WO2014009394A1 - Mischkneter zur behandlung von viskosen bzw pastösen produkten in einem produktraum - Google Patents

Mischkneter zur behandlung von viskosen bzw pastösen produkten in einem produktraum Download PDF

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WO2014009394A1
WO2014009394A1 PCT/EP2013/064533 EP2013064533W WO2014009394A1 WO 2014009394 A1 WO2014009394 A1 WO 2014009394A1 EP 2013064533 W EP2013064533 W EP 2013064533W WO 2014009394 A1 WO2014009394 A1 WO 2014009394A1
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WO
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kneader
shaft
elevations
mixing
kneading
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PCT/EP2013/064533
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Inventor
Alfred Kunz
Daniele Ferrari
Hanspeter Meier
Romeo WAGNER
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List Holding Ag
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    • 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
    • B01F27/071—Fixing of the stirrer to the shaft
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms

Definitions

  • the invention relates to a mixing kneader for the treatment of viscous or pasty products in a product space between an inlet and an outlet for the product, wherein in the product space at least one kneader shaft is provided with thereon kneading elements, which cooperate with counter elements, so that on the shaft arranged kneading elements during the rotation of the shaft in kneading elements of another shaft or attached to the stationary housing hook without touching the same engage.
  • the apparatuses is also a continuous or batchwise contact drying, water and / or solvent-moist products, often also under vacuum, performed.
  • the application is intended primarily for pigments, dyes, fine chemicals, additives such as salts, oxides, hydroxides, antioxidants, temperature-sensitive pharmaceutical and vitamin products, active ingredients, polymers, synthetic rubbers, polymer suspensions, latex, hydrogels, waxes, pesticides and residues from the chemical or pharmaceutical production, such as salts, catalysts, slags, waste liquors.
  • a polycondensation reaction usually continuously and usually in the melt, take place and is mainly used in the treatment of polyamides, polyesters, polyacetates, polyimides, thermoplastics, elastomers, silicones, urea resins, phenolic resins, detergents and fertilizers.
  • a Mischkneter a polycondensation reaction, usually continuously and usually in the melt, take place and is mainly used in the treatment of polyamides, polyesters, polyacetates, polyimides, thermoplastics, elastomers, silicones, urea resins, phenolic resins, detergents and fertilizers.
  • it has application to polymer melts after bulk polymerization to derivatives of methacrylic acid.
  • degassing and / or devolatilization may take place. This is applied to polymer melts, after (co) polymerization of monomer (s), after condensation of polyester or polyamide melts, on spinning solutions for synthetic fibers and on polymer or elastomer granules or powder in the solid state. In general, solid, liquid or multiphase reactions can take place in the mixing kneader.
  • reactions may take place solid / gaseous (e.g., carboxylation) or liquid / gaseous. This is used in the treatment of acetates, acids, Kolbe-Schmitt reactions, e.g. BON, Na salicylates, parahydroxibenzoates and pharmaceuticals.
  • a so-called Flushing takes place in the treatment or production of pigments.
  • a solid state postcondensation takes place in the production or treatment of polyesters, polycarbonates and polyamides, a continuous mashing eg in the treatment of fibers, eg cellulose fibers with solvents, a crystallization from the melt or from solutions in the treatment of salts, Fine chemicals, polyols, alcoholates, compounding, mixing (continuous and / or batchwise) with polymer blends, silicone compositions, sealants, fly ash, coagulating (especially continuously) in the treatment of polymer suspensions.
  • a mixing kneader also multifunctional processes can be combined, for example heating, drying, melting, crystallizing, mixing, degassing, reacting - all this continuously or in batches. This produces and / or treats polymers, elastomers, inorganic products, residues, pharmaceutical products, food products, printing inks.
  • vacuum sublimation / desublimation may also occur, thereby reducing chemical precursors, e.g. Anthrachinon, metal chlorides, ferrocenes, iodine, organometallic compounds, etc. are purified.
  • chemical precursors e.g. Anthrachinon, metal chlorides, ferrocenes, iodine, organometallic compounds, etc.
  • pharmaceutical intermediates can be prepared.
  • Continuous carrier gas desublimation finds e.g. for organic intermediates, e.g. Anthraquinone and fine chemicals instead.
  • a single-shaft and two-shaft mixing kneader are distinguished.
  • a single-shaft mixing kneader is known, for example, from AT 334 328, CH 658 798 A5 or CH 686 406 A5.
  • an axially extending, occupied with disc elements and rotating about a rotational axis in a rotational direction shaft is arranged in a housing. This causes the transport of the product in the transport direction. Between the disc elements counter elements are fixed to the housing appropriate.
  • the disc elements are arranged in planes perpendicular to the kneader shaft and form between them free sectors, which form with the planes of adjacent disc elements Knüschreib.
  • a multi-shaft mixing and kneading machine is described in CH-A 506 322.
  • Another mixing kneader of the abovementioned type is known, for example, from EP 0 517 068 B1. With him turn in a mixer housing two axially parallel shafts either in opposite directions or in the same direction. In this case, mixing bars applied to disk elements interact with each other. In addition to the function of mixing, the mixing bars have the task of cleaning product-contacted areas of the mixer housing, the shafts and the disk elements as well as possible and thus avoid unmixed zones. Particularly in the case of strongly compacting, hardening and crusting products, the randomness of the mixing bars leads to high local mechanical loads on the mixing bars and the shafts. These force peaks occur in particular when engaging the mixing bars in those zones where the product can escape badly. Such zones are e.g. Given where the disc elements are placed on the shaft.
  • a mixing kneader of the above-mentioned type in which the support elements form a recess in the region of the kneading bars so that the kneading bar has as large an axial extent as possible.
  • Such a mixing kneader has an excellent self-cleaning of all product-contacting surfaces of the housing and the waves, but has the property that the support elements of the kneading bars due to the tracks of the Kneading bars require recesses that lead to complicated Tragelementformen. This results in a complex manufacturing process on the one hand and on the other hand local stress peaks on the shaft and the supporting elements in the event of mechanical stress. These stress peaks, which occur mainly in the sharp-edged recesses and thickness changes, especially in the area where the support elements are welded onto the shaft core, are triggers for cracks in the shaft and the support elements due to material fatigue.
  • the invention described here relates in particular to the so-called kneader shafts.
  • These are mechanical stirrers in which on a rotating shaft disc elements are mounted over the circumference usually at regular intervals, on which in the longitudinal direction of the axis of rotation mixing bars are attached.
  • the mixing bars have a minimal clearance to the cylindrical housing in order to clean it, but can also be mounted free-standing in the product space in order to improve the mixing effect.
  • Additional disk segments, consisting of disk elements and ingots, are fastened along the rotating axis, so that these segments are regularly distributed along the longitudinal axis of the kneader.
  • Static elements are attached to the housing, which are designed so that they have a minimum distance to the elements of the rotating axis.
  • static elements may be secured along the circumference of a disk segment which are at a certain angle to the others.
  • the kneader may be equipped with one or more rotating shafts arranged in parallel. If the distance between the shafts is smaller than the shaft outer diameter (rotating part of the kneader including the ingots and disc segments), the shaft elements will meet in the area of overlap of the rotational movement between two shafts.
  • the kneader and the speed ratio of these two shafts must then be designed so that the play between the rotating elements of one shaft to another is minimal, but without touching the elements.
  • the counter hooks are optional because the intervening wave replaces them to some extent.
  • the disk elements of a section may be offset from each other under certain circumstances, wherein here still is spoken by a section plane. There are a great many different ways of designing this kneader, wherein the inventive principle is applicable to all.
  • the kneader is filled with product, a mixture of the product takes place at each encounter between ingot and counterhook or the elements of the other wave. At the same time the product is stowed in the intervention zone. This stagnation is particularly pronounced with binary, undissolved mixtures of widely varying viscosities in both phases. There then takes place a segregation of the two phases, wherein at high viscosity of the viscous phase, the engagement forces may exceed the gravitational forces. The viscous product is then no longer distributed according to the density difference of the two phases in the kneader space, but accumulates on the mixing elements and hooks. In the engagement zone, there is then an increase in the torque and the bending forces.
  • the object of this invention is to improve the statics of the kneader shaft.
  • the kneader shaft has elevations on its outer side, on which the kneading elements are placed.
  • the weld seams are more accessible for a welding process. This applies in particular to the necessary heating of the summit of the survey. This can only be heated directly, whereas previously this welding area was less accessible.
  • the apex can also be formed obliquely, so that the weld bead finds a larger connection surface.
  • the compound has a higher strength and accordingly less likely to break or break the kneading element.
  • the replacement of a worn kneading element is easier, thus increasing the life. It is sufficient if the worn kneading element is cut off, then the surface of the survey can be treated again accordingly and filled with a new kneading element. Furthermore, it has been found that the natural frequency of the kneader shaft is changed by these surveys and in a positive sense. Vibrations are interrupted or suppressed, which also increases the life of the entire kneader shaft.
  • the elevations are integrally formed out of the kneader shaft, which can be done for example by milling or forging.
  • the surveys could also be determined for example by mechanical fasteners on the kneader shaft or produced by milling.
  • the elevations are provided partially annular distributed on the outside of the kneader shaft.
  • the surveys could include the kneader shaft annular.
  • the elevations go through the formation of curves in the kneader shaft. These curves are preferably formed exponentially increasing, in particular, the method of Switzerlanddreiecke is used. This leads to a very significant improvement in the stability of the surveys and thus also the attached kneading elements.
  • This apex may be oblique or rounded to a mean degree.
  • a connection point to the kneading elements or an intermediate piece to be mentioned later is opened and overall the area for the weld seam or the welding material is increased.
  • the weld bead can penetrate deep into this opening, to the degree from both sides.
  • the elevations are preferably laterally rounded in the wave coat over. This also improves the strength of the entire assembly, since it is very difficult to tear out such a survey in the shaft jacket survey from the shaft jacket.
  • the kneading element can be connected in this way directly to the survey.
  • This intermediate piece has mainly the task in to absorb a heat medium and to transfer the corresponding heat into the product to be treated.
  • the invention also covers the use of a mixing kneader of the type described above for the production of viscous or pasty products.
  • Figure 1 is a shortened side view of a kneader shaft with attached kneading elements
  • Figure 2 shows a reduced section through a kneader shaft with attached kneading elements
  • FIG. 3 a longitudinal section through a kneader shaft sheath
  • Figure 4 is an enlarged longitudinal section through the kneader shell according to Figure 3 at IV.
  • FIG. 5 shows a cross section through the kneader shaft sheath according to FIG. 3 at IV.
  • Figure 6 is a side view of a kneading element
  • a kneader shaft 1 has a center piece 2 with an enlarged diameter and bearing journals 3 and 4 integrally formed on both sides.
  • kneading elements 6 are placed, which are bar-shaped or U-shaped.
  • elevations 7 are formed out of the outside 5 of the kneader shaft 1 and of the center piece 2. These elevations extend, as can be seen in particular in FIG. 5, along a part of the circumference of a shaft jacket 8 and pass into this shaft jacket 8 by lateral curves 9. You are from the Shaft coat 8 formed out. At their apex 10, they have a degree 1 1 according to FIG.
  • the curves 9 should also have a special shape. They are formed exponentially rising. This is preferably done by the known method of Switzerlanddreiecke.
  • This intermediate piece 12 is connected on the one hand with the elevation 7 and on the other hand with the kneading element 6 via a respective weld 13 and 14 respectively.
  • FIG. 2 also shows that a depression 16 is formed in a peripheral edge 15 of the intermediate piece 12, into which the kneading element 6 is then inserted.
  • this kneading element 6 according to Figures 6 and 7, a connecting segment 17, which also has a degree 19 on its apex 18.
  • the present invention is as follows:
  • the corrugated casing 8 shown in FIG. 3 is produced in the forging process, ie, the elevations 7 are shaped out of the corrugated casing 8 at the desired locations on the outside 8 of the kneader shaft 1 in the forging process.
  • the intermediate piece 12 may be any sheet metal part. This does not have to be made by forging. But it also preferably has on both sides in each case to the elevation 7 and the kneading element 6 through a degree.
  • the kneading element 6 is again preferably in Made forging, so that the corresponding marginal edges can be formed in a suitable extent. If the kneading element 6 serves as a marginal kneading element 6.1, one part is cut off on one side.
  • the intermediate piece 12 is now connected by the weld 13 with the survey 7. On the other hand, the connection between the intermediate piece 12 and the kneading element 6 is produced by the weld seam 14.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Abstract

Bei einem Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Produkt, wobei im Produktraum zumindest eine Kneterwelle (1) mit darauf angeordneten Knetelementen (6) vorgesehen ist, weist die Kneterwelle (1) auf ihrer Aussenseite (5) Erhebungen (7) auf, auf welche die Knetelemente (6) aufgesetzt sind.

Description

Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten einem Produktraum
Die Erfindung betrifft einen Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Produkt, wobei im Produktraum zumindest eine Kneterwelle mit darauf angeordneten Knetelementen vorgesehen ist, welche mit Gegenelementen zusammenwirken, so dass die auf der Welle angeordneten Knetelemente während der Drehung der Welle in Knetelemente einer anderen Welle oder am stehenden Gehäuse angebrachte Gegenhaken ohne Berührung derselben eingreifen.
Stand der Technik
Derartige Vorrichtungen dienen sehr vielfältigen Zwecken. Als erstes ist das Eindampfen mit Lösungsmittelrückgewinnung zu erwähnen, welches chargenweise oder kontinuierlich und oft auch unter Vakuum erfolgt. Hierdurch werden beispielsweise Destillationsrückstände und insbesondere Toluoldiisocyanate behandelt, aber auch Produktionsrückstände mit toxischen oder hochsiedenden Lösungsmitteln aus der Chemie und Pharmaproduktion, Waschlösungen und Lack-Schlämme, Polymerlösungen, Elastomerlösungen aus der Lösemittelpolymerisation, Klebstoffe und Dichtmassen.
Mit den Apparaten wird ferner eine kontinuierliche oder chargenweise Kontakttrocknung, wasser- und/oder lösemittelfeuchter Produkte, oftmals ebenfalls unter Vakuum, durchgeführt. Die Anwendung ist vor allem gedacht für Pigmente, Farbstoffe, Feinchemikalien, Additive, wie Salze, Oxyde, Hydroxyde, Antioxidantien, temperaturempfindliche Pharma- und Vitaminprodukte, Wirkstoffe, Polymere, synthetische Kautschuke, Polymersuspensionen, Latex, Hydrogele, Wachse, Pestizide und Rückstände aus der chemischen oder pharmazeutischen Produktion, wie Salze, Katalysatoren, Schlacken, Ablaugen gedacht. Anwendung finden diese Verfahren auch in der Lebensmittelproduktion, beispielsweise bei der Herstellung und/oder Behandlung von Blockmilch, Zuckeraustauschstoffen, Stärkederivaten, Alginaten, zur Behandlung von Industrieschlämmen, Ölschlämmen, Bioschlämmen, Papierschlämmen, Lackschlämmen und allgemein zur Behandlung von klebrigen, krustenden zähpastösen Produkte, Abfallprodukten und Zellulosederivaten.
In einem Mischkneter kann eine Polykondensationsreaktion, meist kontinuierlich und meist in der Schmelze, stattfinden und wird vor allem verwendet bei der Behandlung von Polyamiden, Polyester, Polyacetaten, Polyimiden, Thermoplaste, Elastomere, Silikone, Harnstoffharze, Phenolharze, Detergentien und Düngemittel. Zum Beispiel findet sie Anwendung auf Polymerschmelzen nach einer Massepolymerisation auf Derivate der Methacrylsäure.
Stattfinden kann auch eine Polymerisationsreaktion, ebenfalls meist kontinuierlich. Dies wird angewendet auf Polyacrylate, Hydrogele, Polyole, thermoplastische Polymere, Elastomere, syndiotaktisches Polystyrol und Polyacrylamide.
In Mischknetern kann ein Entgasen und/oder Devolatilisieren stattfinden. Angewendet wird dies auf Polymerschmelzen, nach (Co-) Polymerisation von Monomer(en), nach Kondensation von Polyester oder Polyamidschmelzen, auf Spinnlösungen für synthetische Fasern und auf Polymer- oder Elastomergranulate bzw. -pulver im festen Zustand. Ganz allgemein können im Mischkneter feste, flüssige oder mehrphasige Reaktionen stattfinden. Dies gilt vor allem für Backreaktionen, bei der Behandlung von Flusssäure, Stearaten, Cyaniden, Polyphosphaten, Cyanursäuren, Zellulosederivaten, -ester, -äther, Polyacetal harzen, Sulfanilsäuren, Cu-Phthalocyaninen, Stärkederivaten, Ammoniumpolyphosphaten, Sulfonaten, Pestiziden und Düngemittel.
Des weiteren können Reaktionen fest-/gasförmig (z.B. Karboxylierung) oder flüssig-/gasförmig stattfinden. Angewendet wird dies bei der Behandlung von Acetaten, Aciden, Kolbe-Schmitt-Reaktionen, z.B. BON, Na-Salicylaten, Parahydroxibenzoaten und Pharmaprodukten.
Reaktionen flüssig/flüssig erfolgen bei Neutralisationsreaktionen und Umesterungsreaktionen. Ein Lösen und/oder Entgasen in derartigen Mischknetern findet bei Spinnlösungen für synthetische Fasern, Polyamiden, Polyester und Zellulosen statt.
Ein sogenanntes Flushen findet bei der Behandlung bzw. Herstellung von Pigmenten statt. Eine Solid-State-Nachkondensation findet bei der Herstellung bzw. Behandlung von Polyester, Polycarbonaten und Polyamiden statt, ein kontinuierliches Anmaischen z.B. bei der Behandlung von Fasern, z.B. Zellulosefasern mit Lösungsmitteln, eine Kristallisation aus der Schmelze oder aus Lösungen bei der Behandlung von Salzen, Feinchemikalien, Polyolen, Alkoholaten, ein Compoundieren, Mischen (kontinuierlich und/oder chargenweise) bei Polymeren-Mischungen, Silikonmassen, Dichtmassen, Flugasche, ein Koagulieren (insbesondere kontinuierlich) bei der Behandlung von Polymersuspensionen.
In einem Mischkneter können auch multifunktionale Prozesse kombiniert werden, beispielsweise Erhitzen, Trocknen, Schmelzen, Kristallisieren, Mischen, Entgasen, Reagieren - dies alles kontinuierlich oder chargenweise. Hergestellt bzw. behandelt werden dadurch Polymere, Elastomere, anorganische Produkte, Rückstände, Pharmaprodukte, Lebensmittelprodukte, Druckfarben.
In Mischknetern kann auch eine Vakuumsublimation/ Desublimation stattfinden, wodurch chemische Vorprodukte, z.B. Anthrachinon, Metallchloride, Ferrozene, Jod, metallorganische Verbindungen usw. gereinigt werden. Ferner können pharmazeutische Zwischenprodukte hergestellt werden.
Eine kontinuierliche Trägergas-Desublimation findet z.B. bei organischen Zwischenprodukten, z.B. Anthrachinon und Feinchemikalien statt.
Im Wesentlichen werden einwellige und zweiwellige Mischkneter unterschieden. Ein einwelliger Mischkneter ist beispielsweise aus der AT 334 328, der CH 658 798 A5 oder der CH 686 406 A5 bekannt. Dabei ist in einem Gehäuse eine axial verlaufende, mit Scheibenelementen besetzte und um eine Drehachse in einer Drehrichtung drehende Welle angeordnet. Diese bewirkt den Transport des Produktes in Transportrichtung. Zwischen den Scheibenelementen sind Gegenelemente am Gehäuse feststehend angebracht. Die Scheibenelemente sind in Ebenen senkrecht zur Kneterwelle angeordnet und bilden zwischen sich freie Sektoren, welche mit den Ebenen von benachbarten Scheibenelementen Kneträume ausformen. Eine mehrwellige Misch- und Knetmaschine wird in der CH-A 506 322 beschrieben. Dort befinden sich auf einer Welle radiale Scheibenelemente und zwischen den Scheiben angeordnete axial ausgerichtete Knetbarren. Zwischen diese Scheiben greifen von der anderen Welle rahmenartig geformte Misch- und Knetelemente ein. Diese Misch- und Knetelemente reinigen die Scheiben und Knetbarren der ersten Welle. Die Knetbarren auf beiden Wellen reinigen wiederum die Gehäuseinnenwand.
Ein weiterer Mischkneter der oben genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 517 068 B1 bekannt. Bei ihm drehen in einem Mischergehäuse zwei achsparallel verlaufende Wellen entweder gegensinnig oder gleichsinnig. Dabei wirken auf Scheibenelementen aufgesetzte Mischbarren miteinander. Neben der Funktion des Mischens haben die Mischbarren die Aufgabe, produktberührte Flächen des Mischergehäuses, der Wellen und der Scheibenelemente möglichst gut zu reinigen und damit ungemischte Zonen zu vermeiden. Insbesondere bei stark kompaktierenden, aushärtenden und krustenden Produkten führt die Randgängigkeit der Mischbarren zu hohen örtlichen mechanischen Belastungen der Mischbarren und der Wellen. Diese Kraftspitzen treten insbesondere beim Eingriff der Mischbarren in denjenigen Zonen auf, wo das Produkt schlecht ausweichen kann. Solche Zonen sind z.B. dort gegeben, wo die Scheibenelemente auf der Welle aufgesetzt sind.
Ferner ist aus der DE 199 40 521 A1 ein Mischkneter der o.g. Art bekannt, bei welchem die Tragelemente im Bereich der Knetbarren eine Ausnehmung ausbilden, damit der Knetbarren eine möglichst grosse axiale Erstreckung aufweist. Ein derartiger Mischkneter hat eine hervorragende Selbstreinigung aller produktberührten Flächen des Gehäuses und der Wellen, hat aber die Eigenschaft, dass die Tragelemente der Knetbarren aufgrund der Bahnen der Knetbarren Ausnehmungen erforderlich machen, die zu komplizierten Tragelementformen führen. Daraus resultieren zum einen ein aufwendiges Herstellungsverfahren und zum zweiten bei einer mechanischen Beanspruchung lokale Spannungsspitzen an der Welle und den Tragelementen. Diese Spannungsspitzen, welche hauptsächlich bei den scharfkantigen Ausnehmungen und Dickenänderungen, insbesondere im Bereich, wo die Tragelemente auf den Wellenkern aufgeschweisst sind, auftreten, sind Auslöser für Risse in der Welle und den Tragelementen aufgrund von Materialermüdung.
Die hier beschriebene Erfindung betrifft insbesondere die sogenannten Kneterwellen. Dies sind mechanische Rührwerke, bei denen auf einer drehenden Welle Scheibenelemente über den Umfang in der Regel in regelmässigen Abstand befestigt sind, auf denen in Längsrichtung der Drehachse Mischbarren befestigt sind. Die Mischbarren weisen ein minimales Spiel zum zylinderförmigen Gehäuse auf, um dieses abzureinigen, können aber auch freistehend im Produktraum befestigt sein, um die Mischwirkung zu verbessern. Zusätzliche Scheibensegmente, bestehend aus Scheibenelementen und Barren, werden entlang der rotierenden Achse befestigt, so dass es zu einer regelmässigen Verteilung dieser Segmente über die Längsachse des Kneters kommt. Am Gehäuse werden statische Elemente befestigt, die so ausgebildet sind, dass sie einen minimalen Abstand zu den Elementen der rotierenden Achse aufweisen. Mehrere solcher statischen Elemente können entlang des Umfangs eines Scheibensegments befestigt werden, die zu den anderen in einem bestimmten Winkel stehen. Solche statische Elemente werden in der Knettechnik Gegenhaken genannt, der Winkel der Ebene senkrecht zur Welle zwischen zwei Gegenhaken und zwischen zwei Scheibensegmenten Gegenhakenwinkel, die Ebene senkrecht zur Drehachse der Welle Sektionsebene und der Winkel zwischen zwei benachbarten Mischbarren oder Scheibenelementen in einer Sektionsebene Barrenwinkel. Der Kneter kann mit einer oder mehreren rotierenden Wellen ausgestattet sein, die parallel angeordnet sind. Ist der Abstand zwischen den Wellen kleiner als der Wellenaussendurchmesser (rotierende Teil des Kneters einschliesslich der Barren und Scheibensegmenten), begegnen sich die Wellenelemente im Bereich der Überlappung der Drehbewegung zwischen zwei Wellen. Der Kneter und das Drehzahlverhältnis dieser beiden Wellen müssen dann so gestaltet werden, dass das Spiel zwischen den drehenden Elementen der einen Welle zur anderen minimal ist, aber ohne dass sich die Elemente berühren. Die Gegenhaken sind dann optional, weil die eingreifende Welle diese gewissermassen ersetzt. Die Scheibenelemente einer Sektion sind unter Umständen gegeneinander versetzt, wobei hier immer noch von einer Sektionsebene gesprochen wird. Es gibt sehr viel verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung dieser Kneter, wobei das erfindungsgemässe Prinzip auf alle anwendbar ist.
Wird der Kneter mit Produkt gefüllt, findet bei jeder Begegnung zwischen Barren und Gegenhaken bzw. den Elementen der anderen Welle eine Vermischung des Produktes statt. Gleichzeitig wird das Produkt in der Eingriffzone gestaut. Diese Stauung ist besonders ausgeprägt bei binären, nicht gelösten Gemischen stark unterschiedlicher Viskositäten in beiden Phasen. Es findet dann eine Entmischung der beiden Phasen statt, wobei bei hoher Viskosität der viskoseren Phase die Eingriffskräfte die Gravitationskräfte übersteigen können. Das viskose Produkt verteilt sich dann nicht mehr gemäss dem Dichteunterschied der beiden Phasen im Kneterraum, sondern häuft sich auf den Mischelementen und Gegenhaken an. In der Eingriffszone kommt es dann zu einer Erhöhung des Drehmoments und der Biegekräfte.
Aufgabe Ziel dieser Erfindung ist es, die Statik der Kneterwelle zu verbessern.
Lösung der Aufgabe Zur Lösung der Aufgabe führt, dass die Kneterwelle auf ihrer Aussenseite Erhebungen aufweist, auf welche die Knetelemente aufgesetzt sind. Das bedeutet, dass die Schweissnähte nicht mehr an der Aussenseite der Welle sind, sondern davon beabstandet. Dies hat erhebliche Vorteile. Zum einen sind die Schweissnähte für ein Schweissverfahren besser zugänglich. Dies gilt insbesondere für die notwendige Erwärmung des Scheitels der Erhebung. Dieser kann nur direkt erwärmt werden, während bislang dieser Schweissbereich weniger zugänglich war. Vor allem kann der Scheitel auch schräg ausgebildet werden, so dass die Schweissraupe eine grössere Verbindungsfläche findet. Des weiteren kommt es zu einer Minimierung von Kerbwirkungen und Spannungsspitzen. Es ist weiter davon auszugehen, dass die Verbindung eine höhere Festigkeit hat und es demgemäss seltener zu einem Bruch bzw. Abbruch des Knetelementes kommt.
Des weiteren ist das Ersetzen eines verschlissenen Knetelementes leichter möglich, womit die Lebensdauer erhöht wird. Es genügt, wenn das verschlissene Knetelement abgeschnitten wird, danach kann die Oberfläche der Erhebung wieder entsprechend behandelt und mit einem neuen Knetelement besetzt werden. Ferner hat sich herausgestellt, dass durch diese Erhebungen die Eigenfrequenz der Kneterwelle verändert wird und zwar im positiven Sinn. Schwingungen werden unterbrochen bzw. unterdrückt, wodurch ebenfalls die Lebensdauer der gesamten Kneterwelle erhöht wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen einstückig aus der Kneterwelle herausgeformt, was beispielsweise durch Fräsen oder Schmieden geschehen kann. Darauf soll aber die Erfindung nicht beschränkt sein, die Erhebungen könnten auch beispielsweise durch mechanische Befestigungen auf der Kneterwelle festgelegt oder durch Ausfräsungen hergestellt werden. Des weiteren sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erhebungen teilringförmig verteilt auf der Aussenseite der Kneterwelle vorgesehen. Dies stellt aber wiederum keine Einschränkung dar, beispielsweise könnten die Erhebungen die Kneterwelle ringförmig umfassen. Bevorzugt gehen die Erhebungen durch Ausbildung von Rundungen in die Kneterwelle über. Diese Rundungen sind dabei bevorzugt exponentiell ansteigend ausgebildet, insbesondere wird die Methode der Zugdreiecke verwendet. Dies führt zu einer ganz erheblichen Verbesserung der Stabilität der Erhebungen und damit auch der aufgesetzten Knetelemente.
Es ist daran gedacht, die Randkante der Erhebung scheiteiförmig auszubilden. Dieser Scheitel kann schräg oder gerundet zu einem Mittelgrad hin verlaufen. Dadurch wird eine Verbindungsstelle zu den Knetelementen bzw. einem später noch zu erwähnenden Zwischenstück hin geöffnet und insgesamt die Fläche für die Schweissnaht bzw. das Schweissmaterial vergrössert. Die Schweissraupe kann tief in diese Öffnung eindringen und zwar bis zu dem Grad hin von beiden Seiten her. Hervorzuheben ist dabei auch die gute Zugänglichkeit für einen Schweissautomaten. Die Erhebungen gehen bevorzugt seitlich gerundet in den Wellenmantel über. Auch dies verbessert die Festigkeit der gesamten Anordnung, da es sehr schwierig ist, eine derart in den Wellenmantel übergehende Erhebung aus dem Wellenmantel herauszureissen. Das Knetelement kann auf diese Weise direkt mit der Erhebung verbunden sein. In der Regel ist es jedoch wünschenswert, zwischen dem Knetelement und der Erhebung ein Zwischenstück anzuordnen, welches meist scheibenförmig ausgebildet ist. Aber auch darauf ist die Erfindung nicht beschränkt. Dieses Zwischenstück hat vor allem die Aufgabe, in sich ein Wärmemedium aufzunehmen und die entsprechende Wärme in das zu behandelnde Produkt zu übertragen.
In diesem Fall ist dann vorgesehen, das Zwischenstück durch Schweissen mit dem Knetelement zu verbinden. Sowohl Zwischenstück als auch Knetelement weisen zu diesem Zweck einen Scheitel und einen Mittelgrad auf, wie dies oben beschrieben ist.
Des weiteren deckt die Erfindung auch die Verwendung eines Mischkneters der oben beschriebenen Art zur Herstellung von viskosen bzw. pastösen Produkten ab.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine verkürzte dargestellte Seitenansicht einer Kneterwelle mit aufgesetzten Knetelementen; Figur 2 einen verkleinert dargestellten Schnitt durch eine Kneterwelle mit aufgesetzten Knetelementen;
Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Kneterwellenmantel; Figur 4 einen vergrössert dargestellten Längsausschnitt durch den Knetermantel gemäss Figur 3 bei IV. ;
Figur 5 einen Querschnitt durch den Kneterwellenmantel gemäss Figur 3 bei IV.,
Figur 6 eine Seitenansicht eines Knetelements;
Figur 7 eine perspektivische Ansicht des Knetelements gemäss Figur 6. Gemäss Figur 1 weist eine Kneterwelle 1 ein Mittelstück 2 mit einem vergrösserten Durchmesser sowie beidseits angeformten Lagerzapfen 3 und 4 auf. Auf der Aussenseite 5 des Mittelstücks 2 sind Knetelemente 6 aufgesetzt, die barrenförmig bzw. u-förmig ausgebildet sind. Hierzu sind aus der Aussenseite 5 der Kneterwelle 1 bzw. des Mittelstücks 2 Erhebungen 7 herausgeformt. Diese Erhebungen verlaufen, wie insbesondere in Figur 5 erkennbar, entlang eines Teils des Umfangs eines Wellenmantels 8 und gehen in diesen Wellenmantel 8 durch seitliche Rundungen 9 über. Sie sind aus dem Wellenmantel 8 herausgeformt. Auf ihrem Scheitel 10 weisen sie gemäss Figur 4 einen Grad 1 1 auf.
Die Rundungen 9 sollen ebenfalls eine spezielle Ausformung haben. Sie sind exponentiell ansteigend ausgebildet. Bevorzugt geschieht dies nach der bekannten Methode der Zugdreiecke.
Zwischen der Erhebung 7 und dem Knetelement 6 befindet sich ein Zwischenstück 12, welches gemäss Figur 2 scheibenförmig ausgebildet ist. Dieses Zwischenstück 12 ist zum einen mit der Erhebung 7 und zum anderen mit dem Knetelement 6 über jeweils eine Schweissnaht 13 bzw. 14 verbunden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind übrigens zwei unterschiedliche Knetelemente erkennbar, wobei sich das rechtsseitige 6.1 nur durch den Wegfall eines rechtsseitigen Teils des Barrens unterscheidet, da dieses Knetelement 6.1 entlang einer Gehäusestirnwand läuft.
In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass in eine Randkante 15 des Zwischenstücks 12 eine Mulde 16 eingeformt ist, in welche dann das Knetelement 6 eingesetzt ist. Hierzu weist dieses Knetelement 6 gemäss den Figuren 6 und 7 ein Verbindungssegment 17 auf, welches auf seinem Scheitel 18 ebenfalls einen Grad 19 besitzt.
Die vorliegende Erfindung ist folgende:
Der in Figur 3 gezeigte Wellenmantel 8 wird im Schmiedeverfahren hergestellt, d.h., die Erhebungen 7 werden an den gewünschten Stellen auf der Aussenseite 8 der Kneterwelle 1 im Schmiedeverfahren aus dem Wellenmantel 8 herausgeformt. Das Zwischenstück 12 kann ein beliebiges Blechteil sein. Dieses muss nicht im Schmiedeverfahren hergestellt werden. Es besitzt aber ebenfalls bevorzugt beidseits jeweils zur Erhebung 7 bzw. zum Knetelement 6 hin einen Grad. Das Knetelement 6 wird wiederum bevorzugt im Schmiedeverfahren hergestellt, damit auch die entsprechenden Randkanten in geeignetem Umfang herausgeformt werden können. Dient das Knetelement 6 als randständiges Knetelement 6.1 , so wird ihm einseitig ein Teil abgeschnitten. Das Zwischenstück 12 wird nun durch die Schweissnaht 13 mit der Erhebung 7 verbunden. Andererseits wird die Verbindung zwischen Zwischenstück 12 und Knetelement 6 durch die Schweissnaht 14 hergestellt.
Bezugszeichenliste
Kneterwelle 34 67
Mittelstück 35 68
Lagerzapfen 36 69
Lagerzapfen 37 70
Aussenseite 38 71
Knetelement 39 72
Erhebung 40 73
Wellenmantel 41 74
Rundung 42 75
Scheitel 43 76
Grad 44 77
Zwischenstück 45 78
Schweissnaht 46 79
Schweissnaht 47
Randkante 48
Mulde 49
Verbindungssegment 50
Scheitel 51
Grad 52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66

Claims

Patentansprüche
1 . Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Produkt, wobei im Produktraum zumindest eine Kneterwelle (1 ) mit darauf angeordneten Knetelementen (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kneterwelle (1 ) auf ihrer Aussenseite (5) Erhebungen (7) aufweist, auf welche die Knetelemente (6) aufgesetzt sind.
2. Mischkneter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) einstückig aus der Kneterwelle (1 ) herausgeformt sind.
3. Mischkneter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) teilringförmig verteilt auf der Aussenseite (5) angeordnet sind.
4. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) auf ihrem Scheitel (10) einen Grad (1 1 ) aufweisen.
5. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) seitlich gerundet in einen Wellenmantel (8) übergehen.
6. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Knetelement (6) durch Schweissen mit der Erhebung (7) verbunden ist.
7. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Erhebung (7) und dem Knetelement (6) ein Zwischenstück (12) vorgesehen ist.
8. Mischkneter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (12) scheibenförmig ausgebildet ist.
9. Mischkneter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (12) durch Schweissen mit dem Knetelement (6) verbunden ist.
10. Mischkneter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Knetelement (6) zum Zwischenstück (12) hin einen Grad (19) aufweist.
1 1 . Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (12) eine Mulde (16) zur Aufnahme eines Verbindungssegments (17) des Knetelements (6) ausbildet.
12. Mischkneter nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grad (19) auf dem Verbindungssegment (17) vorgesehen ist.
13. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kneterwelle (1 ) geschmiedet ist.
14. Verfahren zum Herstellen einer Kneterwelle für einen Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Produkt, wobei im Produktraum zumindest eine Kneterwelle (1 ) mit darauf angeordneten Knetelementen (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Kneterwelle (1 ) Erhebungen (7) herausgeformt werden, auf welche die Knetelemente (6) aufgesetzt und mit den Erhebungen (7) verbunden werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen den Erhebungen (7) und/oder den Knetelementen (6) durch Schweissen geschieht.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Erhebung (7) und dem Knetelement (6) ein Zwischenstück (12) angeordnet und durch Schweissen mit der Erhebung (7) beziehungsweise dem Knetelement (6) verbunden wird.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) durch Fräsen, Schmieden od.dgl. aus der Kneterwelle (1 ) herausgeformt werden.
18. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) über Rundungen (9) in die
Kneterwelle (1 ) übergehen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundungen (9) nach der Methode der Zugdreiecke ausgeformt werden.
20. Kneterwelle, hergestellt nach einem Verfahren gemäss wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 19.
21 . Verwendung eines Mischkneters nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von viskosen bzw. pastösen Produkten.
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