwerkzeug ist. Die beiden oberhalb des bodenräumenden Werkzeuges sitzenden Mischwerkzeuge weisen einander gegenüberliegende Mischwerkzeugflügel auf. Die Mischwerkzeugflügel befinden sich mit der Nabe in einer gemeinsamen Ebene. Der Energieeintrag wird über die Drehzahl, mit der die Mischwerkzeuge eines solchen Mischwerkzeugsatzes angetrieben werden, gesteuert. Mitunter wird jedoch die Zeit, die zum Einbringen der gewünschten Wärme in das Mischgut benötigt wird, als zu lang angesehen. Mithin kann mit derartigen Mischern der Forderung nach kürzeren Taktzeiten nicht Genüge getan werden. Bestimmt wird der Mischvorgang bei derartigen Mischern durch die Dauer des notwendigen Energieeintrages bestimmt und nicht durch die für eine Vermischung der Mischgutpartikel erforderliche Zeit.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, diesbezüglich Abhilfe zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Mischwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieses Mischwerkzeug ist zum Mischen von Mischgut ausgelegt, insbesondere von solchem Mischgut, welches unter gegenüber Umgebungstemperatur erhöhten Temperaturen intensiv gemischt werden soll. Bezüglich seiner Mischwerkzeugflügel ist dieses Mischwerkzeug ausgelegt, Energie in das Mischgut einzubringen und damit bei dem Prozess des Mischens für einen Temperaturanstieg zu sorgen. Die Energie wird in das Mischgut in prinzipiell zwei Höhenbereichen in das Mischgut eingebracht, welche Höhenbereiche in Richtung der Erstreckung der Drehachse voneinander beabstandet sind. Erreicht wird dieses durch Vorsehen von jeweils einem Verbindungsabschnitt in jedem Mischwerkzeugflügel, der die Nabe des Mischwerkzeuges mit einem Mischflügelabschnitt verbindet und die beiden Verbindungsabschnitte in entgegengesetzte Richtungen in Längserstreckung der Drehachse abgewinkelt sind. Dadurch befindet sich der eine Mischflügelabschnitt in einer anderen Position in Bezug auf die Längsachse des Mischwerkzeuges als der andere Mischwerkzeugflügel. Diese Beabstandung der Mischwerkzeugflügel führt zu den zwei vorstehend angesprochenen Höhenbereichen innerhalb des Mischgutes. Bei diesem Mischwerkzeug wird die eigentliche Mischarbeit wird von den Mischflügelabschnitten vorgenommen, auch wenn dem Verbindungsabschnitt je nach Auslegung zusätzlich eine Misch- und/oder Energieeintragsfunktionalität zukommen kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Verbindungsabschnitt in Rotationsrichtung nicht angestellt. Die Mischflügelabschnitte erstrecken sich von dem Verbindungsabschnitt in radialer Richtung nach au-ßen, wobei diese eine sichelartige Krümmung in radialer Richtung aufweisen können. Die Mischflügelabschnitte selbst können eben ausgeführt sein. Denkbar ist auch eine gekrümmte Ausgestaltung. Die Mischflügelabschnitte sind winklig an den jeweiligen Verbindungsabschnitt angeformt. Die Mischflügelabschnitte sind gegensinnig gegenüber den Verbindungsabschnitten geneigt. Bemerkenswert bei diesem Mischwerkzeug ist die Anstellung der Mischflügelabschnitte in Bezug auf die Ebene der Nabe. Angestellt sind die Mischflügelabschnitte gegenüber der Ebene der Nabe, bei welcher Ebene es sich um die zur Drehachse querverlaufende Ebene handelt, in zwei Richtungen dieser Ebene, und zwar in Rotationsrichtung und in radialer Richtung zur Drehachse hin. Somit nehmen die Mischflügelabschnitte eine in Rotationsrichtung sowie in radialer Richtung geneigte Raumlage ein. Der Anstellungswinkel der Mischflügelabschnitte kann in beide Richtungen unterschiedlich oder auch gleich sein. Ein typischer Anstellungswinkel kann mit 10 bis 15 Grad angegeben werden. Den Anstellungswinkel wird man in Abhängigkeit von dem zu mischenden Material und der vorgesehenen Rotationsgeschwindigkeit wählen, da in Abhängigkeit von dem Anstellungswinkel mehr oder weniger Energie bei einer Rotation des Mischwerkzeuges in das Mischgut eingebracht wird. Bei einem rotierenden Antrieb eines solchen Mischwerkzeuges wird durch die Anstellung der Mischflügelabschnitte ein der Neigung entsprechendes Moment in die Mischgutpartikel eingebracht, wobei das Bewegungsmoment einen der Neigung entsprechenden vektoriellen Anteil in axialer Richtung von dem Mischwerkzeug weg hat. Auf Grund der Anstellung der Mischflügelabschnitte auch gegenüber der radialen Erstreckung der Ebene der Nabe wird das Mischgut zwar in axialer Richtung von dem Mischwerkzeug weg, jedoch auch mit einem in Richtung zur Drehachse hin oder in Richtung von der Drehachse weg gerichteten Bewegungsmoment beaufschlagt. Dieses begründet den besonderen Energieeintrag, der mit einem solchen Mischwerkzeug möglich ist. Kontrollieren lässt sich der Energieeintrag über die Drehgeschwindigkeit des Mischwerkzeuges, womit somit auch der Temperatureintrag in das Mischgut gesteuert werden kann.
Die Anstellung der Mischflügelabschnitte in zwei Richtungen der Nabenebene bewirkt, dass die Wurfrichtung des Mischgutes von den Mischflügelabschnitten nicht parallel zur Drehachse, sondern in dem Maße der diesbezüglichen Winkelanstellung zur Drehachse hin oder von dieser weg gerichtet ist. Ist der Drehmoment ausgelegt, das Mischgut zur Drehachse hin zu bewegen, wird der in dem Mischbehältnis durch das Mischwerkzeug erzeugte Mischgutstrom von den Wänden des Mischbehältnisses weggehalten, sodass Wandanbackungen von Mischgut wirksam vermieden werden. Durch ein solches Mischwerkzeug wird das Mischgut von der Mischbehälterwand weggefördert. Eine solche Anstellung der Mischflügelabschnitte macht es daher möglich, dass ein und dasselbe Mischwerkzeug für im Durchmesser unterschiedliche Mischbehältnisse eingesetzt werden kann. Bei vorbekannten Mischmaschinen war der Durchmesser des Mischwerkzeuges auf den Durchmesser des Mischbehältnisses abgestimmt, was notwendig war, da zur Erzeugung des Mischgutstromes die Seitenwände des Mischbehältnisses zum Führen des Mischgutes erforderlich waren. Eine solche Anpassung ist bei einer Mischmaschine mit dem erfindungsgemä-ßen Mischwerkzeug grundsätzlich nicht erforderlich, da für die Ausbildung eines Mischtrombus das Mischwerkzeug maßgeblich verantwortlich ist, während die Seitenwände des Mischbehältnisses nur ein zu großes Verteilen des geförderten Mischgutes verhindern. Somit kann mit einem solchen Mischwerkzeug auch eine Mischmaschine ausgerüstet sein, an deren Mischkopf Mischcontainer mit einem unterschiedlichen Durchmesser ihres Anschlussflansches angeschlossen werden können.
Dieses Mischwerkzeug kann in den Mischkopf eines herkömmlichen, an sich bekannten Containermischers eingesetzt werden, mit dem sodann auch solches Mischgut gemischt werden kann, welches herkömmlich nur in Heizmischern oder in herkömmlichen Containermischern nur mit einer entsprechend langen Prozessdauer des Mischens gemischt werden konnte. Damit ist nicht nur die Handhabung vereinfacht, sondern auch die Prozessdauer gegenüber herkömmlichen Mischverfahren mit Heizmischern verkürzt. Dies liegt nicht nur daran, dass ein Einfüllen und Entleeren des Heizmischers entfällt. Vielmehr ist der Wärmeeintrag mit einem solchen Mischwerkzeug intensiver, da die induzierte Drehbewegung, durch die das gesamte Mischgut erfasst wird, den Energie- und damit den Wärmeeintrag verursacht und nicht zugewartet werden muss, bis das Mischgut bei Verwendung eines Heizmischers durch Wärmeleitung im Falle eines Wandkontaktes oder Wärmestrahlung bei fehlendem Wandkontakt hinreichend erwärmt ist. Erwärmt werden bei einem Heizmischer nur die im wandnahen Bereich transportierten Mischgutpartikel, was erklärt, dass es einige Zeit dauert, bis das gesamte Mischgut die gewünschte Mischtemperatur erreicht hat.
Typischerweise verfügt ein solches Mischwerkzeug über zwei, einander zur Drehachse der Nabe gegenüberliegende Mischwerkzeugflügel. Ein solches Mischwerkzeug kann durchaus auch mehrere, beispielsweise drei oder vier Mischwerkzeugflügel aufweisen.
Das mit diesem Mischwerkzeug erzielte Ergebnis des hohen Energieeintrages und sehr kurzer Zykluszeiten von beispielsweise nur 3 bis 4 Minuten beim Mischen von Kunststoffgranulat für die PVC-Herstellung und Erreichen einer Mischtemperatur von 110 °C ist überraschend, da die herrschende Lehre vorschreibt, dass das Mischwerkzeug zwar die Mischpartikel zu bewegen hat, jedoch über dieses nur so wenig Energie wie möglich in das Mischgut einzutragen ist und im Falle einer Temperierung der Mischvorgang in einem Heiz- oder Kühlmischer durchzuführen ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die in die eine und die andere Rotationsrichtung weisenden Stirnseiten der Mischwerkzeugflügel in Bezug auf eine den Mischflügelabschnitt schneidende Mittellängsebene zu dieser asymmetrisch ausgeführt. Diese unterschiedliche Kontur an den beiden Stirnseiten eines Mischflügelabschnittes erlaubt ebenfalls eine Einflussnahme auf den Energieeintrag. Aufgrund der asymmetrischen Auslegung der Mischflügelabschnitte ist der Energieeintrag in das Mischgut bei einem rotierenden Antrieb des Mischwerkzeuges in die eine Richtung anders als in die andere Richtung.
Unabhängig davon, ob in einer Draufsicht die Mischflügelabschnitte bezüglich der genannten Mittelängsebene asymmetrisch zueinander ausgeführt sind oder nicht, kann die in die eine Drehrichtung weisende Stirnseite oder ein Abschnitt davon als Schneide ausgeführt sein, während die andere Stirnseite stumpf ist. Wird ein solches Mischwerkzeug mit seiner Schneide in Drehrichtung weisend betrieben, wird durch den Betrieb des Mischwerkzeuges das Mischgut gemischt und zudem homogenisiert. Durch einen alternierenden Drehbetrieb des Mischwerkzeuges innerhalb eines Mischbehältnisses einer Mischmaschine sowie eine Änderung der Drehzahl kann der Mischprozess gesteuert und an die Eigenschaften des zu mischenden Mischgutes besonders gut angepasst werden.
Für Homogenisierungszwecke ist es zweckmäßig, wenn die die Schneide bildende Stirnseite eines solchen Mischflügels sichelförmig ausgeführt ist. Die Sichelform kann durch Einbringen eines Bogenstückes in die ansonsten gerade ausgeführte, die Schneide tragende Stirnseite eingebracht sein. Die Tiefe der Sichelform wird man in aller Regel mit etwa 5 bis 15% der Breite des Mischflügelabschnittes vorsehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines solchen Mischwerkzeuges enden die Mischflügelabschnitte jeweils in einer Mischflügelspitze, die außermittig bezüglich der Mischflügelbreite angeordnet ist. Die Mischflügelspitze kann sich gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Verlängerung eines geraden, an die Nabe grenzenden Abschnitt einer Stirnseite befinden. Ein solcher Mischflügelabschnitt ist in einer Draufsicht gesehen asymmetrisch zu der den Mischflügelabschnitt schneidenden Mittellängsebene, in der sich auch die Drehachse befindet. Ist an der einen Stirnseite des Mischflügelabschnittes ein sichelförmiger Abschnitt - mit oder ohne Schneide - vorgesehen, kann dieser mit seinem radial äußeren Abschnitt in der Mischflügelspitze enden.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Mischflügelabschnitte radial außenseitig in einer asymmetrisch zur Mittellängsebene angeordneten Mischflügelspitze enden, kann die der kürzeren Stirnseite des Mischflügelabschnittes gegenüberliegende Stirnseite ausgehend von der Mischflügelspitze in ihrem Verlauf gerundet sein. Der Krümmungsradius kann konstant sein oder sich auch mit zunehmendem Abstand der Stirnseite von der Mischflügelspitze vergrößern. Bei einem solchermaßen konzipierten Mischwerkzeug wird durch die Mischflügelspitzen mit ihren unterschiedlich langen Stirnseiten in Abhängigkeit von der Drehrichtung unterschiedlich viel Energie in das Mischgut bei einem rotierenden Antrieb eingetragen.
Die Mischflügelabschnitte sind gegenüber der Nabenebene gemäß einer Ausführung in Drehrichtung des Mischwerkzeuges gesehen gegensinnig angestellt. Die Wirk- bzw. Abwurfrichtung eines solchen Mischwerkzeuges ist dann bei beiden Mischflügeln bzw. Mischflügelabschnitten unterschiedlich. Während der eine Mischflügelabschnitt dem Mischgut einen Impuls in die eine längsaxiale Richtung verleiht, erfährt das Mischgut durch den anderen Mischflügelabschnitt einen Bewegungsimpuls in die entgegengesetzte längsaxiale Richtung. Somit wird Energie durch ein solches Mischwerkzeug gleichermaßen in Richtung zum Boden eines Mischbehältnisses als auch von diesem weg eingebracht. Aufgrund der Neigung der Mischflügelabschnitte in den genannten zwei Richtungen gilt selbiges auch für einen Abwurf in Richtung zur Drehachse bzw. in Richtung von der Drehachse weg. In Bezug auf einen radialen Bewegungsimpuls, der durch die Mischflügelabschnitte in das Mischgut eingebracht wird, kann die durch die Rotation des Mischgutstroms in Umfangsrichtung auf diesen einwirkende Zentrifugalkraft, wenn gewünscht, entgegen gewirkt werden.
Die Nabe eines solchen Mischwerkzeuges verfügt über eine Wellendurchführung mit Mitteln zum drehmomentschlüssigen Anschließen des Mischwerkzeuges an eine Antriebswelle. Bei einem solchen Mittel kann es sich beispielsweise um eine Passfederaufnahme handeln. Typischerweise sind zwei Passfederaufnahmen vorgesehen, damit das Mischwerkzeug auf einer Werkzeugwelle einer Mischmaschine in zwei Positionen angeordnet werden kann, die jeweils um 90 Grad in Drehrichtung gegeneinander versetzt sind. Dieses erlaubt eine Ausrüstung einer Werkzeugwelle mit zwei derartigen Mischwerkzeugen, die gegeneinander um 90 Grad in Drehrichtung versetzt an die Werkzeugwelle angeschlossen sind. Mit einem solchen aus zwei derartigen Mischwerkzeugen gebildeten Mischwerkzeugsatz wird entsprechend mehr Energie in das Mischgut eingebracht werden. Über die Anordnung der Mischwerkzeuge eines solchen Mischwerkzeugsatzes kann ebenfalls der Energieeintrag und damit das Mischergebnis beeinflusst werden. Die Mischwerkzeuge eines solchen Mischwerkzeugsatzes können in Drehrichtung gesehen gleichsinnig oder auch gegensinnig zueinander angeordnet sein.
Das Mischwerkzeug bzw. das bodennächste Mischwerkzeug eines mehrere Mischwerkzeuge dieser oder anderer Art aufweisenden Mischwerkzeugsatzes wird man typischerweise mit etwas Abstand zu dem Boden des Mischbehälters bzw. Mischkopfes anordnen, und zwar wegen der bei gegensinniger Anstellung der Mischflügelabschnitte bei einem Mischflügelabschnitt in Richtung zum Boden gerichteten Abwurfrichtung. In einem solchen Fall bietet es sich an, zusätzlich ein bodenräumendes Werkzeug vorzusehen, typischerweise auf derselben Werkzeugwelle, wie das oder die Mischwerkzeuge sitzend. Ein solches bodenräumendes Werkzeug unterstützt den Mischvorgang, dient jedoch vor allem zum Entleeren des Mischbehälters.
Bei Vorsehen eines aus zumindest zwei derartigen Mischwerkzeugen gebildeten Mischwerkzeugsatzes können die beiden Mischwerkzeuge gleichsinnig oder auch gegensinnig zueinander angeordnet sein. Eine gegensinnige Anordnung ist eine Anordnung, bei der bei zwei gleichen Mischwerkzeugen das eine Mischwerkzeug um 180 Grad um seine Mischwerkzeugflügelachse gedreht zu der Ausrichtung des anderen Mischwerkzeuges auf der Antriebswelle befestigt ist. Auf diese Weise kann der Mischvorgang intensiviert werden, da dann die durch die Mischwerkzeuge eingebrachten Bewegungsimpulse in unterschiedliche Richtung gerichtet sind. Daher eignet sich das Mischen mit einem solchen Mischwerkzeugsatz vor allem dann, wenn in das Mischgut ein recht hohes Maß an Scherung und damit Energie eingebracht werden soll.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1:: eine perspektivische Ansicht eines Mischwerkzeuges für eine industrielle Mischmaschine,
Fig. 2:: eine Draufsicht auf eine Abwicklung des Mischwerkzeuges der Figur 1,
Fig. 3a - 3c:: verschiedene Ansichten des Mischwerkzeuges der Figur 1,
Fig. 4:: ein Mischwerkzeugsatz mit zwei Mischwerkzeugen der Figuren 1 bis 3 in einer ersten Anordnung der beiden Mischwerkzeuge zueinander und mit einem bodenräumenden Werkzeug,
Fig. 5:: ein weiterer Mischwerkzeugsatz entsprechend demjenigen der Figur 4, jedoch mit einer anderen Anordnung seiner beiden Mischwerkzeuge zueinander,
Fig. 6:: ein weiterer Mischwerkzeugsatz entsprechend demjenigen der Figur 4, jedoch mit noch einer weiteren Anordnung seiner beiden Mischwerkzeuge zueinander,
Fig. 7:: eine perspektivische, zum Teil geschnittene Darstellung eines Mischbehälters mit dem Werkzeugsatz gemäß Figur 4 und
Fig. 8:: eine schematisierte Darstellung des Mischkopfes einer Mischmaschine mit einem aus zwei Mischwerkzeugen der Figuren 1 bis 3 gebildeten Mischwerkzeugsatz.

Eine Mischwerkzeug 1 für eine industrielle Mischmaschine zum Mischen beispielsweise von Kunststoffgranulat im Zusammenhang mit der Herstellung von PCV ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Biegeteil aus Edelstahl hergestellt. Das Mischwerkzeug 1 umfasst eine Nabe 2 mit einer Wellendurchführung 3. Die Wellendurchführung 3 weist zwei Passfederaufnahmen 4, 4.1 auf, die mit einem Winkelabstand von 90 Grad zueinander angeordnet sind. Die Werkzeugwelle, auf der das Mischwerkzeug 1 zu montieren ist, verfügt über eine komplementäre Passfeder, sodass das Mischwerkzeug 1 in Bezug auf die Passfeder der Werkzeugwelle in zwei unterschiedlichen Stellungen auf dieser befestigt werden kann. Die Nabe 2 bildet den zentralen bzw. mittigen Bestandteil des Mischwerkzeuges 1. Angeformt sind an die in einer Ebene rechtwinklig zur Drehachse D ausgebildeten Nabe 2 zwei einander diametral zur Drehachse D gegenüberliegende Mischwerkzeugflügel 5, 5.1. Die Mischwerkzeugflügel 5, 5.1 sind gleichartig aufgebaut, mithin punktsymmetrisch zur Drehachse D (s. Figur 2).
Nachfolgend ist der Mischwerkzeugflügel 5 näher beschrieben. Dieselben Ausführungen gelten gleichermaßen für den Mischwerkzeugflügel 5.1. Der Mischwerkzeugflügel 5 umfasst einen Verbindungsabschnitt 6 und einen Mischflügelabschnitt 7. Der Verbindungsabschnitt 6 ist winklig an die Nabe 2 angeformt. Der Winkel, den der Verbindungsabschnitt 6 mit der Ebene der Nabe 2 einnimmt, beträgt typischerweise zwischen 30 bis 45 Grad. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel α 42 Grad (s. auch Figur 3b). Die Biegelinie, mit der der Verbindungsabschnitt 6 gegenüber der Ebene der Nabe 2 abgewinkelt ist, ist in der die Abwicklung des Mischwerkzeuges 1 zeigenden Darstellung der Figur 2 mit dem Bezugszeichen 8 kenntlich gemacht. Damit ist der Verbindungsabschnitt 6 gegenüber der Nabe aufgrund der Ausrichtung der Biegelinie 8 nur in Richtung der Längserstreckung der Drehachse gegenüber der Nabe 2 abgewinkelt und somit in Drehrichtung nicht angestellt. Der Mischflügelabschnitt 7 ist gegenüber der Ebene des Verbindungsabschnittes 6 abgewinkelt, und zwar entlang einer Biegelinie 9 (s. Figur 2). Die Biegelinie 9 verläuft im Unterschied zur Biegelinie 8 nicht quer zur Längserstreckung des Mischwerkzeugflügels 5, sondern mit einer gewissen Neigung zu dieser, welche Neigung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit etwa 33 Grad gegenüber einer quer verlaufenden Linie 9.1 ausgeführt ist. In Figur 2 ist dieser Winkel mit β kenntlich gemacht. Aufgrund dieser Ausrichtung der Biegelinie 9, mit der der Mischflügelabschnitt 7 gegenüber dem Verbindungsabschnitt 6 abgewinkelt ist, ist der Mischflügelabschnitt 7 gegenüber der Ebene der Nabe 2 angestellt, und zwar in Dreh- bzw. Rotationsrichtung sowie in radialer Richtung gesehen. Dieses bewirkt, dass bei einem linksdrehenden Antrieb des Mischwerkzeuges 1, wie in Figur 1 durch Pfeile angedeutet, durch den angestellten Mischflügelabschnitt 7 das Mischgut bzw. die darauf auftreffenden Mischgutpartikel einen Bewegungsimpuls erhält bzw. erhalten, der nach oben und in radialer Richtung zur Nabe 2 hin gerichtet ist. Bei umgekehrter Drehrichtung (rechtsdrehendem Antrieb) erfährt das Mischgut durch die in Figur 1 gezeigte Unterseite des Mischflügelabschnittes 7.1 einen nach unten und in radialer Richtung nach außen gerichteten Bewegungsimpuls.
Aufgrund der zur Drehachse D punktsymmetrischen Auslegung des Mischwerkzeuges 1 ist der Mischflügelabschnitt 7.1 des Mischwerkzeugflügels 5.1 gegenüber dem Verbindungsabschnitt 6.1, in Drehrichtung gesehen, gegensinnig zu dem Mischflügelabschnitt 7.1 angestellt. Bei einem linksdrehenden Antrieb des Mischwerkzeuges 1 erfährt das Mischgut somit durch die Unterseite des Mischflügelabschnittes 7.1 einen nach unten und nach außen gerichteten Bewegungsimpuls.
Die Draufsicht auf die Abwicklung des Mischwerkzeuges 1 in der Figur 2 lässt deutlich werden, dass die Mischflügel 5, 5.1 bezüglich einer Mittellängsebene, dessen Spur in Figur 2 mit dem Bezugszeichen M kenntlich gemacht ist, asymmetrisch ausgeführt sind. Die bei einem linksdrehenden Antrieb des Mischwerkzeuges 1 in Drehrichtung weisende Stirnseite ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich des Mischflügelabschnittes 7 sichelförmig ausgeführt. Dieses unterstützt den Energieeintrag in das zu mischende Mischgut. Die sichelförmige Auslegung der bei einem linksdrehenden Antrieb in Drehrichtung weisenden Stirnseite des Mischflügelabschnittes 7 unterstützt eine Mischgutförderung von einer das Mischwerkzeug 1 einfassenden Wand eines Mischbehältnisses weg gerichtet. In einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der sichelförmige Abschnitt dieser Stirnseite des Mischflügelabschnittes 7 als Schneide ausgeführt. Aufgrund der Anstellung des Mischflügelabschnittes 7 weist die obere Kante dieser Stirnseite in Drehrichtung, sodass durch diese eine gewisse Schneid- bzw. Homogenisierungswirkung erzielt wird.
Die asymmetrische Auslegung des Mischflügelabschnittes 7 in Bezug auf die in Figur 2 mit dem Bezugszeichen M kenntlich gemachte Spur der Mittellängsebene, in der sich auch die Drehachse D befindet, rührt daher, dass beide Stirnseiten des Mischflügelabschnittes 7 in einer Mischflügelspitze 10 zusammengeführt sind. Die Mischflügelspitze 10 befindet sich in der Verlängerung des bei linksdrehendem Antrieb in Drehrichtung weisenden, gerade ausgeführten, an die Nabe 2 angeformten Stirnseitenabschnitt. Ausgehend von der Mischflügelspitze 10 ist die andere Stirnseite gerundet ausgeführt, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein konstanter Krümmungsradius gewählt worden ist, bevor diese Stirnseite in ihren geraden, an die Nabe 2 angeformten Stirnseitenabschnitt übergeht.
Der Mischflügelabschnitt 7 ist gegenüber dem Verbindungsabschnitt 6 entlang der Biegelinie 9 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Winkel von 110 Grad abgewinkelt (s. Figur 3c).
Figuren 3a - 3c zeigen unterschiedliche Ansichten des Mischwerkzeuges 1. Figur 3a zeigt das Mischwerkzeug 1 in einer Draufsicht. Figur 3b zeigt das Mischwerkzeug 1 in einer Seitenansicht auf die Nabe 2. Die Anstellung der Mischflügelabschnitte 7, 7.1 ist deutlich zu erkennen. Zu erkennen ist auch, dass sich die Mischflügelabschnitte 7, 7.1 in unterschiedlichen Ebenen in Bezug auf die Längserstreckung der Drehachse D befinden. Figur 3c zeigt eine Seitenansicht auf die Stirnseiten der Mischflügelabschnitte 7, 7.1. Aufgrund ihrer Anstellung ist bei dieser Darstellung des Mischwerkzeuges 1 die Nabe 2 in einer perspektivischen Ansicht zu erkennen.
Eine industrielle Mischmaschine kann mit einem Mischwerkzeug 1, wie vorbeschrieben, zum Mischen von Mischgut betrieben werden. Die Mischzeit für einen Mischprozess lässt sich reduzieren, wenn anstelle eines einzigen Mischwerkzeuges 1 zwei Mischwerkzeuge dieser Art verwendet werden, die dann einen Mischwerkzeugsatz bilden. Denkbar ist auch die Ausgestaltung eines Mischwerkzeugsatzes mit mehr als zwei Mischwerkzeugen. Ein Mischwerkzeugsatz, aufgebaut aus zwei Mischwerkzeugen 1, 1.1, ist in Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Bei diesem Mischwerkzeugsatz 11 sind beide Mischwerkzeuge 1, 1.1 gleichsinnig zueinander orientiert, jedoch um 90 Grad versetzt auf einer Werkzeugwelle einer im Übrigen nicht näher dargestellten Mischmaschine montiert. Eine solche Montage wird durch die beiden Passfederaufnahmen 4, 4.1 ermöglicht, die in die Wellendurchführung 3 der Nabe 2 eingebracht sind.
Dem Mischwerkzeugsatz 11 des Ausführungsbeispiels der Figur 4 ist neben den beiden Mischwerkzeugen 1, 1.1 noch ein bodenräumendes Werkzeug 12 zugehörig. Dieses sitzt zusammen mit den beiden Mischwerkzeugen 1, 1.1 auf derselben Werkzeugwelle. Das bodenräumende Werkzeug 12 befindet sich in unmittelbarer Nachbarschaft mit geringem Abstand zu dem Boden eines in den Figuren nicht dargestellten Mischbehältnisses. Das bodenräumende Werkzeug 12 ist geneigt (angestellt) und dient dem Zweck, im Bereich des Bodens befindliches Mischgut anzuheben und den Mischwerkzeugen 1, 1.1 zuzuführen. Dieses unterstützt den Energieeintrag, da durch den Mischflügelabschnitt 7.1 jedes Mischwerkzeuges 1, 1.1 Mischgut in Richtung zum Boden eines Mischbehältnisses bewegt wird, wobei sodann durch die Rotation des bodenräumenden Werkzeuges 12 das Material unverzüglich wieder aufgenommen und in Richtung zu den Mischflügeln 5, 5.1 der Mischwerkzeuge 1, 1.1 bewegt wird.
Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung entsprechend derjenigen der Figur 4 einen weiteren Mischwerkzeugsatz 11.1. Bei diesem Mischwerkzeugsatz sind die Mischwerkzeuge 1, 1.1 mit ihrer in Figur 4 nach oben weisenden Seite um 180 Grad gewendet auf der Werkzeugwelle montiert, sodass bei einem linksdrehenden Antrieb des Mischwerkzeugsatzes 11.1 die gerundet ausgeführten Stirnseiten der Mischflügelabschnitte 7, 7.1 in Drehrichtung weisen.
Selbstverständlich ist auch eine Ausgestaltung eines Mischwerkzeugsatzes 11.2 möglich, bei dem eines der beiden Mischwerkzeuge - das Mischwerkzeug 1 - mit seiner gerundet ausgeführten Stirnseite in Drehrichtung weist, während das andere Mischwerkzeug - das Mischwerkzeug 1.1 - mit seiner den sichelförmigen Abschnitt aufweisenden Stirnseite in Drehrichtung bei einem linksdrehenden Antrieb weist. Dieser Mischwerkzeugsatz 11.2 ist in Figur 6 gezeigt. Bei diesem Mischwerkzeugsatz 11.2 ist das obere Mischwerkzeug 1 um 180 Grad um seine Flügellängsachse gegenüber dem unteren Mischwerkzeug 1.1 gedreht bzw. gewendet angeordnet. Mit einer solchen Anordnung kann zusätzlich Energie in das Mischgut eingetragen werden, weshalb sich eine solche Mischwerkzeuganordnung für Mischgut eignet, in welches mehr Scherung eingebracht werden soll.
Figur 7 zeigt beispielhaft einen Mischbehälter 13, in den der Mischwerkzeugsatz 11 der Figur 4 eingesetzt ist. Der Einfachheit halber sind weitere Komponenten, wie der Antrieb und dergleichen nicht dargestellt. Die bei einem linksdrehenden Antrieb in Drehrichtung weisende vordere Kante 14 des bodenräumenden Werkzeuges 12 ist an die Bodenkontur und die Übergangskontur in die Seitenwand des Mischbehälters 13 angepasst.
Aufgrund der beschriebenen Anstellung der Mischflügelabschnitte 7, 7.1 des Mischwerkzeuges 1 wird bei einem rotatorischen Antrieb des Mischwerkzeuges 1 Material von der Seitenwand eines Mischbehältnisses weggeführt und in Richtung zur Drehachse abgeworfen. Dieses erlaubt den Einsatz eines solchen Mischwerkzeuges bei einer industriellen Mischmaschine, die einen Mischkopf aufweist, an den ein Mischcontainer mit dem darin enthaltenen Mischgut anschließbar ist.
Figur 8 zeigt den Mischkopf 15 einer solchen Mischmaschine, wobei auch bei dieser Darstellung Antriebsaggregate und die weiteren Bestandteile der Mischmaschine nicht gezeigt sind. Der Mischkopf 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Scheibe ausgeführt und verfügt in seinem radialen Randbereich über mehrere, mit unterschiedlichem Durchmesser vorgesehene, konzentrisch zueinander angeordnete Dichtungen. Somit können an den Mischkopf 15 der im Übrigen nicht näher dargestellten Mischmaschine Mischcontainer mit unterschiedlichen Durchmessern angeschlossen werden. Aufgrund der vorbeschriebenen Materialförderung bei einem Betrieb des Mischwerkzeuges 1, 1.1 kann das in einem solchen Mischcontainer befindliche Mischgut auch dann bestimmungsgemäß gemischt werden, wenn das oder die Mischwerkzeuge 1, 1.1 sich in ihrer radialen Erstreckung nicht an die unmittelbare Behälterinnenwandung erstrecken. Auf der Werkzeugwelle 16 sitzen bei dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Mischwerkzeuge 1, 1.1 entsprechend dem Mischwerkzeugsatz 11. Ein Mischen von dem in einem an den Mischkopf 15 angeschlossenen Mischcontainer enthaltenen Mischgut erfolgt in einer Überkopfstellung, in der sich der Mischwerkzeugsatz 11 zuunterst befindet. Der Mischkopf 15 selbst ist schwenkbar an einem Gestell der Mischmaschine gelagert. Zur Unterstützung des Mischvorganges kann somit mit dem an den Mischkopf 15 angeschlossenen Mischcontainer eine Pendelbewegung ausgeführt werden. Ein bodenräumendes Werkzeug ist bei dieser Ausgestaltung daher nicht unbedingt erforderlich.
Die Beschreibung der Erfindung in der Figurenbeschreibung und auch in dem allgemeinem Beschreibungsteil lässt deutlich werden, dass das beschriebene Mischwerkzeug durch die Auslegung seiner Mischwerkzeugflügel mit der Anstellung seiner Mischflügelabschnitte Relativbewegungen in unterschiedlichen Richtungen in das Mischgut einbringt. Die Folge sind zusätzliche Turbulenzen im Mischgutstrom, weshalb die Mischguttemperatur entsprechend rasch ansteigt und ein Mischprozess mit Wärmeeintrag in kurzer Zeit abgeschlossen werden kann.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, ohne dass diese im Rahmen dieser Ausführungen im Einzelnen dargelegt werden müssten.

Bezugszeichenliste

1, 1.1: Mischwerkzeug
2: Nabe
3: Wellendurchführung
4, 4.: Passfederaufnahme
5, 5.1: Mischwerkzeugflügel
6, 6.1: Verbindungsabschnitt
7, 7.1: Mischflügelabschnitt
8: Biegelinie
9: Biegelinie
9.1: Linie
10: Mischflügelspitze
11: Mischwerkzeugsatz
12: Bodenräumendes Werkzeug
13: Mischbehälter
14: Vorderseite
15: Mischkopf
16: Werkzeugwelle

D: Drehachse
M: Mittellängsebene

Claims

Mischwerkzeug für eine industrielle Mischmaschine zum Mischen eines typischerweise aus mehreren Komponenten bestehenden Mischgutes mit einer Nabe (2), mit Mitteln zum Anschließen des Mischwerkzeuges (1, 1.1) an eine rotatorisch angetriebene Mischwerkzeugwelle (16) und mit zumindest zwei gleichartigen Mischwerkzeugflügeln (5, 5.1) wobei die Mischwerkzeugflügel (5, 5.1) jeweils einen gegenüber der Ebene der Nabe (2) in jeweils bezüglich der Längserstreckung der Drehachse (D) entgegengesetzte Richtungen abgewinkelten Verbindungsabschnitt (6, 6.1) aufweisen, an dem jeweils ein sich in radialer Richtung von der Nabe (2) weg erstreckender, gegenüber der Ebene der Nabe (2) in Rotationsrichtung sowie in radialer Richtung angestellter und gegenüber dem Verbindungsabschnitt (6, 6.1) gegensinnig geneigter Mischflügelabschnitt (7, 7.1) angeformt ist, wobei die Mischflügelabschnitte (7, 7.1) winklig an die Verbindungsabschnitte (6, 6.1) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biegelinie (9), an der die Mischflügelabschnitte (7, 7.1) gegenüber den Verbindungsabschnitten (6, 6.1) abgewinkelt sind, gegenüber einer Querschnittslinie durch den Mischflügelabschnitt (7, 7.1) geneigt ist.
Mischwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischwerkzeug (1, 1.1) zwei einander zur Drehachse (D) der Nabe (2) gegenüberliegende Mischwerkzeugflügel (5, 5.1) aufweist.
Mischwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügelabschnitte an entlang einer in radialer Richtung erstreckenden Stirnseite zumindest entlang eines Abschnittes als Schneide ausgeführt sind.
Mischwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügelabschnitte an ihrer der Stirnseite mit der Schneide gegenüberliegenden Stirnseite stumpf sind.
Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite der Mischflügelabschnitte (7, 7.1) zumindest in einem Abschnitt sichelförmig ausgeführt ist.
Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügelabschnitte (7, 7.1) in radialer Richtung in einer Mischflügelspitze (10) enden und, in einer Abwicklung gesehen, gegenüber der einen Mischflügelabschnitt (7, 7.1) schneidenden Mittellängsebene (M) mit asymmetrischer Kontur ausgeführt sind, wodurch die Mischflügelspitzen (10) von der jeweiligen Mittellängsebene (M) beabstandet sind.
Mischwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Mischflügelspitze (10) in die bezüglich der Mittellängsebene (11) gegenüberliegende Stirnseite gerundet ausgeführt ist.
Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügelabschnitte (7, 7.1) gegensinnig in Bezug auf die Drehrichtung angestellt sind.
Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellung der Mischflügelabschnitte (7, 7.1) in Rotationsrichtung mit 10 bis 15 Grad vorgesehen ist.
Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) eine Wellendurchführung (3) mit zumindest einer mit größerem Radius ausgeführten Passfederaufnahme (4, 4.1) ausgeführt ist.
Mischwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) zwei mit einem Winkelabstand von 90 Grad zueinander angeordnete Passfederaufnahmen (4, 4.1) gleicher Kontur aufweist.
Mischwerkzeugsatz, umfassend zwei Mischwerkzeuge (1, 1.1) nach Anspruch 11.
Mischmaschine mit einer rotatorisch angetriebenen Werkzeugwelle (16) und mit einem Mischwerkzeugsatz (11, 11.1, 11.2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mischwerkzeuge (1, 1.1)des Mischwerkzeugsatzes (11, 11.1, 11.2) um 90 Grad in Drehrichtung gesehen gegeneinander versetzt an der Werkzeugwelle (16) befestigt sind.
Mischmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mischwerkzeuge (1, 1.1) mit einem axialen Abstand zueinander auf der Werkzeugwelle (16) befestigt sind, sodass sich jeder Mischflügelabschnitt (7, 7.1) in einer anderen Höhe bezogen auf die Drehachse (D) befindet.
Mischmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Werkzeugwelle (16) bodenseitig bezüglich des unteren Mischwerkzeuges des Mischwerkzeugsatzes (11) ein bodenräumendes Werkzeug (12) sitzt.