CH680196A5

CH680196A5 -

Info

Publication number: CH680196A5
Application number: CH551/88A
Authority: CH
Inventors: Heinz List
Original assignee: List Ag
Priority date: 1988-02-16
Filing date: 1988-02-16
Publication date: 1992-07-15
Also published as: US4950081A; SU1766239A3; JPH0252030A; CA1299168C; DD283337A5; EP0329092A1

Description

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CH 680 196 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Knetmischer für die Durchführung mechanischer, chemischer und thermischer Prozesse entsprechend dem Oberbegriff in Patentanspruch 1.

Nach CH-PS 506 322 ist eine mehrspindelige Misch- und Knetmaschine bekannt, deren eine Welle mit radialen Scheibenelementen und zwischen den Scheiben angeordneten axial ausgerichteten Knetbarren versehen ist (Scheibenwelle), in die auf einer zweiten parallelen Rührwelle (Knetwelle) angeordnete rahmenartige Knetelemente eingreifen, die die Scheiben und Knetbarren der Scheibenwelle abreinigen. Die durch diese Knetelemente auf der Knetwelle in Zusammenarbeit mit den Scheiben und Knetbarren der Scheibenwelle auf das verarbeitete Produkt ausgeübten Scherkräfte und Mischbewegungen haben sich für einen Makromischeffekt als sehr gut erwiesen, aber oft ungenügend bzw. sehr zeitaufwendig für den Mikrokneteffekt, der bei vielen Produkten für das Zerstören der Agglomerate benötigt wird.

Die vorliegende Erfindung gemäss dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 ergibt eine bedeutende Verbesserung des Mikrokneteffektes und damit eine wesentliche Erweiterung der Anwendung.

Die Erfindung ist in den beiliegenden Skizzen wie folgt dargestellt:

Fig. 1 Seitenansicht des Knetmischers.

Fig. 2 Draufsicht auf den Knetmischer, mit teilweise aufgeschnittenem Gehäuse.

Fig. 3 Perspektivische Darstellung des Arbeitsprinzips mit Knetelementen auf der Knetwelle.

Fig. 4 Draufsicht auf einen Rührerabschnitt bei oben geöffnetem Gehäuse.

Fig. 5 Querschnitt nach Linie I-l der Fig. 4.

Fig. 6 Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 4.

Fig. 7 Querschnitt nach Linie III-III der Fig. 4.

Fig. 8 Abwicklungs-Skizze zur Darstellung der Funktion der Knetelemente mit radialem Knetspalt in rahmenartiger Ausführung.

Fig. 9 Draufsicht auf Rührerabschnitte bei oben geöffnetem Gehäuse.

Fig. 10 Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 9.

Fig. 11 Querschnitt nach Linie V-V der Fig. 9.

Fig. 12 Querschnitt nach Linie Vl-Vl der Fig. 9.

Fig. 13 Abwicklungs-Skizze zur Darstellung der Funktion der Knetelemente mit nur einseitig angeordneten Knetbarren.

Der Aufbau des Mischkneters ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Knetmischer, wobei ein Abschnitt zur besseren Darstellung der Rührer mit einem geschnittenen Gehäuse gezeichnet ist.

Entsprechend den beiden ineinandergreifenden Rührwellen hat das Gehäuse im Querschnitt die Form einer acht, wie dies aus den Fig. 5 bis 7 ersichtlich ist. Das Gehäuse 1 besteht aus den Gehäuseteilen 2 und 3 sowie dem Auslaufgehäuse 4, die mittels Flanschen zusammengeschraubt sind. Es ist stirnseitig jeweils mit den Stirnwänden 5 und 6 abgeschlossen, an die sich die Laternen 7 und 8 mit den Rührwellenlagern 9 und 10 sowie 11 und 12 anschlies-sen. Der Durchtritt der Rührwellenzapfen durch die Stirnwände ist mittels Stopfbüchsen 13 bekannter Bauart versehen. Die Abstützung des Knetmischers erfolgt mit den Füssen 14. 15 ist ein Getriebe, das eine Scheibenwelle 22 und eine Knetwelle 29 im gewünschten Drehzahlverhältnis miteinander koppelt. Der Antriebswellenzapfen 16 kann in beliebiger Weise wiederum von einem Getriebe und einem Antriebsaggregat angetrieben werden. 17 ist der Aufgabestutzen für das Produkt, das die Maschine am Auslaufstutzen 18 verlässt. 19 ist ein Stutzen für den Abzug von Gasen und Dämpfen, während mit 20 verschiedene Stutzen für die Entleerung der Maschine bezeichnet sind.

Für eine klare Darstellung des Arbeitsprinzips ist in allen Figuren und in der Beschreibung eine Ausführung gezeigt, bei der die angetriebene schnellerlaufende Knetwelle 29 vier Mal rascher umläuft als die über das Getriebe 15 angetriebene Scheibenwelle 22. Selbstverständlich ist es ohne Schwierigkeiten möglich, auch andere zweckmässige Übersetzungen zwischen den beiden Wellen 22 und 29 vorzusehen.

Die Scheibenwelle 22 besteht aus einem Zentralrohr 23 mit seitlich angesetzten Wellenzapfen 24 und 25, die in den Lagern 10 und 12 abgestützt sind.

Das Zentralrohr 23 trägt in radialen Ebenen die Scheibenelemente 26, die am äusseren Durchmesser durch die Knetbarren 27 miteinander verbunden sind. Diese Knetbarren 27, aber oft auch die Scheibenelemente 26, sind für den besseren Transport des Produktes durch die Maschine meist auf Schneckenlinien angeordnet. Wird für den Prozess ein längeres Verweilzeitspektrum gewünscht, können einzelne Knetbarren auch mit einer Neigung für einen Rücktransport angeordnet sein. Mit den Knetbarren 27 dieser Scheibenwelle kämmen die auf der Knetwelle 29 angeordneten Knetelemente 34. Die Knetwelle 29 besteht aus einem Zentralrohr 30, in das die Wellenzapfen 31 und 32, die in den Lagern 9 und 11 abgestützt sind, eingesetzt sind. Auf dem Zentralrohr 30 sind, meist ebenfalls auf einer Schneckenlinie, die Knetelemente 34 angeordnet, von denen jedes aus den radialen Teilen 35 und 36 sowie dem diese beiden radialen Elemente verbindenden Knetbarren 37 besteht.

Zwischen dem Gehäuseteil 3 und dem Auslaufteil 4 ist eine Niveauplatte 21 eingesetzt, die die Füllung der Maschine in der Art eines Überlaufwehrs reguliert.

Das im Aufgabestutzen 17 dem Knetmischer aufgegebene Produkt wird durch die Neigung der Knetbarren 27, 37 auf den beiden Wellen 22, 29 erfasst und gegen das Auslaufgehäuse 4 hin transportiert. Nach Überwindung der Niveauplatte 21 fällt das Produkt in das Auslaufgehäuse 4 und wird dort durch den Auslaufstutzen 18 ausgetragen.

In Fig. 3 ist der Bewegungsablauf am einfachsten zu erkennen. Während eines Umlaufs der Scheibenwelle 22 greifen die Knetelemente 34 der Knetwelle 29 vier Mal in die Scheibenelemente 26 der Scheibenwelle 22 ein, wobei auch jeweils die Knetbarren 37 der Knetwelie 29 mit den Knetbarren 27

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der Scheibenwelle 22 kämmen und hierbei das Produkt intensiv durchkneten. Gleichzeitig werden die meist beheizten Flächen der Scheibenelemente 22 sowie das Zentralrohr 23 selbst abgereinigt. Bei diesem Vorgang wird das Material zwischen zwei gegenüberliegenden Scheibenflächen in erster Linie radial bewegt, wobei jedoch jeweils ein Teil des Produktes durch Verdrängung gegen die Scheibenelemente 26 gepresst wird. Diese Verdrängung des Produktes durch Knetelemente 34 ergibt eine ausgezeichnete Makromischung und Knetung. Die eigentliche Mikroknetung zur Zerstörung der Agglomerate wird jedoch erfindungsgemäss wesentlich durch die besondere Form der radialen Teile 35 und 36 auf der Knetwelle 29 intensiviert.

Wie Fig. 4 bis 8 zeigen, werden diese radialen Teile 35, 36 so ausgeführt, dass beim Bewegungsabiauf zunächst das Produkt mit einer Schabkante 41 bzw. 45 von den Scheibenelementen 26 abgeschabt wird und von Ableitflächen 42 bzw. 46 in einen Knetspalt 43 bzw. 47 geführt und gepresst wird. In bekannter Weise treten in diesem verengten Knetspalt 43 bzw. 47 zwischen Knetelementen 34 und dem gegenüberliegenden Scheibenelement 26 sehr hohe Scherkräfte auf, die zu einer ausgezeichneten Mikroknetung und Agglomeratzerstörung führen. Auch zur Makromischung trägt dieser Bewegungsablauf wesentlich bei, da das Produkt zwischen den beiden gegenüberliegenden Scheibenflächen axial hin und her bewegt wird. Der Bewegungsablauf selbst ist durch den Längsschnitt Fig. 4 sowie die dazugehörigen Querschnitte 5, 6 und 7 ersichtlich gemacht, in diesen Querschnitten zeigen die radialen Teile 35 und 36 die Form einer Evolventen, die sich aus der kinematischen Abwicklung des Bewegungsablaufes zwischen den beiden Wellen 22, 29 ergibt.

Die Querschnitte der Fig. 5, 6 und 7 stellen eine Scheibenweile 22 dar, auf der vier Scheibenelemente 26 angeordnet sind, zwischen denen Lücken für den Transport des Produktes bestehen. Jeweils vor einer Lücke sind die Scheibenelemente durch die Knetbarren 27 verbunden. Die Knetwirkung lässt sich jedoch dadurch erhöhen, dass man nur eine Lücke pro Scheibenfläche für den Transport des Produktes vorsieht und die anderen Scheibenteile als volle Fläche ausbildet. Dadurch ergibt sich eine grössere Knetfläche für die Zusammenarbeit zwischen den radialen Teilen 35, 36 und den Scheibenelementen 26. Dies führt zu einer Intensivierung der Knetwirkung. Sie wird noch dadurch unterstützt, dass das geknetete Produkt weniger ausweichen kann.

Die Intensität der Knetung hängt - wie schon bei der Reduzierung der Lücken zwischen den Scheibenelementen 26 vermerkt - von der Scheibenfläche ab, die von den Knetelementen 34 der Knetwelle 29 bestrichen wird. Diese Scheibenfläche kann noch dadurch vergrössert werden, dass gemäss Fig. 4 bis 7 in den Lücken zwischen den umlaufenden Knetelementen 34 im Gehäuse der Knetwelle 29 radiale Scheibenelemente 60 als Knetgegenelemente eingesetzt werden.

Die Draufsicht Fig. 9 auf zwei Wellen 50, 54 in einem teilweise aufgeschnittenen Gehäuse, die dazugehörigen Querschnitte Fig. 10 bis 12 und die Abwicklung Fig. 13 der Scheibenwelle 50 mit den dazugehörigen Stellungen der radialen Knetelemente 55, 56 der Knetwelle 54 zeigen eine noch effektivere Anwendung des Erfindungsprinzips. 50 ist die Scheibenwelle mit den Scheibenelementen 51 und den Knetbarren 52 und 53. 54 ist die Knetwelle, auf der die Knetelemente 55 und 56 mit den axialen Knetbarren 57 und 58 befestigt sind.

Das Kennzeichnende dieser Ausführung sind die axialen Knetbarren 52, 53 auf der Scheibenwelle 50 sowie die axialen Knetbarren 57, 58 auf der Knetwelle 54, die sich jeweils nur etwa über die Hälfte der Distanz zwischen den Scheibenebenen erstrecken. Während bei der zuerst geschilderten Ausführung nach den Fig. 4 bis 8 die Anordnung der beiden radialen Teile 35, 36 des Knetelementes 34 zwischen den Scheibenflächen an die verhältnismässig flache Schneckenlinie des Knetbarrens 27 gebunden ist, ermöglicht die ca. halbe Länge der Knetbarren 52, 53 und 57, 58 auf beiden Wellen 50, 54 eine Anordnung der beiden radialen Knetelemente 55, 56 auf der Knetwelle 54, bei der sich jeweils ein radialer Knetspalt für den freien Durchgang des Produktes zwischen der Ableitfläche des Knetelementes 55, 56 und dem gegenüberliegenden Scheibenelement 51 ergibt.

Wie auf den Fig. 10 bis 12 ersichtlich, sind bei der gezeigten Ausführung die radialen Knetelemente 55, 56 der Knetwelle 54 um 180 Grad versetzt. Dies macht es möglich, den radialen Knetspalt entweder durch den Abstand der Scheibenflächen durch die axiale Ausdehnung der Knetelemente 55, 56 beliebig zu verengen oder zu verbreitern, um die Knetwirkung auf bestimmte Produkte zu optimieren. Ausserdem wird der Freiraum für das Hin- und Herschieben des Produkts zwischen zwei Scheibenebenen und damit auch die Makromisch verbessert.

Auch die axiale Transportrichtung für das Produkt lässt sich beeinflussen, wenn die Länge des einen Knetbarrens 52, 53 bzw. 57, 58 einseitig verlängert und der gegenüberliegende Knetbarren 52, 53 bzw. 57, 58 entsprechend verkürzt wird.

In der Ausführung der Knetelemente gemäss den Fig. 9 bis 12 sind die axialen Knetbarren 57, 58 auf den radialen Knetelementen 55, 56 aufgesetzt. Es ist jedoch auch möglich, die Knetelemente 55, 56 in der Breite der Knetbarren auszuführen, so dass ein kompakter Knetzahn entsteht.

Die Misch- und Knetwirkung der radialen Knetelemente 55, 56 lässt sich bei vielen Produkten noch dadurch verbessern, dass die Schabkanten 41, 45 und die anschliessenden Ableitfiächen 42, 46 für das Produkt so aufgeteilt werden, dass zwei oder mehr Produktströme entstehen, die erst wieder im eigentlichen Knetspalt zusammenkommen und dort unter dem Druck der Scherkräfte wieder zusammengeknetet werden.

Der Erfindungsgegenstand, die Anordnung von wirksamen zusätzlichen Knetspalten für eine bessere Mikroknetung des Produktes kann vieler Art variiert werden, sei es durch Änderung des Drehzahlverhältnisses zwischen beiden Wellen, sei es durch Variation der Scheibenelemente, der Anzahl der radialen Knetelemente oder der Anzahl der axialen

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Knetbarren. Ebenso kann das Arbeitsprinzip variiert werden, wenn die beiden Wellen entweder ge-geneinanderlaufende oder gleichlaufende Drehrichtungen haben.

Sämtliche mit dem Produkt in Berührung kommenden Flächen der Maschine sind nach bekanntem System mindestens teilweise heiz- oder kühlbar.

Claims

Patentansprüche

1. Mehrspindeliger Knetmischer zur Durchführung von mechanischen, chemischen und thermischen Prozessen mit mindestens zwei achsparallelen, ineinandergreifenden, rotierenden Rührwellen (22, 50; 29, 54), wobei auf der einen als Scheiben-welie (22, 50) ausgebildeten Rührwelle Scheibenelemente (26, 51) mit daran befestigten annähernd axial ausgerichteten Knetbarren (27, 52, 53) angeordnet sind, die durch Knetelemente (34, 55, 56), die sich auf der anderen achsparallelen, als Knetwelle (29, 54) ausgebildeten Rührwelie befinden, bei gleichzeitiger intensiver Durchknetung gereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetelemente (34, 55, 56) der Knetwelle (29, 54) so geformt sind, dass das von den Scheibenelementen (26, 51) der Scheibenwelle (22, 50) mittels der Schabkanten des Knetelementes ganz oder teilweise abgeschabte Produkt durch die Form von Ableitflächen (42, 46) axial in einen Knetspalt (43, 47) geführt wird, der durch die Ableitfläche (42, 46) und die Fläche des gegenüberliegenden Scheibenelementes (26,51) gebildet wird.

2. Knetmischer nach Patentanspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass die Knetelemente (34) der Knetwelle (29) in der Form eines Rahmens ausgebildet sind, mit einem radialen Teil (35), der das eine Scheibenelement (26) und einem zweiten radialen Teil (36), der das gegenüberliegende Scheibenelement (26) reinigt, und einem Knetbarren (37), der die beiden radialen Teile (35, 36) an ihrem äusseren Ende miteinander verbindet, wobei dieser Knetbarren (37) zwischen zwei Scheibenelemente (26) der Scheibenwelle (27) eingreift.

3. Knetmischer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Knetelemente (55) zu weiteren Knetelementen (56) auf der Knetwelle (54) versetzt angeordnet sind und die axialen Knetbarren (57) auf ihren äusseren Enden jeweils nur einen Teil der Distanz zwischen den Scheibenelementen (51) der Scheibenwelle (50) bestreichen, während die nachfolgenden Knetelemente (56) mit Knetbarren (58) auf der Knetwelle (54) den verbleibenden Raum zwischen den Scheibenelementen (51) bestreichen, wobei die damit zusammenkämmenden Knetbarren (52, 53) auf den Scheibenelementen (51) in der axialen Länge ebenfalls entsprechend verkürzt und auf den Scheibenelementen (51) einseitig abgestützt sind.

4. Knetmischer nach den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetelemente (55, 56) auf der Knetwelle (54) zahnartig aus vollem Material ausgebildet sind.

5. Knetmischer nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitflächen (42, 46) hinter den Schabkanten (41, 45) der Knetelemente (34, 55, 56) das Produkt in mehrere

Produktströme verschiedener Richtung aufteilen, die nach der Teilung wiederum zusammengemischt werden.

6. Knetmischer nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetelemente (34, 55, 56) auf der Knetwelle (29, 54) zur Vermeidung von Toträumen in der radialen Ebene angenähert in einer Evolventen-Form konstruiert sind, die dem Bewegungsablauf zwischen beiden Rührwellen geometrisch entspricht.

7. Knetmischer nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Knetelementen (34) im Gehäuse der Knetwelle (29) radiale Scheibenelemente (60) befestigt sind.

8. Knetmischer nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle mit dem Produkt in Berührung kommenden Flächen der Maschine mindestens teilweise heiz- oder kühlbar sind.

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