Vorrichtung zum Behandeln von schütt- und fliessbaren Stoffen
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Behandeln von schütt- und fliessbaren Stoffen, wobei unter der Behandlung, Mischen, Emulgieren, Homogenisieren, Umhüllen, Abrunden, Verreiben, Zerkleinern und dergleichen verstanden werden soll.
Eine derartige Vorrichtung besitzt einen drehenden Behälter, in dem exzentrisch zu einer Hauptachse ein oder mehrere mit kurzflügeligen Werkzeugen besetzte Rotoren gelagert sind. Der Antrieb des Behälters sowie der Rotoren wird zumeist von einem gemeinsamen Motor unter Zuhilfenahme von Getrieben, z. B. Planetengetriebe, getätigt. Hierbei ist das Über- setzungsverhältnis zwischen Behälter und Rotor unveränderlich. Die Zuführung des Behandlungsgutes in den Arbeitsbereich der Rotoren geschieht vornehmlich durch die Bewegung des Behälters selbst.
Obwohl derartige bekannte Einrichtungen in der Mehrzahl der Fälle zufriedenstellend arbeiten, konnten doch eine einmal und für einen bestimmten Behandlungsprozess eingerichtete Anlage nicht ohne weiteres umgestellt werden. Es versteht sich, dass beispielsweise der Rotor für eine Aufgabe des Homogenisierens mit höherer Drehzahl zu betreiben wäre, als z. B. beim Mischen zweier oder mehrerer pulvriger Stoffe.
Zwischen den drehenden Rotoren und dem Behälter bestehen auch Wechselbeziehungen. So wird ein pulvriges, trockenes Material leichter dem Rotor zugeführt, wie ein viskoser Stoff, der gerne an den Wandungen des Behälters anhaftet.
An eine Vorrichtung zur Durchführung eingangs genannter universeller Aufgaben werden besondere Anforderungen gestellt, die es gestatten, den gestellten Anforderungen gerecht zu werden. So ist es erforderlich, dass sowohl der Mischbehälter wie auch die Rotoren konstruktiv der oder den gestellten Aufgaben angepasst sein müssen.
Für den Zulauf des Mischgutes oder dergleichen zum Rotor ist der sogenannte Einzugswinkel von besonderer Bedeutung. Das ist jener Winkel, der gebildet ist zwischen den Tangenten am Fusspunkte des kürzesten Abstandes der Trommel zum Mischwerkzeug und der Tangente durch den gleichen Punkt, tangierend mit der Peripherie des Mischwerkzeugkreises.
Gemäss der Erfindung besteht die Vorrichtung zum Behandeln von schütt- und fliessbaren Stoffen aus einem sich um eine waagrechte Achse drehenden Behälter und einem parallel zur Behälterwand und exzentrisch zur waagrechten Behältermittellinie ange- ordneten Rotor, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der im allseitig geschlossenen Behälter und in dessen umlaufenden Seitenwänden exzentrisch gelagerte Rotor einen Einzugswinkel von weniger als 30 Grad besitzt.
Nach einer speziellen Ausführungsform ist der Antrieb des drehenden Mischbehälters vom Antrieb des Rotors unabhängig.
Bei Anderung der Drehrichtung des Rotors kann bei einer andern speziellen Ausführungsform die Wirkungsweise des Mischers geändert werden, wobei das oder die Werkzeuge bei Rechtsdrehsinn das Gut auflockern und z. B. mischen, umhüllen und bei entgegengesetztem Drehsinn verdichten, verreiben, homogenisieren oder dergleichen.
Durch diese Massnahmen und Anordnungen wird bewirkt, dass der Mischer dem jeweiligen Arbeitsgang in der zweckentsprechendsten Weise angeglichen werden kann. Zunächst erlaubt eine doppelwandige Ausbildung des Mischbehälters die Aufnahme eines thermischen Mittels, so dass die bei einem im Mischer vorgenommenen Behandlungsprozess auftretende Wärme abgeführt bzw. notwendige Wärme zugeführt werden kann. Weiterhin wird durch die drehende Bewegung des Mischbehälters bewirkt, dass das Gut weitestgehend umgewälzt und in den Wirkungsbereich der Rotoren gebracht wird. Die Drehzahl und der Drehsinn wird durch das Getriebe oder unabhängige Motore der jeweiligen Aufgabe des Mischers angeglichen. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, durch die Einstellung des Einzugswinkels den Mischer der zu leistenden Arbeit, z. B. Mischen, Verreiben, anzugleichen.
Es ist erklärlich, dass bei einem Verreibungsvorgang der Einzugswinkel sehr klein sein muss, weil die verreibende Wirkung primär durch den gegenseitigen kleinsten Abstand zwischen Mischtrommel und Rotor bestimmt ist. Da der Einzugswinkel bei einem Mischer mit exzentrisch angeordnetem Rotor eine geometrische Funktion des kleinsten Abstandes vom Mischbehälter zum Rotor ist und diese Funktion mit kleiner werdendem Abstand nach Null geht, muss beim Verreiben der Einzugswinkel klein gehalten werden. Die Grösse dieses Winkels ist fernerhin noch von dem zu verreibenden Material abhängig und von dem Wunsche des zu erzielenden Verreibungsgrades in Abhängigkeit von der Verreibungsdauer. Es versteht sich ferner, dass bei konstanter Leistung der Vorrichtung, die Verreibungszeit möglichst kurz anderseits aber der Verreibungsgrad, das heisst die Güte des Endproduktes möglichst hoch sein soll.
Das optimale Verhältnis lässt sich weitestgehend durch die Einstellung des günstigsten Einzugswinkels zwischen Behälter und Rotor bewirken.
Eine Änderung des Einzugswinkels kann unter Voraussetzung des gleichen Behälters und exzentrischer Lagerung des Rotors in diesem einmal dadurch erzielt werden, dass der Rotor in seinem Durchmesser geändert wird, anderseits aber auch dadurch, dass der Abstand von der Peripherie des Rotors bis zur Innenwand der Mischtrommel geändert wird.
Diese Änderung des Abstandes erfolgt mit Vorteil derart, dass durch die exzentrische Verdrehung der Achslager des Rotors, die Rotorperipherie sich der Innenwand des Mischbehälters nähert bzw. entfernt, wobei der Einzugswinkel eine Anderung erfährt.
Dadurch, dass der Rotor wie auch der Mischbehälter in ihrem Drehsinne durch Getriebe umkehr- und regelbar sind, ist es möglich, durch die Anordnung und Formgebung der Rotorwerkzeuge, die Wirkungsweise des Mischers zu ändern. So besteht ein derartiges Werkzeug zum Mischen und Verreiben aus einem oder mehreren Paaren S-förmig gebogener Platten, die auf der Rotorwelle angeordnet und befestigt sind. Läuft beispielsweise die Rotorwelle im Drehsinne rechts, so arbeitet das Werkzeug als Mischer, im Drehsinne links als Verreiber oder umgekehrt.
In den Zeichnungen ist eine der Erfindung entsprechende Vorrichtung beispielsweise und z. T. schematisch dargestellt. Es bedeuten:
Fig. 1 den äusseren Aufbau eines Mischers,
Fig. 2 den Mischer in einer anderen Ausführungsform, und zwar mit einem Doppelmantel,
Fig. 3 ein Schema der Anordnung;
Fig. 3a zeigt Einzelheiten der Fig. 3 in grösserem Massstab,
Fig. 4 die Lagerung eines Drehzapfens des Mischbehälters mit Zu- und Abführungseinrichtung für ein Kühl- und Heizmittel,
Fig. 5 die Anordnung des Mischwerkzeuges in der Trommel,
Fig. 6 die Ausbildung eines Werkzeuges zum Walzen eines Stoffes,
Fig. 7 ein Werkzeug, dessen Wirkungsweise sich durch Umkehr der Drehrichtung ändert,
Fig. 8 ein kombiniertes Werkzeug,
Fig. 9 ein aus zwei Halbteilen bestehendes Werkzeug im Seiten- und Aufriss.
In der Mischtrommel 1 ist das Mischwerkzeug 2 in Flanschen 3 gelagert. Die das Mischwerkzeug tragende Welle 4 (49) besitzt Dichtungsmittel 5 und trägt auf einer Seite der Trommel ein Antriebsrad 6, welches von einer losen - hier im Beispiel nach Fig. 1 - Keilriemenbuchse 7 auf der Achse 8 betrieben wird. Die Achse 8 ist mit der Wand 9 der Mischtrommel fest verbunden und auf einer Konsole 10 in einem Lager 11 drehbar gelagert.
Auf oder an der gleichen Konsole ist ein Motor 12 befestigt, wobei die Keilriemenscheibe 14 die Buchse 7 und damit das Mischwerkzeug 2 betreibt.
Gleichachsig mit der Achse 8 befindet sich an der Seitenwand 15 und mit dieser fest verbunden eine Achse, welche in einem Lager 17 auf der rechten Konsole 18 drehbar gelagert ist. Auf der von der Mischtrommel abgekehrten Seite des Lagers 17 ist die Achse 16 mit einer Kupplung 19 ausgerüstet, welche die Verbindung zu einem Getriebe z. B.
Schneckengetriebe 20, herstellt, das von einem Motor 21 angetrieben wird.
Ein Gegengewicht 23 zum Mischwerkzeug 2 sowie ein Ventil 23' zur Regulierung eines gewünschten Innendruckes, sei es ein Unter- oder Überdruck oder aber auch eine Nivellierung des Innendruckes gegen über dem Aussendruck, sind auf je einer der Seitenwände 9 oder 15 angebracht, obwohl sich diese auch an anderen Stellen befinden könnten.
In einer anderen Ausführungsform gemäss Fig. 2 erfolgt der Antrieb des Mischwerkzeuges 2 wie auch der Mischtrommel 1 nur von einer Seite der Maschine, während von der anderen Seite das Beheizungs- oder Kühlmittel der Vorrichtung zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist die Mischtrommel 1 doppelwandig ausgebildet, bestehend aus den Innenwänden 9 und 15 und den Aussenwänden 24 und 25.
Die Drehachse 26 ist mit der Trommel 1 fest verbunden. Auf ihr ist die Buchse 7 lose gelagert, deren Antrieb entsprechend Fig. 1 erfolgt. Die Drehung der Trommel erfolgt über die Achse 26, wobei das Getriebe 19 bis 22 nunmehr auf oder an der linken Konsole 10 befestigt ist.
Gemäss dem Beispiel sind nach Fig. 2 sowohl das Mischwerkzeug durch ein Getriebe 13 wie auch die Trommel durch ein Getriebe 22 in bezug auf ihre Dreh richtung wie auch in ihrer Drehzahl regel- undloder einstellbar.
In einer besonderen Ausführungsform ist auf der Trommel 1 ein Einfülltrichter la aufgesetzt, der in Fig. 2 nur gestrichelt angedeutet ist.
Die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels geschieht durch den - hier im Beispiel - rechten Lagerzapfen 27 (Fig. 4), der sich bei 28 z. B. in Gleitlager 29 gegen die Konsole 18 abstützt.
Der Lagerzapfen ist mit einer Bohrung 30 versehen, die an der Seite der Trommelwand durch eine Platte 31 dichtend abgeschlossen ist. Ein Zentralrohr 32 erstreckt sich axial durch die Bohrung 30 und ist bei 33 abgewinkelt und durch eine radial verlaufende Bohrung 34 im Lagerzapfen und Flansch 35 hindurchgeführt.
Eine gegen die erstere radial verlaufende und versetzte Bohrung 36 nimmt einen Rohrstutzen 37 auf, der mit dem Zapfen 27 dichtend verschraubt ist. Beide Rohre 32 und 37 drehen sich also mit dem Zapfen 27. Neben dem Lager 28 ist auf der Konsole 18 ein Böckchen 38 befestigt, das über das Ende 39 des Zapfens 27 ragt. In der Höhe des Böckchens ist eine Dichtungspackung 41 eingelassen, welche durch eine Muffe 42 mittels Schrauben 43 dichtend geschlossen ist. Die Muffe ist fernerhin mit einem Durchgang 40 versehen, durch den das Zentralrohr 32 hindurchragt, das bei 44 ebenfalls von einer Dichtung 45 umgeben ist, die mittels eines Ringes 46 angezogen werden kann. Am Ring 46 ist die Zuführungsleitung 47 und in der Muffe 42 der Ablaufstutzen 48 für das Kühlund Heizmittel angeschlossen, die sich bei drehender Welle 35, 27 in Ruhe befinden.
Für den Mischer ist die Anordnung der Mischwerkzeuge im Mischbehälter von besonderer Bedeutung. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist mit d der Durchmesser des Mischwerkzeuges oder dergleichen und mit D die lichte Weite des Mischbehälters bezeichnet. Ferner ist mit e der Radius des Trommelkreises genannt, dessen Mittelpunkt die Drehachse der Trommel ist.
Zwei im Durchmesser verschieden grosse Mischwerkzeuge sind mit K1 und K2 bezeichnet. Die Tangenten vom Punkte des kürzesten Abstandes von der Trommel zum Mischwerkzeug, fussend auf der Trommel-Innenwand und tangierend mit den Peripherien der verschieden grossen Mischwerkzeuge, bilden mit der Horizontalen die Einzugwinkel al und a2 (Fig. 3).
In Fig. 3a ist deutlicher ersichtlich, wie die Tangente vom Fusspunkt F zum Berührungspunkt mit dem Werkzeug geführt wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wächst bei gleichbleibendem Abstand h mit kleiner werdendem Durchmesser d der Winkel; oder aber auch bei gleichbleibendem Durchmesser d und bei grösser werdendem Abstand h.
Der Winkel a ist von besonderer Bedeutung für das Einzugsvermögen des Mischgutes, der für ein bestimmtes Gut nicht unter ein spezifisches Mass absinken darf, andernfalls wird der Einzug des Gutes ganz oder teilweise unterbunden.
Ebenso ist für ein bestimmtes Gut ein optimales Mass für den Einzugswinkel gegeben.
So ist es beispielsweise möglich, bei kleiner werdendem Abstand h den gleichen Einzugswinkel aufrechtzuerhalten, wenn der Durchmesser d des Mischwerkzeuges ebenfalls kleiner wird oder umgekehrt.
Die Trommel 1 rotiert nunmehr um eine Achse durch den Punkt P, so dass das Mischgut im Bereich des Mischers einer Relativgeschwindigkeit u ausgesetzt ist.
Dieser beträgt u = -(dn, i 2 es2) [m/s]
60 wobei n1 die Drehzahl des Mischwerkzeuges und n2 die Drehzahl in Ulmin. der Trommel bedeutet. Die Vorzeichen sind als Drehrichtungsvorzeichen zu betrachten. Bei hohen Umlaufzahlen des Mischwerkzeuges ist die Relativgeschwindigkeit von untergeordneter Bedeutung. Insbesondere soll durch die Drehung der Trommel eine kräftige Umwälzung des Gutes bewirkt werden. Die Drehzahl der Trommel kann den besonderen Gegebenheiten angeglichen werden, wobei die durch die Umfangsgeschwindigkeit auftretenden Beschleunigungen im allgemeinen nicht grösser als die Erdbeschleunigung ist.
Nach der im vorhergehenden gegebenen Lehre errechnet sich der Einzugswinkel nach:
EMI3.1
wobei r der Radius des Mischwerkzeuges bedeutet.
Das Mischwerkzeug ist insbesondere für eine Aufgabe zum Mischen und Verreiben verschiedener Pulverarten, wie bekannt, stab- und leistenförmig ausgebildet. Fig. 5 und 6 zeigen ein Rührwerkzeug, welches aus einer Welle 49 besteht, auf der mindestens zwei Halter, z. B. Scheiben 50, befestigt sind. Zwischen den Scheiben sind Stäbe 51 angeordnet, die im Beispiel einen Kreisquerschnitt besitzen und für spezielle Aufgaben, wie z. B. zum Verdichten, Verreiben drehbar auf Achsen 52 gelagert sind.
Auch besteht die Möglichkeit, anstelle der Scheiben 50 radial verlaufende Stege zu verwenden, welche die Stäbe 51 tragen. Die Scheiben oder Stege sind direkt an einem Bundring 53 befestigt, der beispielsweise auf der Welle 49 mittels eines Keiles gegen Drehung und Verschiebung gesichert ist.
Der Ring 53 trägt einen Kragen 54, der gegen eine Dichtung 55 lastet. Der notwendige Andruck der Dichtung wird dabei durch einen im Flansch 56 verschiebbar gelagerten und unter dem Druck einer Feder 57 stehenden Muffenring 58 erzeugt.
Eine auf dem Muffenring sitzende Nase 59 wird in einer im Flanschbund 60 eingebrachten Nute 61 geführt, so dass der Muffenring gegen eine Verdrehung gesichert ist.
Der Muffenring ist dabei mit einer Dichtung 62 umkleidet, die in einer Aussparung im Flanschbund 60 eingelassen ist. Die Feder 57 ist mittels eines Spannringes 64 in bezug auf ihre Andruckkraft einstellbar.
Die Welle 49 ist an beiden Enden (von denen in der Zeichnung nur eins gezeigt ist) in einem Pendelrollenlager 65 gelagert, das in einer Kappe 66 eingelassen ist. Die Kappe ist dabei in bekannter Weise mittels Schrauben 67 mit dem Flansch 56 verbunden.
Ein mit einer Dichtung 68 versehener Ringteller 69 schliesst die Welle 49 dichtend ab, so dass das durch die Bohrung 70 eingeführte Schmierfett nicht auslaufen kann.
An einem Ende der Welle, z. B. bei 71, ist die Triebscheibe 6, z. B. eine Riemenscheibe, mittels eines Keiles 72 und eines Tellers 73 befestigt.
Wie insbesondere aus der Fig. 5 ersichtlich, ist die Mischwerkzeugwelle 49 exzentrisch in bezug auf den Bund des Flansches 56 gelagert. Hierbei soll der radiale Abstand von Mitte Welle bis Bund m bzw.
n betragen.
Durch ein Verdrehen des Flansches kann der Zwischenraum n in den Grenzen der Exzentrizität n-m geändert werden.
Gemäss Fig. 6 kann das Mischwerkzeug auch mit einer Vielzahl von Walzenkörpern 53, welche auf Stäbe 52 drehbar gelagert sind, ausgerüstet sein. Die Walzenkörper besitzen dabei an ihren jeweiligen Enden Platten, mit Lagern 55', die ein Eindringen des Mischgutes in den erweiterten Innenraum verhindern.
Durch Wahl des Walzendurchmessers dt ist die Möglichkeit gegeben, ebenfalls den in Fig. 3 und 5 gezeigten Schlitzraum h beliebig klein zu machen. Es ist dabei vorgesehen, dass ein leichtes Auswechseln der Walzenkörper bei Verwendung des Mischers für die verschiedensten Aufgaben stattfinden kann.
Nach Fig. 7 besteht ein Mischwerkzeug, welches durch die Umkehr der Drehrichtung seine Funktion ändert, aus in einer Drehrichtung abgebogenen Platten 75 bis 78, die z. B. radial auf der Mischwerkzeugwelle 49 befestigt sind.
Dreht sich beispielsweise das Werkzeug in Richtung des Pfeils 79, so wird der Mischer das Mischgut aufwirbeln und damit auflockern, während bei der Drehung in Richtung des Pfeils 80 zwischen Boden 81 und Platten eine Reibwirkung auf das Mischgut ausgeübt wird.
Nach Fig. 8 kann der Rotor mehrere verschiedenartige an und für sich bekannte Einzelwerkzeuge in mehreren Gruppen 83, 84 und 85 besitzen. So bestehen beispielsweise die Gruppen 83 und 85, aus zwei Werkzeugen 86 und 87, wobei 86 eine Messerwelle darstellt, während 87 eine durchlochte Platte ist. Die Werkzeuge der Gruppe 84 sind Wendeschaufeln.
In der Fig. 9 ist ein geteiltes Werkzeug dargestellt. Dieses besteht aus den beiden Hälften 90 und 91. Die beiden Halbwerkzeuge sind im Beispiel durch Schrauben 92, welche durch die geteilten Seitenplatten hindurchgeführt sind, miteinander verbunden.
Beim Anziehen der Schrauben legt sich die Bohrung 93 nach Art einer Rohrschelle um die Welle 49. Die Bohrung besitzt im gegebenen Falle Mittel, hier im Beispiel eine Keilnute 94, welche das geteilte Werkzeug gegen eine Verdrehung sichern.
Es können auch andere, nicht gezeigte und an und für sich bekannte Einrichtungen zur Anwendung kommen, z. B. Rührwerkzeuge, gabelförmige Zinken, schraubenförmig verwundene Platten und Werkzeuge, deren Durchmesser in bezug auf den Abstand h einstellbar sind. In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der zum Antrieb des Behälters dienende Lagerzapfen 26 hohl auszubilden. Vornehmlich dient diese Öffnung zur Einführung eines schaufelartigen Werkzeuges 96, welches an einer Stange befestigt ist, um während des Betriebes Mischproben aus dem Innenraum der Trommel zu entnehmen. Die Öffnung kann jedoch auch dazu benutzt werden, um hier eine Be- und/oder Entlüftung oder eine Zuführungsleitung für ein in den Behälter in den Zwischenraum des Behälters einzubringendes Mittel, z.
B. elektrischen Strom für einen Wärmeerzeuger, ein beliebiges Messwerkzeug 100, ein Mischgut, eine Flüssigkeit, ein chemisches Reagenz oder dergleichen einzuführen.
An allen wichtigen Stellen des Mischers können Messwerkzeuge vorgesehen sein, welche die Temperatur und den Druck im Innenraum des Mischbehälters, im Mantel des Mischbehälters und an sonstigen nicht gezeigten Stellen anzeigen.