Misch- und Knetvorrichtung

Abstract

 Bei einer Misch- und Knetvorrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse gelagerten Kneterwelle (2), sind an die­ser in axialem Abstand senkrecht stehende Scheibenelemente (8) vorgesehen, die im wesentlichen quer zur Ebene der Schei­benelemente angeordnete und der Gehäusewand (1) mit geringem Abstand gegenüberstehende Schableisten (10) tragen, wobei die Gehäusewand, die Kneterwelle sowie die Scheibenelemente heiz- und kühlbar ausgeführt sein können.
Um in dem von zwei axial benachbarten Scheibenelementen, der Gehäuseinnenwand und der Kneterwelle umschlossenen To­rusraum eine intensive Durchmischung sämtlicher Produktbe­standteile zu erzielen und um eine gleichmäßige Verweil­zeit aller im Reaktionsraum befindlicher Produktpartikel zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß in den Torusraum mindestens ein mit dem Gehäuse oder der Kneterwelle ver­bundener Mischerarm (12) soweit hineinragt, daß er mindestens in der Nähe der axialen und radialen Mitte des Torusraum­querschnitts verläuft und auf das dort befindliche Gut bzw. Produkt eine Rühr- und/oder Transportwirkung ausübt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Knetvor­richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

[0002] Eine Misch- und Knetvorrichtung dieser Art ist aus der DE-PS 23 49 106 bekannt, bei der sich jeweils zwischen zwei benachbarten Scheiben ein von diesen und dem Gehäuse sowie der Welle begrenzter torusförmiger Ringraum bildet, der nur in seinen Randbereichen von hakenförmigen, gehäu­sefesten Knet- und Schabelementen erfaßt wird. Im Inneren dieses Torusraumes ist aber eine Durchmischung der Produk­tes nicht gewährleistet, was zu nicht ausreichender Pro­dukthomogenität führen kann.

[0003] Ein weiterer Nachteil kann sich dadurch ergeben, daß im Inneren des Torusraumes Produktrückstände verbleiben, die nicht ausgetragen werden können, wodurch das neu zugeführ­te, im Reaktor zu behandelnde Produkt geschädigt werden kann. Beim Chargenwechsel können somit unerwünschte Pro­duktvermischungen zwischen Frisch und Fertigproduckt entstehen.

[0004] Der Efindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im gesam­ten Produkt- bzw. Reaktionsraum eine intensive Durchmi­schung der verschiedenen Produktkomponenten zu erzielen, wobei eine gleichmäßige Verweilzeit aller im Reaktionsraum befindlicher Produktpartikel erreicht werden soll.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Damit lassen sich neben der Ge­währleistung eines kontinuierlichen axialen Produkttrans­ports Totzonen bzw. nicht gerührte Produkträume vermeiden. Die Anordnung der pflugscharartigen Umlenkflächen sorgt darüberhinaus dafür, daß im mittleren Bereich des Torus­raumes umlaufende Produktmassen ständig umgeschichtet wer­den und den heiz- und kühlbaren Gehäuse- und Knetwellen­flächen zugeführt werden.

[0006] Durch eine verwundene Ausbildung der Schneidkante und der Umlenkfläche längs des vorzugsweise diagonal verlaufenden Mischarms sind die Förderkomponenten beliebig veränderbar, beispielsweise kann in Bereichen der Kneterwelle eine stärkere Steigung vorgesehen werden, um auch bei der in diesem Bereich gegebenen geringeren Umfangsgeschwindigkeit des Produktstromes ausreichende Förderkomponenten in radi­aler und axialer Richtung zu erhalten.

[0007] Vorzugsweise sind bei der Anordnung von mehreren in einen Torusraum ragenden Mischerarmen deren Diagonalrichtungen in Bezug auf eine radiale Achse R-R spiegelbildlich ab­wechselnd angeordnet, wodurch sich eine besonders wirksame Durchsetzung des Torusraumes mit Mischerarmen ergibt.

[0008] Um einerseits eine starke axiale Förderkomponente und an­dererseits eine gute Beaufschlagung der heizbaren Oberflä­chen des Gehäuses und der Kneterwelle zu erzielen sind die Umlenkflächen der Querschnittprofile zweier spiegelbild­lich diagonal versetzt angeordneter Mischerarme derart ge­staltet, daß beide Umlenkflächen Ablenkungskomponenten des Produktstroms in dieselbe Axialrichtung und in entgegenge­setzt gerichtete Radialrichtung ergeben.

[0009] In einer bevorzugten Ausführungsform ragen in den radial inneren Produktraum an der Kneterwelle befestigte Zusatz-­Mischarme, die in diesem Bereich für eine zusätzliche Um­schichtung und Durchmischung sorgen. Vorteilhafterweise weist der Zusatz-Mischarm den diagonalen Mischerarmen in einem Scherspalt parallel zugeordnete Scherkanten auf, durch die das Produkt eine intensive Scherung und Quet­schung erfährt.

[0010] Der Zusatz-Mischerarm kann dabei lediglich eine Scherkante tragen oder zwei Scherkanten, die abwechselnd an den spie­gelbildlich diagonal versetzten Mischerarmen vorbeigeführt werden.

[0011] Zur kontinuierlichen Abreinigung der Oberflächen des Scheibenelements sowie der Kneterwelle ist am gehäusefe­sten Mischerarm ein L-förmiger Schaber angeordnet, von dem der eine Schenkel das Scheibenelement und der andere Schenkel die Kneterwelle abschabt.

[0012] Zur Abreinigung des radial stehenden Teils des Mischerarms sind an den Enden der Schaberleisten radial nach innen ge­richtete Rührer angeordnet, die gleichzeitig auch noch zur Durchmischung des radial äußeren Produktraumes beitragen. Neben dem Schabe- bzw. Abreinigungseffekt bewirken die Rührer mit dem senkrecht stehenden Teil des Mischerarms auch noch eine intensive Durchrührung der in diesem Be­reich befindlichen Produktmenge.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­hand der Zeichnung näher erläutert.

[0014] Es zeigen

Fig. 1 eine Misch- und Knetvorichtung mit einem aufge­brochenen Teilbereich des Gehäuses,

Fig. 2 den aufgebrochenen Teilbereich aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Teilstück der Misch- und Knetvorrichtung gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Mischarm und eine Scherkante gemäß Schnittlinie IV-IV in Fig. 2 und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Misch- und Knetvorrichtung mit einem aufgebrochenen Teilbe­reich des Gehäuses.

[0015] Die Fig. 1 stellt eine Misch- und Knetvorrichtung mit einer in einem zylindrischen Gehäuse 1 koaxial angeordne­ten Kneterwelle 2 dar, die jeweils in einer, daß Gehäuse abschließenden Stirnwand 3 und 4 gelagert ist. Die Kneter­welle 2 durchsetzt die Stirnwand 4 und ist mit einem An­triebsaggregat 5 gekoppelt. Im Bereich der Stirnwand 4 be­findet sich eine Einfüllöffnung 6 und im Bereich der Stirnwand 3 eine Auslaßöffnung 7.

[0016] Das zylindrische Gehäuse 1 ist in einem mittleren Teilbe­reich aufgebrochen dargestellt, in den die Kneterwelle 2 und weitere Funktionselemente ersichtlich sind, die deut­licher aus den nachfolgend erläuterten Figuren 2 bis 4 hervorgehen.

[0017] Die Fig. 2 zeigt das Gehäuse 1 mit darin gelagerter Kne­terwelle 2, auf der in senkrecht zur Gehäuse- bzw. Kneter­wellenachse liegenden Ebenen Scheibenelemente 8 angeordnet sind, die unter Einschluß eines Spaltes bis zur Gehäusein­nenwand reichen. Wie aus Fig. 3 zu ersehen, weisen die Scheibenelemente 8 eine einem Sektor von 60° entspre­chende Fläche auf, wobei in einer Ebene jeweils drei Scheibenelemente 8 um 120° versetzt angeordnet sind.

[0018] An der radial äußeren, in Bezug auf die Drehrichtung (Pfeil 9) vorderen Kante der Scheibenelemente 8 tragen diese quer verlaufende Schableisten 10, die mit der Gehäu­seinnenwand einen Schabspalt einschließen und zu einer axialen Mantellinie des Gehäuses in einem Winkel angeord­net sein können. An ihren Enden tragen die Schableisten 10 radial nach innen gerichtete Rührer 11.

[0019] In der Gehäusewand ist mittig zwischen zwei Ebenen von Scheibenelementen 8 ein Mischerarm 12 befestigt, der in einem ersten Teilstück 12a radial nach innnen gerichtete ist und anschließend in einem Winkel von 45° zu dem in Fig. 2 linken Scheibenelement 8 abknickt. Ein weiterer, in Fig. 2 in unterbrochenen Linien dargestellter Mischerarm 12' ist zum rechten Scheibenelement 8 abgeknickt und stellt den in Umfangsrichtung nachfolgenden Mischerarm dar, der zum Zweck der Verdeutlichung in die Bildebene von Fig. 2 geschwenkt ist. Vorzugsweise sind, in Umfangsrichtung um jeweils 180° versetzt, zwei Mischerarme mit wechselnder Abknickrichtung angeordnet.

[0020] An ihren Enden tragen die Mischerarme 12, 12' L-förmige Schaber 13, 13' von denen jeweils der eine Schenkel der Oberfläche der Scheibenelemente 8 und der andere Schenkel der Oberfläche der Kneterwelle 2 zugeordnet ist.

[0021] Die Abgewinkelten Mischerarme 12, 12' unterteilen den von der Innenfläche des Gehäuses 1, der Kneterwelle 2 sowie den axial nebeneinanderliegenden Scheibenelementen 8 um­schlossenen Torusraum in einen radial äußeren Produktraum P₁, P₁' und einen radial inneren Produktraum P₂, P₂'.

[0022] An der Kneterwelle 2 sind in der Ebene zwischen zwei axial benachbarten Scheibenelementen 8 mehrere, vorzugsweise zwei als Zusatz-Mischerarme vorgesehene Mischerarme 14 be­festigt, die den diagonal in den Torusraum ragenden Mi­scherarmen 12, 12' in einem Scherspaltabstand parallel zu­geordnete Scherkanten 15, 15' aufweisen.

[0023] Die Fig. 4 zeigt die Querschnittsflächen eines Mischerar­mes 12 und einer Scherkante 15, die von einem in Umfangs­richtung fließenden Produktstrom angeströmt werden, der von einer am Mischerarm 12 angeordneten Schneidkante 16 zerteilt und in einer anschließenden Umlenkfläche 17 abge­lenkt wird. Der auf der anderen Seite der Schneidkante vorbeifließende Produktstrom wird von der Scherkante 15 erfaßt und während der Vorbeibewegung (Pfeil 18) am statischen Mischerarm 12 einer intensiven Quetsch- und Scherwirkung unterworfen. Dabei kann durch die Ausbildung einer Umlenkfläche 15a noch zusätzlich eine Umlenkung er­zielt werden. Damit lassen sich die durch den Mischerarm 12, 12' bewirkten Strömungseffekte, noch in beliebiger Weise beeinflussen.

[0024] Die Schneidkante 16 verläuft auf dem in Fig. 2 in Volli­nien dargestellten Mischerarm 12 geradlinig, wobei die Um­lenkfläche 17 im radial äußeren Bereich liegt, wodurch der auf diesen Mischerarm 12 auftreffende Produktstrom eine Umlenkung mit radial nach außen gerichteter Förderkompo­nente R₁ und mit einer axial nach links gerichteten För­derkomponente A₁ erfährt.

[0025] Auf dem in Fig. 2 in unterbrochenen Linien dargestellen Mischerarm 12' verläuft die Schneidkante 16' in verwunde­ner Form, wobei die Umlenkfläche 17' im radial inneren Be­reiche liegt, wodurch der auf diesen Mischerarm 12' auf­treffende Produktstrom eine Umlenkung mit radial nach in­nen gerichteter Förderkomponente R₂ und mit der axial nach links gerichteten Förderkomponente A₂ erfährt.

[0026] Durch die zusammen mit der Umlenkfläche 17' verwundene Schneidkante 16' wird erreicht, daß die im radial inneren Bereich mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit strömenden Produktmengen eine die geringere Anströmgeschwindigkeit kompensierende wirksamere Umlenkung erfahren.

[0027] Grundsätzlich kann die Schneidkante 16' mit der Umlenkflä­che 17' auch so verwunden sein, daß der auf den Mischarm auftreffende Produktstrom mit einer Teilmenge radial nach außen und axial nach rechts und mit der anderen Teilmenge radial nach innen und axial nach links abgelenkt wird. Aufgrund der Tatsache, daß ein derartiger Mischerarm den Produktstrom in Teilströme mit entgegengesetzt gerichteten axialen Förderkomponenten aufteilt, stellt sich keine in eine axiale Austragrichtung definierte einheitliche axiale Förderkomponente ein, so daß ein Mischarm mit S-förmig verwundener Schneidkante und Umlenkfläche überwiegend zum Zweck der intensiven Durchmischung verwendet wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn in Umfangsrichtung jeweils Mi­scherarme mit unterschiedlich gerichteten Umlenkflächen aufeinanderfolgen.

[0028] Die Fig. 5 zeigt in Vollinien eine weitere Ausführungsform eines am Gehäuse 1 befestigten Mischerarms 22, der zwi­schen zwei benachbarten Scheibenelementen 8 radial nach innen bis zur Kneterwelle 2 ragt und dort in einen L

för­migen Schaber 23 abwinkelt, von dem der eine Schenkel dem Scheibenelement 8 und der andere Schenkel der Oberfläche der Kneterwelle 2 zugeordnet ist.

[0029] Der in Fig. 5 in unterbrochenen Linien dargestellte Mi­scherarm 22' mit dem L-förmigen Schaber 23' entspricht spiegelbildlich dem in Vollinien dargestellten Mischerarm 22 und dessen Schaber 23 und ist zur Bildebene der Fig. 5 um 180° versetzt im Gehäuse angeordnet.

[0030] Der radial verlaufende Mischerarm 22, 22' kann gleichfalls mit einer Schneidkante und einer oder zwei Umlenkflächen versehen sein, wodurch das umlaufende Produkt in radialer und/oder axialer Förderrichtung umlenkbar ist, so daß so­wohl eine gute Anströmung der beheizten Flächen vom Gehäu­se und Kneterwelle als auch eine einheitliche axiale För­derung des Produkts erzielbar ist.

[0031] Die Umlenkfläche kann dabei über die radiale Erstreckung des Mischerarms 22, 22' nach Art einer Pflugschar so ver­wunden sein, daß sich in der oberen Hälfte eine Anströ­mungskomponente in Richtung des Gehäuses und in der unten Hälfte eine Anströmungskomponente in Richtung der Kneter­welle einstellt, wobei aber bei beiden Hälften eine ein­heitliche, in Transportrichtung weisende axiale Strömungs­komponente gegeben ist.

[0032] Die dargestellten Misch- und Knetvorrichtungen sind beson­ders für den kontinuierlichen Betrieb geeignet, da durch die in gleiche Richtung wirkenden Axialkomponenten A₁ und A₂ dem Produkt über den gesamten Produktraum eine axiale Förderkomponente mitgeteilt wird, wobei aber auch gewährleistet ist, daß die Produktmasse aus allen Raumbe­reichen erfaßt, umgeschichtet und den heiz- oder kühlbaren Oberflächen des Gehäuses, der Kneterwelle und der Schei­benelemente in einer ständigen Strömung zugeführt wird.

[0033] Die erfindungsgemäße Misch- und Knetvorrichtung kann je­doch auch gleichermaßen für einen chargenweisen Betrieb genutzt werden, wenn z. B. nur Mischerarme 12 angeordnet werden, wie sie in Fig. 2 in Vollinien dargestellt sind. Damit werden ständig Produktmassen aus dem mittleren To­rusbereich erfaßt und mit radialer Komponente R₁ zur heizbaren Wand des Gehäuses transportiert und mit axialer Komponente A₁ zu der Stirnwand 3 der Misch- und Knetvor­richtung gefördert. Beim Auftreffen des Produktstromes an der Stirnwand überwälzt sich dieser und strömt im radial inneren, der Kneterwelle zugeordneten Produktbereich P₂, P₂' wieder zurück, wobei der Produktstrom durch Einwir­kung der als Zusatzmischerarme ausgebildeten Mischerarme 14 und der Schaber 13 weiter intensiv durchmischt wird. Die Produktentleerung erfolgt dabei vorteilhafterweise über einen in radial inneren Bereich der Stirnwand 4 gele­genen Auslaßstutzen (nicht dargestellt).

Ansprüche

1. Misch- und Knetvorrichtung für die mechanische, che­mische und thermische Behandlung von Materialien, die flüssige, gasförmige, pastöse, granulatförmige oder pulvrige Konsistenz aufweisen und aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt sein können, wobei den Materialien während der Behandlung chemische und/oder katalytische Reaktionsmittel zusetzbar sind und die Behandlungszustände hinsichtlich Druck, Vakuum und thermischer Beaufschlagung und durch Zu- oder Abfuhr von Gasen oder Dämpfen variierbar sind, mit einer in einem zylindrischen Gehäuse gelagerten Kneterwelle, an der in axialem Abstand senkrecht zur Kneterwelle stehende Scheibenelemente vorgesehen sind, die im we­sentlichen quer zur Ebene der Scheibenelemente ange­ordnete und der Gehäusewand mit geringem Abstand ge­genüberstehende Schableisten tragen, wobei die Gehäu­sewand, die Kneterwelle sowie die Scheibenelemente heiz- und/oder kühlbar ausgeführt sein können, da­durch gekennzeichnet, daß in den, jeweils von der Innenwand des Gehäuses (1), der Ober­fläche der Kneterwelle (2) sowie von den Wandungen zweier axial benachbarter Scheibenelemente (8) um­schlossenen Torusraum mindestens ein mit dem Gehäuse (1) oder der Kneterwelle (2) verbundener Mischerarm (12, 12'; 14; 22; 22') soweit hineinragt, daß er mindestens in der Nähe der axialen und radialen Mitte des Torusraumquerschnitts verläuft und auf das dort befindliche Gut eine Rühr- und/oder Transportwirkung ausübt.

2. Misch- und Knetvorrichtung nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, daß der Mi­scherarm (12, 12'; 14; 22; 22') ein pflugscharartiges Querschnittsprofil mit einer Schneidkante (16, 16') und einer im Winkel zur Umfangsrichtung angestellten Umlenkfläche (17, 17') zur Ausübung einer axial und/­oder radial gerichteten Förderwirkung auf das Produkt aufweist.

3. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischerarm (12, 12'; 14) etwa in Diagonal­richtung des Torusraumquerschnitts verläuft und die­sen in einen der Gehäusewand zugeordneten äußeren Produktraum P₁, P₁' und einen der Kneterwelle (2) zugeordneten inneren Produktraum P₂, P₂' unter­teilt, wobei die von der Umlenkfläche (17, 17') aus­geübte, Förderwirkung axial und radial zum inneren oder äußeren Produktraum gerichtet ist.

4. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (16, 16') und die Umlenkfläche (17, 17') des Querschnittprofils entlang der Erstrek­kung des Mischerarms (12, 12'; 14; 22, 22') verwun­den sind.

5. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung von mehreren in einen Torusraum ragenden Mischerarmen (12, 12'; 14) deren Diagonal­richtung in Bezug auf eine radiale Achse R-R spiegel­bildlich abwechselt.

6. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkflächen (17, 17') jeweils zweier auf­einanderfolgender Mischerarme (12, 12'; 14; 22; 22') derart gestaltet sind, daß beide Umlenkflächen (17, 17') eine Ablenkung des Produktstroms in dieselbe Axialrichtung (A₁, A₂) und in entgegengesetzt ge­richtete Radialrichtung (R₁, R₂) ergeben.

7. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) bzw. an der Kneterwelle (2) befe­stigte Mischerarme (12, 12', 14; 22; 22') in entge­gengesetzer Radial- und in einheitliche Axialrichtung angestellte Umlenkflächen aufweisen.

8. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei am Gehäuse (1) befestigten Mischerarmen (12, 12') diesen in einem parallelen Scherspalt Quetsch- oder Scherkanten (15, 15') eines oder mehrerer, als Zusatz-Mischerarme vorgesehener, an der Kneterwelle (2) befestigter Mischerarme (14) zugeordnet sind.

9. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Mischerarm (12, 12') ein L-förmiger Schaber (13, 13') angeordnet ist, von dem ein Schenkel der Oberfläche eines Scheibenelements (8) und der andere Schenkel der Oberfläche der Kneterwelle (2) zugeord­net ist.

10. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Scheibenelementen (8) befestigten Schableisten (10) an beiden Enden radial nach innen in den Produktraum P₁, P₁' gerichtete Rührer (11) tragen.

11. Misch- und Knetvorrichtung nach Anspruch 10, da­durch gekennzeichnet, daß die Rüh­rer (11) den radial gerichteten Bereichen der Mi­scherarme (12, 12') als Schaber zugeordnet sind.

12. Misch- und Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schableisten (10) in an sich bekannter Weise in einem Winkel zur axialen Mantellinie des Gehäuses (1) angeordnet sind.

Zeichnung