DE4344995A1 - Mischwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Mischwerkzeug bzw. Misch­ werkzeugen, die an einer Welle befestigt sind, wobei die Welle in einer Trommel drehbar gelagert ist und die Misch­ werkzeuge im geringen Abstand von einer Trommelinnenoberflä­ che enden und die Welle Antriebsmittel aufweist.

Ein derartiges Mischwerkzeug ist durch die deutsche Patent­ schrift 12 76 986 bekanntgeworden.

Derartige Mischwerkzeuge sind seit Jahrzehnten bekannt und werden in weitgehend horizontal ausgerichteten Trommeln ein­ gesetzt, um Schüttgüter und flüssige Massen jedweder Art zu vermischen. Die Mischwerkzeuge sind auf einer Welle be­ festigt, die drehbar in der Trommel gelagert ist. Es muß beim Einbau der Mischwerkzeuge auf die Einbaulage der Misch­ werkzeuge zur Trommelinnenwand besonders geachtet werden, sofern die Mischwerkzeuge im geringen Abstand von der Trom­ melinnenwand enden sollen. Durch Materialverformungen kann es bei nicht sachgemäßer Auslegung des Schleuderwerks (Welle und Mischwerkzeuge) und dessen Zuordnung zur Trommel zu ei­ ner Blockierung des Schleuderwerks in der Trommel kommen. D.h., auch ohne Produkt in der Mischvorrichtung kann es durch eine Längendehnung des Materials (Trommel und/oder Schleuderwerk) oder durch das Eigengewicht des Schleuderwerks zu einer Blockierung des Schleuderwerks in der Trommel kom­ men, weil einzelne Mischwerkzeuge auf Trommelflächen auflie­ gen. Abhilfe kann dagegen immer dadurch geschaffen werden, indem man die Mischwerkzeuge so weit von der Trommelinnen­ oberfläche beabstandet, daß auch bei ungünstigen Konstella­ tionen eine Berührung der Trommel direkt durch die Misch­ werkzeuge ausgeschlossen werden kann.

Durch eine derartige sehr einfache Maßnahme kann man Hoch­ leistungsmischgeräten deshalb nicht gerecht werden, weil durch eine derartige Maßnahme meist unerwünschte Produktab­ lagerungen an der Trommelinnenoberfläche begünstigt werden und auch Freiräume werden geschaffen, die während eines Mischvorgangs für die Produktbehandlung nicht im gewünschten Maße aktiv genutzt werden können.

Stand der Technik sind Pflugscharschaufeln, wie sie durch die DE-PS 12 76 986 bekanntgeworden sind. Diese Mischwerk­ zeuge werden in einer Trommel derart angeordnet, daß eine Produktverkeilung im Spalt zwischen dem Mischwerkzeug und der Trommelinnenoberfläche nicht stattfinden kann. Dies wird am Mischwerkzeug durch einen entgegen der Umlaufrichtung des Schleuderwerks sich öffnenden Freiwinkel erreicht. Um diese Vorgabe zu erfüllen, kann die Bodenwand des Mischwerkzeugs zurückversetzt sein, oder sie ist entsprechend angeschrägt, oder das Mischwerkzeug selbst wird schräggestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mischwerk­ zeug, wie eine bekannte Pflugscharschaufel, dahingehend zu verbessern, daß neben dem Mischvorgang auch Materialumstruk­ turierungen im zu behandelnden Produkt begünstigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das oder die Mischwerkzeuge, in Umlaufrichtung der Mischwerkzeu­ ge gesehen, im vorderen Bereich weiter von der Trommelinnen­ oberfläche beabstandet sind als im hinteren Bereich.

Die erfindungsgemäße Anordnung von dem Mischwerkzeug zur Trommelinnenwandung hat den Vorteil, daß das zwischen dem Mischwerkzeug und der Trommelinnenoberfläche befindliche Produkt bei einer Umdrehung des Mischwerkzeugs einer Pres­ sung ausgesetzt wird, die eine Produktveränderung im Einzel­ korn oder in Volumeneinzelbereichen von Massen bewirkt.

Durch eine derartige Maßnahme kann die Produktkonfiguration gezielt beeinflußt werden, indem ein derartiges Produkt nach einer Behandlung in der erfindungsgemäßen Anordnung, z. B. ein verändertes Fließverhalten, eine veränderte Partikel­ oberflächenstruktur, ein verändertes Aroma oder eine ver­ änderte Farbgebung aufweist. Mit der erfindungsgemäßen An­ ordnung lassen sich eingebunden in einen Mischvorgang Pro­ duktumstrukturierungen erzielen, die mit einer Mühle oder Presse nicht wirtschaftlich bzw. reproduzierbar erzielbar sind.

Weisen das oder die Mischwerkzeuge konkav oder konvex ausge­ bildete Seitenwände auf, die im vorderen Bereich spitz zu­ laufend und im hinteren Bereich sich weitend enden, und sind die beiden Seitenwände im unmittelbaren Abstand von der Trommelinnenoberfläche über eine der Trommelrundung weitge­ hend angepaßte Bodenwand miteinander verbunden in einer Art, daß die Seitenwände durch die Bodenwand absatzfrei miteinan­ der verbunden sind, so wird eine Umstrukturierung des Pro­ dukts stark unterstützt, weil derartige Mischwerkzeuge eine gute spezifische Mischleistung aufweisen. Das Produkt im Spalt zwischen Mischwerkzeug und Trommelinnenoberfläche wird häufig ausgetauscht, so daß eine homogene und gleichmäßige Behandlung des gesamten in der Trommel befindlichen Produkts gewährleistet ist. Die Seitenflächen bei derartigen Misch­ werkzeugen enden von der Bodenwand ausgehend radial nach in­ nen in den Trommelraum gerichtet in einer Schnittlinie der Seitenflächen. Es handelt sich dabei um einen Mischkörper, der beispielsweise als Hohlkörper aus zwei Seitenflächen, einer Bodenwand und einer Rückwand gebildet ist. An diesen Mischkörper schließt sich der der Bodenwand gegenüberliegen­ de Mischarm an. Der Mischkörper und der Mischarm bilden das Mischwerkzeug.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Mischwerkzeuge derart auf der Welle angeordnet, daß die ein­ zelnen Bodenwände bei einer Umdrehung der Welle von 360° die gesamte Trommelinnenoberfläche überstreichen.

Dies hat den Vorteil, daß bei einem Misch- und Umstrukturie­ rungsvorgang keine Volumenbereiche in der Trommel ausgespart bleiben, in denen ein Produkt behandelt werden könnte. Das Ergebnis ist über den gesamten Produktansatz (Batch) gesehen ein homogenes gleichartiges Produkt, das in Einzelbereichen betrachtet dieselben Produkteigenschaften aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das oder die Mischwerkzeuge im Innenbereich der Trommel als Vollmisch­ werkzeuge symmetrisch zu einer Achse ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß bei Verdrängungsbewegungen im Schüttgut oder in zu behandelnden Massen die Produktverteilung im Mischraum zu gleichen Produktteilen aufteilend erfolgt. Da­ durch lassen sich hohe Mischgütern erzielen.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind neben Vollmisch­ werkzeugen auch Halbmischwerkzeuge auf einer Welle in der Trommel angeordnet. Diese Halbmischwerkzeuge sind Stirnwän­ den zugeordnet, die die Trommel zu beiden Seiten begrenzen. Die Halbmischwerkzeuge sind im vorderen Bereich weiter von der Stirnwandinnenoberfläche beabstandet als im hinteren Be­ reich. Über die Halbmischwerkzeuge lassen sich auch seitli­ che Verpressungsvorgänge erzeugen die ebenfalls Umstruktu­ rierungsvorgänge im Produkt fördern.

Weiterhin können das oder die Bodenwände der Mischwerkzeuge eine zusätzliche Materialbeschichtung aufweisen. Dadurch kann einem zu starken Materialabrieb während eines Misch- und Umstrukturierungsvorgangs vorgebeugt werden.

Bei den Halbmischwerkzeugen sind die Seitenflächen, die un­ mittelbar den Stirnwänden der Trommel gegenüberliegen den Konturen der Stirnwandinnenseiten angepaßt und in den Innen­ bereich der Trommel weisend sind die Seitenflächen der Halb­ mischwerkzeuge konkav bzw. konvex ausgebildet. Damit sind die Halbmischwerkzeuge in ihrer Funktion weitgehend den Vollmischwerkzeugen angenähert.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Misch­ werkzeuge in Mischvorrichtungen zum Conchieren von Schokola­ denmassen eingesetzt.

Bei Schokoladenmassen kann damit der "Schmelz" definiert be­ einflußt werden. Das Aroma einer derartigen Masse läßt sich beeinflussen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Misch­ werkzeug zu Trommelinnenoberfläche ist ein flächenhaft über die gesamte Trommellänge verteilter hoher Energieeintrag in das zu behandelnde Produkt möglich. Kleinstpartikel in der Schokoladenmasse werden umstrukturiert ohne daß Nebenreak­ tionen eingeleitet werden, die zu unerwünschten Sekundärpar­ tikeln und Geschmacksfehlbildungen führen.

Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist, daß aufgrund des oder der Anstellwinkel der Mischelemente zur Trommel­ innenwand Produktumstrukturierungen bei der Behandlung von Massen im Mischer, Trockner, Granulator und/oder Reaktor provoziert werden. Dabei ist von entscheidender Bedeutung, daß bei der Behandlung das Produkt im Endbereich eines Mischwerkzeugs einer flächenhaften Pressung ausgesetzt ist. Die Krafteinwirkung auf das Produkt steigert sich vom Spit­ zenbereich des Mischwerkzeugs zum Endbereich hin.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genann­ ten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsge­ mäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen mitein­ ander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern ha­ ben vielmehr beispielhaften Charakter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an­ hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von einem Mischwerkzeug zu einer Trommelinnenoberfläche im Querschnitt;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung von einem Vollmischwerkzeug und einem Halbmischwerkzeug in einer Trommel mit Stirnwand, im Schnitt und in Draufsicht;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Vollmischwerkzeug in dreidimensionaler Darstellung;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Halbmischwerkzeug in dreidimensionaler Darstellung.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsge­ mäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die Gegenstände der einzel­ nen Figuren sind derart dargestellt, daß ihr Aufbau deutlich gezeigt werden kann.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht und im Schnitt ein Mischwerkzeug 10, wie es auf einer Welle 11 befestigt ist und wie die Welle 11 mit dem Mischwerkzeug 10 in einer Trom­ mel 12 angeordnet ist. Mehrere Mischwerkzeuge 10 auf der Welle 11 bilden ein Schleuderwerk. Mit Pfeilrichtung 13 ist die Drehrichtung des Schleuderwerks angedeutet. Das Misch­ werkzeug 10 setzt sich auf einem Mischkörper 14 und einem Mischarm 15 zusammen. Der Mischarm 15 ist entweder an der Welle lösbar befestigt (Schraubenverbindung in Tasche) oder der Mischarm 15 ist mit der Welle 11 verschweißt.

Der in Seitenansicht gezeigte Mischkörper 14 weist in Dreh­ richtung des Schleuderwerks in Pfeilrichtung 13 eine Spitze 16 auf und das hintere Ende des Mischkörpers 14 ist von ei­ ner Rückwand 17 gebildet. Von einer Trommelinnenoberfläche 18 ist der Mischkörper 14 im vorderen Bereich 19 weiter be­ abstandet als im hinteren Bereich 20. Gelangt ein zu mi­ schendes und umzustrukturierendes Produkt in den Spalt zwi­ schen Mischkörper 14 und Trommelinnenoberfläche 18, so wird das Produkt bei rotierendem Schleuderwerk unter Erzeugung interpartikulärer Reibungsenergie an die Trommelinnenober­ fläche 18 gepreßt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht um den Schnitt eine Trommel 12 mit einer Stirnwand 21 und einem Innenbereich 22. Die Welle 11 ist in den Stirnwänden 21 gelagert, wobei nur eine Stirn­ wand 21 in der Fig. 2 gezeigt ist. Die Lagerung selbst ist stark schematisiert dargestellt. Auf der Welle ist ein Voll­ mischwerkzeug 23 und ein Halbmischwerkzeug 24 angeordnet. Unter Mischwerkzeuge 10 sind sowohl Vollmischwerkzeuge 23 wie auch Halbmischwerkzeuge 24 zu verstehen. Die Beabstan­ dung des Vollmischwerkzeugs 23 von dem Halbmischwerkzeug 24 entspricht nicht der wirklichen Anordnung dieser Werkzeuge auf der Welle 11. Weiterhin sind die Mischwerkzeuge 23, 24 in Umfangsrichtung stets versetzt angeordnet. Die wirkliche Anordnung der Mischwerkzeuge 23, 24 über den Umfang der Wel­ le 11 gesehen kann der Fig. 2 nicht entnommen werden.

Das Vollmischwerkzeug 23 von denen je nach Größe der Trommel 12 mehrere auf der Welle 11 angeordnet sind ist bezüglich einer Achse 25 symmetrisch aufgebaut. Das Vollmischwerkzeug 23, eine Pflugscharschaufel, setzt sich aus einer Seitenflä­ che 26 und aus einer Seitenfläche 27 zusammen. Die beiden Seitenflächen 26, 27 sind über eine Bodenwand 28 miteinander verbunden. Die Bodenwand 28 ist glatt ausgebildet und der Kontur der Trommelinnenoberfläche 18 nachempfunden. Der Übergangsbereich von der Bodenwand 28 zu den Seitenwänden 26, 27 ist glatt und absatzfrei ausgebildet. In Drehrichtung der Welle 11 laufen die Seitenwände 26 und 27 in der Spitze 16 zusammen. Entgegen der Drehrichtung der Welle 11 erwei­ tert sich die Bodenwand 28 und die Bodenwand 28 und die Sei­ tenwände 26, 27 sind im hinteren Bereich über die Rückwand 17 gemeinsam miteinander verbunden. Über den Mischarm 15 ist das Vollmischwerkzeug 23 mit der Welle 11 verbunden. Die Seitenwände 26, 27 sind in der Fig. 2 konkav verlaufend aus­ gebildet, wie es bei Pflugscharschaufeln üblich ist. Das Vollmischwerkzeug 23 ist im Bereich der Spitze 16 weiter von der Trommelinnenoberfläche 18 beabstandet als im Bereich der Rückwand 17. Die Breite des Vollmischwerkzeugs 23 im Bereich der Rückwand 17 ergibt sich aus der Vorgabe, wie groß die interpartikuläre Reibungsenergie, die im zu bearbeitenden Produkt erzeugt werden soll, sein soll.

Das Halbmischwerkzeug 24 setzt sich aus einer konkav verlau­ fenden Seitenwand 29, einer Rückwand 30, einer Bodenwand 31 und einer Seitenwand 32, die der Kontur der Stirnwand 21 nachempfunden ist, zusammen. Die Seitenwand 29, die Rückwand 30, die Bodenwand 31 und die Seitenwand 32 bilden zusammen­ gefügt einen Hohlkörper, der über einen Mischarm 33 an der Welle 11 befestigt ist. Die Seitenwand 29, die Rückwand 30 und die Bodenwand 31 bilden in Drehrichtung der Welle 11 ei­ ne Spitze 32′. Die Drehrichtung der Welle 11 ist mit Pfeil 34 in der Fig. 2 angedeutet. Im vorderen Seitenbereich 35 ist das Halbmischwerkzeug 24 weiter von der Innenoberfläche der Stirnwand 21 entfernt als im hinteren Seitenbereich 36. Gelangt zu bearbeitendes Produkt in den Spalt zwischen dem Halbmischwerkzeug 24 und der Innenoberfläche der Stirnwand 21, so wird im zu behandelnden Produkt interpartikuläre Rei­ bungsenergie erzeugt.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Vollmisch­ werkzeugs 23, wie es in unterschiedlichen Ansichten in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist. Das Vollmischwerkzeug 23 ist aus geschwungen und konkav verlaufenden Seitenwänden 26 und 27 gebildet, die gemeinsam mit der Rückwand 17 in den Mischarm 15 übergehen. Im Bereich von der Spitze 16 zum Mischarm 15 hin verlaufend endet das Vollmischwerkzeug 23 in der Schnittlinie der Seitenwände 26, 27. Die Seitenwände 26, 27 weiten sich zur Rückwand 17 hin und sind über die Bodenwand 28 miteinander verbunden. Die Bodenwand 28 ist auch mit der Rückwand 17 verbunden. Die Seitenwände 26, 27, die Bodenwand 28 und die Rückwand 17 gehen ansatzlos ineinander über und auch im Bereich des Mischarms 15 münden die Seitenwände 26, 27 wie auch die Rückwand 17 ansatzlos in den Mischarm 15.

Fig. 4 zeigt ebenfalls in einer perspektivischen Sicht ein Halbmischwerkzeug 24, wie es beispielsweise an der Stirnwand 21 der Fig. 2 verläuft. Das Halbmischwerkzeug 24 ist aus ei­ ner geschwungen konkav verlaufenden Seitenwand 29, einer ebenen Seitenwand 32, einer Bodenwand 31 und einer Rückwand 30 gebildet. Die Wände gehen im unteren Bereich ansatzlos in den Mischarm 33 über und die Kanten (Schnittlinien) zwischen den einzelnen Wänden (Seitenwände, Rückwand, Bodenwand) sind glatt und absatzfrei ausgestaltet.

Sowohl bei den Vollmischwerkzeugen 23 wie auch bei den Halb­ mischwerkzeugen 24 gehen die Bodenwände 28, 31 ohne Absatz unter Bildung einer Scharkante in die angrenzenden Wände über.

Ein Mischwerkzeug 10 ist unter mehreren auf einer Welle 11 befestigt. Die Welle 11 ist in einer horizontal ausgerichte­ ten Trommel 12 beidseits in Stirnwänden 21 drehbar gelagert. Die Mischwerkzeuge 10 enden in einem geringen Abstand von der Trommelinnenoberfläche 18 und die Welle 11 verfügt über Antriebsmittel, die die Mischwerkzeuge 10 in Pfeilrichtung 13 antreiben. Die Mischwerkzeuge 10 (Vollmischwerkzeuge, Halbmischwerkzeuge) sind in Umlaufrichtung der Welle 11 im vorderen Bereich 19 weiter von der Trommelinnenoberfläche 18 beabstandet als im hinteren Bereich 20.

Claims (8)

1. Mischwerkzeug bzw. Mischwerkzeuge befestigt an einer Welle (11), die in einer Trommel (12) drehbar gelagert gehalten ist, wobei die Mischwerkzeuge (10) im geringen Abstand von einer Trommelinnenoberfläche (18) enden und die Welle (11) Antriebsmittel aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das oder die Mischwerkzeuge (10), in Um­ laufrichtung der Mischwerkzeuge (10) gesehen, im vorde­ ren Bereich (19) weiter von der Trommelinnenoberfläche (18) beabstandet sind als im hinteren Bereich (20).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Mischwerkzeuge (10) konkav oder konvex ausgebildete Seitenwände (26, 27) aufweisen, die im vorderen Bereich (19) spitz zulaufend und im hinteren Bereich (20) sich weitend enden, daß die beiden Seiten­ wände (26, 27) im unmittelbaren Abstand von der Trom­ melinnenoberfläche (18) über eine der Trommelrundung weitgehend angepaßte Bodenwand (28) miteinander verbun­ den sind, die die Seitenwände (26, 27) absatzweise mit­ einander verbindet und daß die Seitenwände (26, 27) im vorderen Bereich (19) von der Bodenwand (28) ausgehend radial nach innen in den Trommelraum gerichtet in einer Schnittlinie der Seitenwände (26, 27) enden.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Mischwerkzeuge (10) derart auf der Welle (11) angeordnet sind, daß das oder die Bodenwände (28) bei einer Umdrehung der Welle (11) von 360° die gesamte Trommelinnenoberfläche (18) über­ streichen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das oder die Mischwerkzeuge (10) im Innenbereich der Trommel (12) als Vollmischwerkzeuge (23) symmetrisch zu einer Achse (25) ausgebildet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Mischwerkzeuge (10) auf einer Welle (11) in einer Trommel (12) mit Stirnwänden (21) angeordnet sind, die die weitgehend horizontal ausgerichtete Trom­ mel (12) begrenzen, und daß das oder die Mischwerkzeuge (10), die unmittelbar den Stirnwänden (21) benachbart sind, Halbmischwerkzeuge (24) sind, die im vorderen Be­ reich (35) weiter von der Stirnwandinnenoberfläche be­ abstandet sind als im hinteren Bereich (36).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bodenwand oder die Bodenwände (28, 31) eine zusätzliche Materialbeschichtung aufwei­ sen.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Stirnwänden (21) benachbarten Misch­ werkzeugen (10) mit einer der Stirnwand (21) angepaßten Fläche beabstandet aneinander grenzen und daß die Mischwerkzeuge (10), die zum Innenbereich (22) der Trommel (12) hinweisen mit einer konkav bzw. konvex verlaufenden Seitenwand (29) ausgebildet sind.

8. Verwendung der Mischwerkzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Mischvorrichtungen zum Conchieren von Scho­ koladenmassen.