EP1771241B1

EP1771241B1 - Dynamischer mischer und seiner verwendung

Info

Publication number: EP1771241B1
Application number: EP05762079A
Authority: EP
Inventors: Helmut Brod; Stefanie KÖHLER; Reinhold Rose
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-02
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2025-07-02
Also published as: DE502005006704D1; DE102004034395A1; ATE423616T1; EP1771241A1; US7871193B2; CN101022883A; JP2008506512A; US20070237024A1; WO2006007967A1; CN101022883B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die mindestens umfasst ein Gehäuse, mit mindestens zwei rotierenden Rührern wobei einer der Rührer ein zentrisch im Gehäuse angeordneter Wendel- oder Ankerrührer ist, und mindestens einer der anderen Rührer ein exzentrisch angeordneter Schnecken- oder Blattrührer ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Mischen von Flüssigkeiten und Feststoffen werden häufig wendelförmige Rührer eingesetzt. Aufgabe des Rührers ist es, mit möglichst geringem Energieaufwand möglichst kurze Mischzeiten bis zur Homogenisierung des Mischguts zu erzielen. In der Literatur sind viele Daten zum Mischverhalten von Wendelsystemen zu finden [Tatterson, G.B.; Fluid mixing and gas dispersion in agitated tanks; McGraw-HiII Inc.; 1991; S. 325ff]. Wendelrührer sind gängige Mischergeometrien zum Homogenisieren von höherviskosen Produkten.
Die Anforderungen, die durch chemische und andere Produktionsverfahren an das Mischverhalten gestellt werden, nehmen ständig zu, da verringerte Mischzeit bei gleichem Energieeintrag zu verringerten Gesamtkosten in der Produktion führen.
Zur Vergrößerung der Raum-Zeit-Ausbeute in Produktionsverfahren ist es außerdem von Interesse, möglichst viele Prozessschritte in einem Mischapparat durchzuführen. Apparate mit Rührern müssen daher Mischgüter trotz großer Viskositätsänderungen mit geringen Mischzeiten homogenisieren können. Diese Mischaufgabe kann mit herkömmlichen Wendelrühreranordnungen mit einer Welle nur unzureichend erfüllt werden. In der Literatur ist schon häufig beschrieben worden, dass sich die Mischzeiten im mittelviskosen Strömungsbereich um ein vielfaches erhöhen [Tatterson, G.B.; Fluid mixing and gas dispersion in agitated tanks; MeGraw-HiII Inc.; 1991; S.381]. Dies ist von großem Nachteil für Prozesse mit Viskositätsänderungen, die zu jedem Zeitpunkt aus Qualitäts- und Effizienzgründen eine kurze Mischzeit erfordern.
In der DE 10248333 A1 werden Mischer beschrieben, bei denen die Mischwerkzeuge sich gegenseitig und die Behälterwand vollständig überstreichen, um eine möglichst vollständige Selbstreinigung des Mischers ähnlich wie bei dichtkämmenden zweiwelligen Extrudern zu erreichen. In dieser Schrift wird ebenfalls beschrieben, dass die Mischzeiten solcher selbstreinigender Systeme gegenüber konventionellen Wendelrührern deutlich verringert sind.
Das oben geschilderte Mischersystem hat allerdings den Nachteil, dass es nur zu sehr hohen Kosten hergestellt werden kann, weil die Mischwerkzeuge zur Erreichung der Selbstreinigung ähnlich wie Zahnräder mit einer präzise aufeinander abgestimmten Geometrie gefertigt und durch ein genaues Synchrongetriebe angetrieben werden müssen.
In der FR 27 16 337 A1 wird ein weiterer Mischer mit einem zentrischen und einem exzentrischen Rührer beschrieben, wobei der exzentrische Rührer in eine Aussparung des zentrischen Rührers hineinpasst. Dieser Mischer hat allerdings die Nachteile, dass er keine gezielte Vermischung in der Richtung parallel zu den Wellen erzeugt, da die Rührer keine axiale Förderwirkung aufweisen, und dass das Antriebsmoment an der zentralen Welle immer dann durch einen hohen Spitzenwert geht, wenn das Blatt des zentrischen Rührers mit seiner Aussparung am Blatt des exzentrischen Rührers vorbeistreicht. Dies führt zum einen zu erhöhten Kosten für die Antriebsenergie des Mischers, zum anderen muss das hohe Spitzendrehmoment bei der gegenseitigen Passage der Rührer durch eine festere Konstruktion der Rührer und des Antriebs kompensiert werden, was wiederum die ganze Konstruktion verteuert.
In GB 2076675A sind Trogmischer mit wendelförmiger Mischergeometrie beschrieben. Sie werden vielfach zum Vermischen von Schüttgütern oder pastösen Medien verwendet. Diese horizontal angeordneten Mischer haben den Nachteil, dass ihre Gehäuse in aufwendigen und damit teuren geometrischen Gestalten geformt sein müssen. Weiterhin ist von Nachteil, dass die Mischer mit ihrem Gehäuse nur in horizontaler Anordnung zu betreiben sind.
Es bestand daher die Aufgabe, einen Mischer mit zylindrischem Gehäuse bereitzustellen, der eine gute axiale und radiale Durchmischung des Mischguts bei gleichbleibender guter Mischzeit auch während großen Viskositätsänderungen im Prozess und bei niedrigen Kosten sowohl für die Fertigung der Mischwerkzeuge und des Antriebs als auch für die zum Mischen aufgewendete Energie aufweist.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass ein Mischer umfassend mindestens ein Gehäuse (1), mindestens zwei rotierende Rührer (2) und (3) sowie gegebenenfalls Querbalken zur Fixierung der Rührelemente des zentrischen Rotors, wobei mindestens einer der Rührer (2) ein zentrisch im Gehäuse (1) angeordneter Wendel- oder Ankerrührer ist, und mindestens einer der anderen Rührer (3) ein exzentrisch angeordneter Schnecken- oder Blattrührer ist, die erfindungsgemäße Aufgabe erfüllt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Mischer gemäß Anspruch 1.
Als Antriebsmittel für die Rührer können gängige Motoren mit entsprechender Getriebetechnik, einer Eingangswelle und mindestens zwei Abgangswellen verwendet werden. Durch das Getriebe wird hierbei ein festes Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Rührern realisiert. In Abhängigkeit von den gewählten Steigungs- und Durchmesserverhältnissen, muss das Drehzahlverhältnis der beiden Rührer während des Betriebs konstant bleiben, da es ohne eine mechanisch fast spielfreie Synchronisation zu Kollisionen der beiden Rührer kommt. Für Bauarten des Mischers, bei denen das Drehzahlverhältnis von der Geometrie unabhängig gewählt werden kann, kommt auch eine Antriebstechnik mit zwei oder mehreren Motoren in Frage, mit denen von einander unabhängige Drehzahlen eingestellt werden können. Hierdurch entsteht mindestens ein zusätzlicher Freiheitsgrad beim Betrieb des Mischers.
Unter Wendelrührer im Sinne dieser Schrift werden Mischer verstanden, die gekennzeichnet sind durch eine Welle, die zentrisch zu den Rührelementen angeordnet ist und gegebenenfalls über mindestens einen Querbalken mit den Rührelementen verbunden ist. Die Rührelemente der Wendelrührer können aus einem einfachen Blech oder aus Hohl- oder Vollmaterial mit profiliertem Querschnitt ausgeführt sein. Sie bilden eine Wendel (Helix) der Steigung S, die konzentrisch zur Welle angeordnet ist. Unter Wendelrührers werden hier auch solche Konstruktionen verstanden, deren Steigung S sich konstruktionsbedingt mit der Umfangslänge bzw. dem Umfangswinkel ändert, wie dies zum Beispiel bei den in DE 4117773 A1 beschriebenen Rührern der Fall ist.
Unter Schneckenrührer im Sinne dieser Schrift werden Mischer verstanden, die gekennzeichnet sind durch eine bevorzugt zentrisch angeordnete Welle und Rührelemente, die wendelförmig (helixförmig) mit der Steigung S um die Welle angeordnet sind, wobei vorzugsweise kein oder nur ein geringer Spalt zwischen den Rührelementen und der Welle zu finden ist. Mit Schneckenrührer sind hier auch solche Konstruktionen gemeint, deren Steigung S nicht konstant über der gesamten Aufwicklung ist.
Die Begriffe Wendelrührer und Schneckenrührer im Sinne dieser Schrift umfassen auch den Fall, dass die Steigung der Wendel bzw. der Schnecke im mathematischen Sinne unendlich groß ist. Dann geht der Wendelrührer in einen Ankerrührer über und der Schneckenrührer in einen Blattrührer. Unter Ankerrührer und Blattrührer im Sinne dieser Schrift werden alle technischen Ausführungen gemäß der Ankergeometrie verstanden, wie beispielsweise beschrieben in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; Marko Zlokarnik; Stirring; DOI: 10.1002/14356007.b02_25; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA; Release 2003, 7th Edition. Weiterhin wird unter den Begriffen Wendelrührer und Schneckenrührer auch verstanden, dass die wendelförmige Kontur der Rührerarme auch durch unterbrochene oder versetzt angebrachte Elemente gebildet werden kann. Als Elemente können zum Beispiel Stäbe mit rundem oder drei- bzw. viereckigem Querschnitt oder Wendelsegmente verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse einen im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt auf, wobei Abweichungen zum Beispiel aufgrund von Fertigungstoleranzen in der Unrundheit von Behältern toleriert werden.
Der Boden des Gehäuses kann beliebige gängige Formen aufweisen, wie zum Beispiel Klöpperboden, Korbbogenboden oder kegelförmig verjüngende Bodenformen. Die an die Wendelrührer anschließende Bodenankerform kann ohne mischtechnische Nachteile an die Bodenform angepasst werden. Die Ankerform kann im horizontalen Schnitt gesehen eine S-förmige oder gerade Gestalt aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt der Mischer über mindestens eine Öffnung zum Befüllen und/oder Entleeren. Besonders bevorzugt sind Ausführungen mit mindestens jeweils einer Befüll- und Entleeröffnung.
Die erfindungsgemäßen Mischer sind auch dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein exzentrischer Rührer (3) und mindestens ein zentrischer Rührer (2) gegenläufig oder gleichläufig, ganz besonders bevorzugt gleichläufig rotieren.
Im Fall der gleichläufig rotierenden Rührer gelten weitere bevorzugte Ausführungsformen:
Bevorzugt ist ein Mischer, der dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein exzentrischer Schneckenrührer sich im Eingriff mit dem zentrischen Wendelrührer befindet, d.h. dass der Außendurchmesser eines exzentrischen Rührers sich in einem Querschnitt senkrecht zu den Wellen mit dem Innendurchmesser des Wendelrührers überschneidet. Unter dem Eingriff E im Sinne dieser Schrift wird das Verhältnis aus der radialen Überschneidungslänge (e) und der Wendelbreite (b) in einem Schnitt senkrecht zu den Wellen verstanden. Dies ist exemplarisch in Figur (2) skizziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Eingriff 30 bis 99%, bevorzugt 80 bis 95%.
Eine weiterhin relevante Kenngröße des erfindungsgemäßen Mischers ist die Gangzahl der Rührer.
Unter der Gangzahl eines Wendel- oder Schneckenrührers soll im folgenden die natürlich Zahl verstanden werden, die sich ergibt, wenn man den Winkel 360° durch denjenigen Winkel dividiert, um den ein Rührer um seine Achse rotiert werden muss, damit das Bild seines Schnittes mit einer Ebene senkrecht zur Rührwelle mit dem entsprechenden Ausgangsschnittbild zur Deckung kommt.
Besonders bevorzugt sind Mischer, bei denen die Gangzahl des Anker- oder Wendelrührers 2 beträgt. Dies hat zum einen den Vorteil, dass bei der Rotation dieses Rührers um seine Achse symmetrische Verhältnisse herrschen, so dass kaum Strömungskräfte senkrecht zur Rührwelle auftreten. Zum anderen ist der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung des Rührers aufgrund der geringeren Anzahl von Arbeitsgängen noch vergleichsweise niedrig. Für den Schneckenrührer oder Blattrührer wird eine Geometrie mit der Gangzahl 1 oder 2 bevorzugt.
Des weiteren ist die Steigung des Rührers eine den Mischer ebenfalls beeinflussende Größe.
Die Steigung eines Wendel- oder Schneckenrührers ist hierbei das Verhältnis aus abgewickelter Höhe und abgewickelter Umfangslänge, wenn man einen Rührer am Außenumfang auf eine Ebene abwickelt und die Positionen, die der Kontaktpunkt des Rührblatts mit der Ebene durchläuft durch eine Linie kennzeichnet. Die Steigung dieser Linie ist dann die Steigung des Rührers.
In vielen Fällen wird die Steigung von Wendel- und Schneckenrührer konstant gewählt. Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen konstruktionsbedingt eine über den Umfang variable Steigung vorliegt, wie zum Beispiel bei den in DE 4117773 A1 beschriebenen Rührern.
Die Steigungen der Rührer sind dann besonders günstig aufeinander abgestimmt, wenn die folgende mathematische Beziehung (I) erfüllt ist: $\frac{S_{1}}{S_{2}} = \frac{n_{2} D_{2}}{n_{1} D_{1}}$
wobei n₁ bzw. n₂ die Drehzahlen, D₁ bzw. D₂ die Außendurchmesser und S₁ bzw. S₂ die Steigungen des zentrischem bzw. exzentrischen Rührers bezeichnen.
Die Steigungen der Rührer sollten sich daher vorzugsweise umgekehrt proportional zu den Umfangsgeschwindigkeiten der Rührer verhalten, damit die vertikalen Abstände x_u und x_o zwischen den beiden Rührblättern im Eingriff während der Bewegung nahezu konstant bleiben.
Für die nach Gleichung I abgestimmten Rührer wurde für gleiche vertikale Abstände zwischen den Rührblättern x_u=x_o eine deutliche Mischzeitverkürzung im Reynoldszahlbereich von 100 gegenüber der Konfiguration nur mit Wendelrührer ohne Schnecke festgestellt. Die Messergebnisse sind in Figur 6 im Anhang eingetragen.
Überraschender Weise wurde weiterhin gefunden, dass mit einer vertikalen Abstandsverteilung x_u<<x_o bei Förderrichtung des Wendelrührers in Behälterwandnähe nach unten die Mischzeit im Reynoldszahlbereich von 100 weiterhin reduziert werden kann. Für diese Verkürzung der Mischzeit ist es von Vorteil, wenn der kleinere Abstand x_u << x_o bei Förderrichtung der Wendel nach unten und x_o << x_u bei Förderrichtung der Wendel nach oben gewählt wird.
Die Steigung des Wendelrührers kann zwischen 0,05 und unendlich liegen. In einer bevorzugten Ausfübrungsform der Erfindung beträgt die Steigung des Wendelrührers zwischen 0,1 und 2.
Das Drehzahlverhältnis von Schnecken- zu Wendelrührer liegt im Bereich zwischen 5:1 und 1:1. Bevorzugt weist der erfindungsgemäße Mischer zudem ein Drehzahlverhältnis von Schnecken- zu Wendelrührer von 4:1 bis 2:1, besonders bevorzugt von 3:1, auf.
Eine besonders bevorzugte Bauform des Mischers erhält man dadurch, dass man den Wendelrührer am äußeren Radius mit Hilfe von parallel zur Welle angebrachten Versteifungen verstärkt, so dass seine Gesamtkonstruktion erheblich höhere Kräfte und Drehmomente bei geringer Deformation aufnehmen kann. Diese Bauweise des Wendelrührers ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sie es gestattet, den Schneckenrührer praktisch genauso tief in den Wendelrührer eingreifen zu lassen, wie ohne die Versteifungen, was zu einer besonders guten Mischwirkung des gesamten Mischers führt.
Falls der Schneckenrührer nicht in den Wendelrührer eingreift, können die Steigungsrichtungen, die Steigungen, die Drehzahlen und Drehrichtungen der Rührer unabhängig voneinander gewählt werden.
Falls jedoch der Schneckenrührer in den Wendelrührer eingreift, müssen die Steigungsrichtungen und die Drehrichtungen der Rührer gleich sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung befinden sich der zentrische und ein exzentrischer Rührer im gegenseitigen Eingriff und die Steigungen dieser beiden Rührer sind so aufeinander abgestimmt, dass der vertikale Abstand zwischen den Rührblättern im Eingriff während der Umdrehung der Rührer möglichst konstant und gleichförmig bleibt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Rührer und beim Bau des Getriebes für den synchronen Antrieb beider Rührer nur vergleichsweise geringe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen gestellt werden müssen.
In einer weiteren Ausführungsfbrm des erfindungsgemäßen Mischers rotieren mindestens ein exzentrischer Rührer (3) und mindestens ein zentrischer Rührer gegenläufig.
Bei gegenläufiger Rotation dürfen die Mischer nicht im Eingriff sein.
Des weiteren bevorzugt weist der Mischer bei gegenläufig rotierenden Mischern vorzugsweise eine Gangzahl für den Wendel- oder Ankerrührer von 2 und die Gangzahl für den Schnecken- oder Blattrührer von 1 oder 2 auf.
Bei gegenläufig rotierenden Rühren kann zudem die Steigung beliebig gewählt werden, ebenso wie das Drehzahlverhältnis.
Ebenso kann ein Mischer mit gegenläufig rotierenden Rührern Versteifungen aufweisen. Diese sind dann sowohl auf dem Wendelaußendurchmesser als auch auf dem Wendelinnendurchmesser möglich.
Das Gehäuse muss nicht mit den erfindungsgemäßen Einbauten vollständig versehen sein. Es kann z.B. für bestimmte Prozesse (Entgasung) ein Gasraum über den Rührereinbauten freigehalten sein.
Die erfindungsgemäßen Mischer zeigten überraschenderweise, dass die Mischzeiten dieser Mischer gegenüber konventionellen, vergleichbaren Rührwerken (Wendelrührern) erheblich verkürzt sind, insbesondere dann, wenn der Schneckenrührer tief in den Wendelrührer eingreift, und die Rührer mit einem Drehzahlverhältnis von Schneckenrührer zu Wendelrührers von 2:1 bis 4:1 laufen, und dass diese gute Mischwirkung auch über einen großen Viskositätsbereich hinweg erhalten bleibt.
Bei der Vakuumdestillation eines Gemischs aus Polymer und Lösemittel, bei der es zu einer starken Schaumbildung kommt, wenn man mit einem konventionellen Mischer arbeitet, wurde überraschenderweise festgestellt, dass der Schaum gegenüber dem konventionellen Mischer durch den erfindungsgemäßen Mischer um ein Vielfaches besser zerstört bzw. wieder in das Mischgut eingezogen wird. Der erfindungsgemäße Mischer eignet sich also in besonderer Weise für Prozesse, bei denen eine störende Schaumbildung auftritt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die erfindungsgemäßen Mischer an der Innenwand des Gehäuses Heiz- oder Kühlelemente auf. Ansonsten kann das Gehäuse auch an sich mit den bekannten üblichen Kühl- oder Heizeinrichtungen versehen sein, z.B. mit einem von Wärmeträgern durchströmbaren Doppelmantel, elektrischen Heizwendeln etc.
Der erfindungsgemäße Mischer eignet sich für beliebige Mischaufgaben in der chemischen Prozesstechnik, selbstverständlich auch als Reaktor für gerührte Reaktionen.
Der Mischer kann neben dem oben hauptsächlich beschriebenen Betrieb mit vertikal angeordneten Wellen auch als Horizontalmischer, d.h. mit horizontal angeordneten Wellen, betrieben werden. Eine horizontale Anordnung der Wellen ist zum Beispiel für Prozesse mit Schüttgütern oder feuchten Schüttgütern sinnvoll. Daneben sind natürlich auch alle andere Neigungswinkel der Wellen gegenüber der Vertikalen zwischen 0 und 90° möglich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1a: die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Mischers; das Gehäuse (1) ist geschnitten dargestellt.
Figur 1b: die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Mischers mit gegenüber Figur 1a vergrößerten Steigungen von Wendel- und Schneckenrührer, das Gehäuse ist wiederum geschnitten dargestellt.
Figur 1c: die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Mischers mit gegenüber Figur 1a erhöhten Steigungen, bei dem Verstärkungsstäbe (5) am Außendurchmesser des Wendelrührers (2) angebracht sind. Das Gehäuse (1) ist wiederum geschnitten dargestellt.
Figur 2: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Mischer mit der Gangzahl zwei für die Wendel (2) und der Gangzahl zwei für die Schnecke (3). Die Figur zeigt auch die Eingriffstiefe (e) und die Wendelbreite (b), aus denen sich der prozentuale Eingriff E errechnet.
Figur 3: einen Schnitt durch einen anderen erfindungsgemäßen Mischer, bei dem die Gangzahl des Wendelrührers (2) zwei und die Gangzahl des Schneckenrührers (3) eins beträgt.
Figur 4: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Mischer, bei dem Wendel (2) und Schnecke (3) sich nicht im Eingriff befinden.
Figur 5: einen Schnitt durch einen etfindungsgemäßen Mischer, bei dem zur Verbesserung der mechanischen Stabilität Verstärkungsstäbe (5) parallel zur Welle auf dem Außendurchmesser des Wendelrührers (2) angebracht sind.
Figur 6: eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Re und NTm.

Beispiele

Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung, ohne dabei limitierend zu wirken.

Beispiel 1

Figuren 1a, 1b und 1c zeigen erfindungsgemäße Mischer in der Seitenansicht in unterschiedlichen Ausführungsformen.
Wiedergegeben ist das zylindrische Gehäuse (1), der zentrische Wendelrührer (2) und der exzentrische Schneckenrührer (3). Die Figuren 1a, 1b und 1c zeigen beispielhaft die Ausführungsform mit einem Querbalken (4) am Ende der zentrischen Welle, auf dem die Wendeln befestigt sind. Figur 1c zeigt zusätzlich noch die parallel zur Welle angebrachten Verstärkungsstäbe (5).
Da der Wendel- und der Schneckenrührer sich im Eingriff befinden, müssen sowohl der Drehsinn als auch der Steigungssinn beider Rührer identisch sein. Es ist auch ein synchronisierender Antrieb für beide Rührer erforderlich, der sicherstellt, dass sich die beiden Rührer mit einem festen Drehzahlverhältnis bewegen und die Rührblätter nicht miteinander in Kontakt kommen.

Beispiel 2

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mischer. Die Gangzahl des Wendelrührers (2) und des Schneckenrührers (3) beträgt zwei. Der Mischer kann mit einem Drehzahlverhältnis von Schneckenrührer zu Wendelrührer von 3:1 oder 2:1 betrieben werden. Für eine genaue Abstimmung der Steigungen zum Zweck großer und sicherer vertikaler Abstände im Eingriff zwischen den beiden Rührern verwendet man Beziehung (I). Im Beispiel 2 beträgt der Außendurchmesser der Wendel 95% des Behälterinnendurchmessers und der Außendurchmesser der Schnecke 37% des Behälterinnendurchmessers. Der Abstand zwischen den Achsen des zentrischen und des exzentrischen Rührers beträgt 28% des Behälterinnendurchmessers. Nach Beziehung (I) muss das Verhältnis der Steigungen von Wendel und Schnecke folgende Werte annehmen:

Bei einem Drehzahlverhältnis von 3:1: S₁/S₂=3*0,37/0,95=1,17
Bei einem Drehzahlverhältnis von 2:1: S₁/S₂=2*0,37/0,95=0,78

Wenn zum Beispiel für den zentrischen Wendelrührer der Wert S₁=1 für die Steigung vorgegeben ist, was einem Steigungswinkel von 45° entspricht, so wählt man für den exzentrischen Schneckenrührer die Steigung S₂=0,85 (entsprechend einem Steigungswinkel von 40,6°) bei einem Drehzahlverhältnis von 3:1 und die Steigung S₂=1,28 (entsprechend einem Steigungswinkel von 52,1°) bei einem Drehzahlverhältnis von 2:1.

Beispiel 3

Figur 4 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Mischers, bei der der zentrische Wendelrührer (2) und der exzentrische Schneckenrührer (3) sich nicht im gegenseitigen Eingriff befinden. Nun kann sowohl der Drehsinn als auch der Steigungssinn beider Rührer unabhängig voneinander gewählt werden. Außerdem ist hier kein synchronisierendes Getriebe mit festem Drehzahlverhältnis erforderlich. Es ist nun möglich, die Förderrichtung beider Rührer unabhängig voneinander so einzustellen, dass entweder beide Rührer axial dieselbe oder unterschiedliche Förderrichtungen aufweisen.

Beispiel 4

Figur 5 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Mischers, bei der der zentrische Wendelrührer (2) und der exzentrische Schneckenrührer (3) sich im gegenseitigen Eingriff befinden und synchronisiert angetrieben werden. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität sind (in diesem Beispiel) vier Versteifungsstäbe (4) parallel zu den Wellen am Außendurchmesser des Wendelrührers angebracht. Hierdurch wird die gesamte Konstruktion des Wendelrührers gegen elastische und plastische Verformungen sehr effizient versteift, ohne dass der zur Verkürzung der Mischzeiten wichtige Eingriff zwischen dem Wendel- und dem Schneckenrührer behindert wird.

Claims

Vorrichtung mindestens umfassend Gehäuse (1), mindestens zwei rotierende Rührer (2) und (3), wobei einer der Rührer (2) ein zentrisch im Gehäuse (1) angeordneter Wendel- oder Ankerrührer ist, und mindestens einer der anderen Rührer (3) ein exzentrisch angeordneter Schnecken- oder Blattrührer ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungen, die Drehzahlen und die Außendurchmesser der Rührer die folgende mathematische Beziehung (I) erfüllen: $\frac{S_{1}}{S_{2}} = \frac{n_{2} D_{2}}{n_{1} D_{1}}$
in der n₁ bzw. n₂ die Drehzahlen, D₁ bzw. D₂ die Außendurchmesser und S₁ bzw. S₂ die Steigungen des mindestens einen zentrischen bzw. exzentrischen Rührers bedeuten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein exzentrischer Rührer (3) und mindestens ein zentrischer Rührer (2) gleichläufig oder gegenläufig rotieren.
Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der exzentrische Schneckenrührer sich im Eingriff mit dem zentrischen Wendelrührer befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff E 30-99% beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff E 80 - 95% beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangzahl für den Wendel- oder Ankerrührer zwei und die Gangzahl für den Schnecke- oder Blattrührer eins oder zwei beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung S des Wendelrührers zwischen 0,05 und unendlich liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlverhältnis von Schnecken- zu Wendelrührer im Bereich zwischen 5:1 und 1:1 liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit dem oberen Abstand x_o und dem unteren Anstand x_u zwischen einer Wendel eines exzentrischen Rührers und einer Wendel eines zentrischen Rührers dadurch gekennzeichnet, dass bei Förderrichtung der Wendel nach unten x_u << x_o ist und bei Förderrichtung der Wendel nach oben x_o << x_u ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung oder Verarbeitung von Polymeren.