DE2909422A1

DE2909422A1 - Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE2909422A1
Application number: DE19792909422
Authority: DE
Inventors: John Baron
Original assignee: Oakes ET Ltd
Current assignee: Oakes ET Ltd
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-13
Also published as: FR2419101A1; AU4500679A; US4231666A; IT1110404B; ES478481A1; IT7920891A0; JPS54128058A; BE874734A; NL7901927A

Description

E.T. OAKES LIMITED, a British Company of: Queens Avenue, Macclesfield, Cheshire/England

Mischvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung.

Es sind verschiedene Arten von Mischvorrichtungen bekannt, u.a. eine Mischvorrichtung, die sich insbesondere für die Herstellung geschäumter Produkte, wie z.B. geschäumter Nahrungsmittel, Schaumstoffe usw., eignet und ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse aufweist, an dessen Stirnflächen eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Mischelementen vorgesehen ist, die in mehreren konzentrischen Reihen angeordnet sind. Ein in dem Gehäuse drehbarer gelagerter Rotor weist ähnliche Mischelemente auf, die sich in axialer Richtung weg erstrecken und ebenfalls in konzentrischen Reihen angeordnet sind, wobei sich die Mischelemente des Rotors in den Zwischenräumen zwischen den Mischelementen an den Stirnflächen des Gehäuses befinden.

Vorzugsweise weist der Rotor auf dar anderen axialen Stirnfläche eine Verzahnung auf, die mit einer Verzahnung auf der anderen Stirnwandung des Gehäuses zusammenwirkt. Ferner ist es bekannt, mehrere Rotoren auf der gleichen Welle anzuordnen und das Geh äuse mit Zwischenwänden zu versehen, die konzentrische Zahnreihen aufweisen. Das zu mischende Material wird gewöhnlich nahe der Welle eingeführt und fließt dann zwischen den Zähnen, wo es einer großen Scherwirkung unterworfen wird, entlang einer gewundenen Bahn radial

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nach außen. Dadurch werden die verschiedenen Bestandteile innig miteinander vermischt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Gas mit einer Paste oder einer flüssigen Substanz vermischt werden soll, wie es beispielsweise bei der Herstellung von gewissen Konfektwaren, Schokoladen und Schaumstoffen erforderlich ist.

Ausgehend von einer Mischvorrichtung mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, dessen Stirnwand konzentrische Anordnungen von sich in axialer Richtung erstreckenden Mischelementen aufweist, und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor, dessen Stirnfläche weitere in axialer Aichtung sich erstreckende Mischelemente in einer Vielzahl von ringförmigen konzentrischen Anordnungen aufweist, wobei die Mischelemente des Rotors und des Gehäuses ineinander greifen, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Mischelemente einer jeden Reihe mit inneren und äußeren teilzylindrischen Flächen sowie mit weiteren geraden Flächen auszustatten, die die Seiten von Nuten bilden, deren Achsen entlang verschiedenen Tangenten eines inneren Teilungskreises verlaufen, der konzentrisch zu den teilzylindrischen Oberflächen liegt.

Vorteilhafterweise verlaufen die geraden Flächen der Elemente in den verschiedenen konzentrischen Anordnungen in den gleichen Ebenen.

Bei einer derartigen Ausführungsform können beispielsweise die Mischelemente ausgeformt werden, indem eine Anzahl von konzentrischen Nuten in die Stirnfläche des Gehäuses und in die Stirnfläche des Rotors unter Verwendung einer Drehbank geschnitten werden, worauf die geraden Flächen ausgeformt werden können, indem über die derart erzeugten, mit konzentrisch verlaufenden Nuten versehenen Elemente entlang von Linien gefräst wird, die tangential zu dem inneren Kreis verlaufen. Auf diese Weise können die Elemente relativ billig hergestellt werden.

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Die erfindungsgemäße Ausbildung weist drei Hauptvorteile auf. Der erste Hauptvorteil ist darin zu sehen, daß sichergestellt ist, daß keine Sichtlinie in radialer Richtung besteht, so daß ein gründliches Vermischen stattfinden kann, ohne daß befürchtet werden muß, daß das Material radial nach innen oder radial nach außen fließt, ohne eine Vielzahl von Mischelementen zu passieren. Der zweite Hauptvorteil ist darin zu sehen, daß abgewinkelte Mischelemente vorhanden sind, die einen Pumpeffekt zeigen.

Bei normalem Mischen dieser Art wird das zu mischende Material mit Hilfe einer externen Pumpe in die Vorrichtung gepumpt. Bei Verwendung einer externen Pumpe fließt das Material beispielsweise zunächst radia-1 nach außen, dann über den Umfang des Rotors und daraufhin radial nach innen. Falls eine Vielzahl von Mischköpfen auf der gleichen Welle vorgesehen ist, wird dieser Vorgang wiederholt. Bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung bilden die Mischelemente in vorteilhafter Weise einen Winkel, wodurch eine "umgekehrte Pumpwirkung" erzeugt wird. Wenn daher die Pumpe das Strömungsmittel radial nach außen drückt, sind die Mischelemente derart angeordnet, daß das Material dazu neigt, radial nach innen zu fließen, und umgekehrt. Dadurch wird die auf das zu mischende Material ausgeübte Scherwirkung vergrößert.

In gewissen Fällen kann auch auf die externe Pumpe verzichtet werden und können die Mischelemente derart angeordnet werden, daß sie dafür sorgen, daß das Strömungsmittel durch den Mischer hindurchgepumpt wird.

Der dritte Hauptvorteil ist darin zu sehen, daß es aufgrund der oben beschriebenen gründlichen Durchmischung möglich ist, die axiale Länge der Mischelemente kleiner zu halten, um mindestens eine genauso gute Durchmischung zu erreichen, wie sie bei den herkömmlichen Mischern dieser Art erzielbar ist. Dadurch lassen sich die Stirnwände, der Rotor und/oder die jeweiligen Zwischenwände ι im Spritzgußverfahren aus Kunststoffmaterial herstellen. Dies ist ι

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nach dem.iSitand der Technik nicht möglich, weil die Länge der Mischelemente verglichen mit ihrem Querschnitt viel zu groß ist, um eine genaue Ausformung zu ermöglichen und um das fertige Teil aus der Form entnehmen zu können.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung können gegebenenfalls die Grate von dem fertigen Produkt nach de m Spritzvorgang in einem einfachen Bearbeitungs- oder Abziehvorgang aus den obigen Gründen besonders leicht entfernt werden.

Vorzugsweise sind wie bei den bekannten Mischern diesel: Art die Mischelemente auf beiden Stirnflächen des Rotors und auf beiden Stirnwänden des Gehäuses vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind ferner mehrere Mischkammern vorgesehen, wobei das Gehäuse eine oder mehrere Zwischenwände mit in axialer Richtung sich erstreckenden Mischelementen aufweist, die mit Mischelementen von weiteren Rotoren zusammenwirken, die auf der gleichen Welle zwischen den Zwischenwänden und zwischen den Stirnwänden und der jeweiligen benachbarten Zwischenwand vorgesehen sind.

Das Gehäuse ist ferner vorzugsweise mit einem Mantel für den Durchtritt eines Strömungsmittels versehen, das die Produkte während des Mischvorgangs oder der Homogenisierung kühlen oder erwärmen soll.

Ferner können die Randabschnitte des Rotors mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung auf Abstand gehaltenden Öffnungen versehen sein, die nahe am Rand des Rotors vorgesehen sind und die Mischwirkung unterstützen, um den Fluß des Strömungsmittels um den Umfang des Rotors herum zu erleichtern.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels· In der Zeichnung stellen dar:

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Figur 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Mischvorrichtung gemäß der Erfindung und

Figur 2 eine Teilansicht - teilweise im Schnitt - zur Darstellung des Aufbaus der Mischelemente.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein Gehäuse 10 auf, das von drei ringförmigen Teilen 11, 12 und 13 gebildet wird, wobei die Teile 11 und 13 jeweils Mantelräume 14 und 15 aufweisen, die über durch die ringförmige Abschnitte des Gehäuses sich erstreckende Kanäle 16 und 17 verbunden sind. Ein Einlass 18 ist für den Mantelraum 15 zur Zufuhr eines Strömungsmittels zum Kühlen oder Heizen und ein Auslaß 19 im Mantelraum 14^- für die Abgabe des gemischten Materials vorgesehen.

Ein Nabenteil 20 erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses 10 in axialer Richtung. Eine Hülse 21, in der eine Welle 22 drehbar angeordnet ist, befindet sich in dem Nabenteil 20. Eine Stopfbüchsenanordnung 23 ist in das Nabenteil 20 eingesetzt und mit 3 O-Ringdichtungen 24 versehen.

Die Welle 22 weist eine Keilanordnung 25 auf, die mit den Greifgliedern von zwei Rotoren 26, 27 zusammenwirken, wobei die Greifglieder jeweils an ihren oberen Enden eine O-Ringdichtung 28 bzw. 29 aufweisen. Die Rotoren umfassen jeweils eine radiale Scheibe 30, von deren beiden axialen Stirnflächen sich jeweils eine Vielzahl von Mischelementen 31 weg erstrecken. Diese Mischelemente sind in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Aus dieser Figur sowie aus Fig. 1 ist es ersichtlich, daß die Mischelemente in vier ringförmigen Anordnungen oder Reihen 32, 33, 34 und 35 angeordnet sind, wobei beispielsweise die ringförmige Reihe 33 von zwei ringförmigen Nuten 36 und 37 bestimmt wird. Die einzelnen Elemente der Reihe sind voneinander durch Nuten 38 getrennt, die sich in einer tangentialen Richtung 39 bezogen auf den Kreis 39A erstrecken, dessen Zentrum auf der Achse 22A der Welle 22 liegt.

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Dieser Kreis hat in Fig. 2 zufällig in etwa den gleichen Durchmesser wie das Nabenteil 20 . Gegebenfalls können sich die Nuten der anderen Reihen 32, 34 und 35 allesamt ebenfalls in tangentialer Richtung zu dem gleichen Kreis erstrecken. In Fig. 2 aber scheinen die Nuten Tangenten von verschiedenen Kreisen zugeordnet zu sein. Fig. 1 zeigt auf der anderen Seite eine Anordnung, bei der die Tangenten dem gleichen Kreis zugeordnet sind, weil die Elemente 31 ohne Schnitt in Seitenansicht dargestellt sind, so daß man entlang einer Linie von Nuten 38 zu schauen scheint. Aus Fig. 1 kann entnommen werden, daß diese Nuten 38 nicht so tief sind, wie die Nuten 36 und 37. Die Rotoren 26 und 27 können daher durch Bearbeitung eines festen Körpers hergestellt werden, aus dem die Nuten 36 und 37 unter Verwendung einer Drehbank herausgeschnitten werden und in den die tangentialen Nuten 38 mit Hilfe eines Fräsers geschnitten werden.

Die Stirnwände 40 und 41 der Gehäuseteile 11 und 13 sind jeweils mit ähnlichen Reihen von sich in axialer Richtung erstreckenden Mischelementen versehen, die ähnlich aufgebaut sind, wie es sich aus den strichpunktierten Linien in Fig. 2 entnehmen läßt. Auch hier sind ringförmige Nuten vorgesehen, wie z.B. die Nuten 44 (s. Fig. 2). Die tatsächliche Form der Elemente 42 ist daher ziemlich gleich. Jedoch sollte bemerkt werden, daß die Neigung entgegengesetzt zu der der Elemente 31 ist. Daher besteht keine !SLchtlinie in irgendeiner radialen oder besser tangentialen Richtung, die nicht durch eines der Mischelemente des Gehäuses oder des Rotors unterbrochen wäre.

Aus Fig. 1 kann ferner ersehen werden, daß das ringförmige Teil 12 mit einer Zwischenwand 50 versehen ist, die auf den entgegengesetzten Stirnflächen Mischelemente 51 und 52 aufweist, welche mit den Elementen 31 ähnlichen Mischelementen der beiden Rotoren zusammenarbeiten,

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Am Umfang der Rotoren sind jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Öffnungen bzw. Löcher 53 vorgesehen, die in Umfangsrichtung auf Abstand gehaltenjsind, wie es am besten aus Fig. 2 hervorgeht.

Eine Produkteinlassleitung 60 erstreckt sich in radialer Richtung nach innen in das Nabenteil 21 und ist mit einem Produktkanal 61 verbunden, der sich in axialer Richtung im Nabenteil zu einer Stelle erstreckt, die dem am nächsten stehenden Rotor-Mischelement 62 benachbart ist, das - genauso wie das nächste Mischelement 63 des Gehäuses - eine größere radiale Ausdehnung als die übrigen Mischelemente aufweist. An einer anderen Stelle des Nabenteils, sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung gesehen, ist ein Gaseinlass 6 4 vorgesehen, der mit einer Düse 65 versehen ist, die in Verbindung mit einem sich in axialer ^Richtung erstreckenden Ringkanal 66 steht, der zwischen der Hülse 21 und dem Nabenteil 20 verläuft und nahe dem Mischelement 62 in den Mischraum mündet.

Am oberen Ende der Stopfbüchsenanordnung sind zwei Kühlleitungen 70, 71 vorgesehen, die in Verbindung mit einer Kühlkammer 72 stehen.

Wie ferner aus der Zeichnung entnommen werden kann, sind die Rotoren 26, 27 am unteren Ende mit Hilfe einer Mutter 73 befestigt, die sich innerhalb des Auslaßkanals 74 befindet.

Ferner mündet in den Kanal 60 ein weiterer Kanal 75 zur Zuführung t eines Zusatzmittels, das zugemischt werden soll. %

t Im Betrieb wird das fließfähige, zu behandelnde Material mit Hilfe einer geeigneten Druckquelle z.B. einer Pumpe, über den Einlaß 60 zugeführt, wobei gleichzeitig ein Zusatzmittel· bei 75 eingeieitet werden kann. fr

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Ein unter Druck stehendes Gas wird bei 64 eingeleitet. Auf diese Weise wird das zu mischende Material nahe der Achse der Mischvorrichtung bei sich gleichzeitig drehender Welle und sich drehenden Rotoren 26 und 27 zugeführt. Es fließt dann in radialer Richtung auf der Oberseite des Rotors 26 nach außen, wobei es der Einwirkung der Mischelemente unterliegt. Vorzugsweise dreht sich, bezogen auf Fig. 2, die Welle im Uhrzeigersinn, so daß aufgrund der Neigung der Mischelemente das zu mischende Produkt entgegen der Wirkung der Förderpumpe ein wenig in radialer Richtung nach innen gedrückt wird. Jedoch ist die Förderwirkung der Pumpe größer, so daß das zu mischende Material in beständiger Weise nach außen durch die verschiedenen Mischelemente hindurch gedrückt wird. Es fließt dann zu dem Umfang des Rotors 26, wobei ein Teil durch die öffnungen 53 hindurchtritt und der andere Teil um die Enden herum fließt. Während dieser Bewegung wird das Material einer beträchtlichen Scherwirkung unterworfen, die die Mischwirkung unterstützt. Das Material fließt dann in radialer Richtung auf der unteren Stirnfläche des Rotors 26 nach innen und darauf in radialer Richtung auf der oberen Stirnfläche des Rotors 27 in der gleichen Weise nach außen und schließlich wieder nach innen zurück, bevor es über die Auslaßleitung 74 abgegeben wird.

Aus der obigen Beschreibung kann entnommen werden, daß die erfindungsgemäße Ausbildung nicht nur zu einer hervorragenden Mischung beiträgt, sondern auch relativ einfach herzustellen ist. Wie oben angesprochen, umfaßt die Herstellung zwei Seihritte, nämlich das Sdhneiden der ringförmigen Nuten und das Fräsen in tangentialer Richtung zu einem Kreis, dessen Mittelpunkt mit der Rotorachse zusammenfällt. Alternativ hierzu kann die Herstellung auch im Spritzgußverfahren erfolgen, wobei ein Kunststoff material verwendet wird und gegebenenfalls eine Endbearbeitung zur Entfernung von Graten durchgeführt wird.

Bei der oben beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, die Mischtemperatur durch Zuführung eines warmen oder kalten Strömungsmittels bei 18 zu steuern, das bei 19 abgegeben wird, nachdem es

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durch die Mantelräume 15 und 14 sowie durch die Kanäle 16 und 17 geströmt ist. Die Kanäle 16 und 17 sind vorzugsweise bogenförmig um den Umfang herum angeordnet, wie es am besten aus Fig. 2 hervorgeht. .

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Claims

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Ansprüche

Λ .) Mischvorrichtung mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, an dessen Stirnwand konzentrische Reihen von sich in axialer Richtung weg erstreckenden Mischelementenvorgesehen sind, und mit einem innerhalb des Gehäuses drehbar gelagerten Rotor, an dessen Stirnfläche weitere sich in axialer .Richtung weg erstreckende Mischelemente in einer Vielzahl von ringförmigen konzentrischen Reihen angeordnet sind, wobei die Mischelemente des Rotors und des Gehäuses ineinander greifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (31 bis 35) jeweils durch innere und äußere teilzylindrische Flächen (36, 37) und durch weitere geradlinige Flächen bestimmt sind, die die Seiten von Nuten (38) bilden, deren Achsen (39) entlang verschiedenen Tangenten eines inneren Teilungskreises (39A) verlaufen, der in Bezug auf die teilzylindrischen Flächen konzentrisch angeordnet ist.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Flächen der verschiedenen konzentrischen Reihen entlang den gleichen Ebenen verlaufen.

3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Flächen der Mischelemente auf dem Rotor entlang einer Tangente verlaufen, die jedoch bezogen auf die des Gehäuses in entgegengesetzter Drehrichtung geneigt ist.

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4. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Stirnwände des Gehäuses eine Vielzahl von Reihen axial sich erstreckender Mischelemente und beide axiale Stirnflächen des Rotors Mischelemente, die mit den Mischelementen der jeweils benachbarten Stirnwand des Gehäuses zusammenwirken, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente einer jeden Reihe jeweils durch eine innere und eine äußere teilzylindrische Fläche und durch weitere geradlinige Flächen bestimmt sind, die die Seiten von Nuten bilden, deren Achsen entlang einer anderen Tangente zu dem bezüglich der teilzylindrischen Fläche konzentrischen inneren Teilungskreis verlaufen.

5. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beider das Gehäuse eine oder mehrere Zwischenwände mit sich in axialer Richtung erstreckenden Mischelementen aufweist, die mit den Mischelementen auf einem oder mehreren weiteren Rotoren zusammenwirken, die auf der gleichen Welle zwischen den Zwischenwänden und/oder zwischen den Stirnwänden und der Zwischenwand bzw. Wänden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente einer jeden Reihe jeweils durch eine innere und eine äußere teilzylindrische Fläche und durch weitere geradlinige Flächen bestimmt sind, die die Seiten von Nuten bilden, deren Achsen entlang einer anderen Tangente zu dem bezüglich der teilzylindrischen Fläche konzentrischen inneren Teilungskreis verlaufen.

6. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor oder die Rotoren mit einer Vielzahl von in ümfangsrichtung auf Abstand gehaltenden Öffnungen

(53) versehen sind, die knapp am Rand des .Rotors angeordnet sind.

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