DE102012108261B4

DE102012108261B4 - Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum

Info

Publication number: DE102012108261B4
Application number: DE102012108261.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Witte Daniel; Alfred Kunz
Original assignee: List Tech AG; List Technology AG
Current assignee: LIST TECHNOLOGY AG, CH
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: DE102012108261A1

Abstract

Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Produkt, wobei im Produktraum zumindest eine Kneterwelle (3) mit darauf angeordneten Knetelementen (4, 5) vorgesehen ist, welche mit Gegenelementen (6) zusammenwirken, so dass die auf der Welle (3) angeordneten Knetelemente (4, 5) aus Scheibenelementen (4) und aufgesetzten Barren (5) während der Drehung der Welle (3) in Knetelemente einer anderen Welle oder am stehenden Gehäuse (2) angebrachte Gegenhaken (6) ohne Berührung derselben eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung von Biege- und Torsionskräften, die auf die Welle (3) wirken, die Knetelemente (4, 5) zumindest entlang einem Abschnitt auf der Welle (3) und/oder die Gegenelemente (6) mit maximaler Regelmässigkeit über die Drehung der Welle verteilt angeordnet sind, wobei aufeinander folgende Knetelemente in einem Winkel, der der Summe aus Scheibenversatzwinkel (SchVW) und Gegenhakenversatzwinkel (GVW) entspricht, in einer Sektionsebene (SE) verdreht gegenüber vorangehenden Scheiben angeordnet sind, wobei sich folgende Formel ergibt: Winkel = Scheibenversatzwinkel (SchVW) plus Gegenhakenversatzwinkel (GVW)wobei SchVW = SW:ATGZ und GHW = n1 × BW + SW, wobei n1 eine natürliche Zahl einschliesslich 0 ist und wobei SW = BW:Anzahl der Gegenhaken pro Sektionsebene und BW = 360°:Anzahl der Barren pro Sektionsebene und ATGZ = Anzahl der Scheiben:AT und AT = L:a, wobei L = Länge der Welle und a = Scheibenabstand zweier benachbarter Sektionsebenen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Derartige Vorrichtungen dienen sehr vielfältigen Zwecken. Als erstes ist das Eindampfen mit Lösungsmittelrückgewinnung zu erwähnen, welches chargenweise oder kontinuierlich und oft auch unter Vakuum erfolgt. Hierdurch werden beispielsweise Destillationsrückstände und insbesondere Toluoldiisocyanate behandelt, aber auch Produktionsrückstände mit toxischen oder hochsiedenden Lösungsmitteln aus der Chemie und Pharmaproduktion, Waschlösungen und Lack-Schlämme, Polymerlösungen, Elastomerlösungen aus der Lösemittelpolymerisation, Klebstoffe und Dichtmassen.
Mit den Apparaten wird ferner eine kontinuierliche oder chargenweise Kontakttrocknung, wasser- und/oder lösemittelfeuchter Produkte, oftmals ebenfalls unter Vakuum, durchgeführt. Die Anwendung ist vor allem gedacht für Pigmente, Farbstoffe, Feinchemikalien, Additive, wie Salze, Oxyde, Hydroxyde, Antioxidantien, temperaturempfindliche Pharma- und Vitaminprodukte, Wirkstoffe, Polymere, synthetische Kautschuke, Polymersuspensionen, Latex, Hydrogele, Wachse, Pestizide und Rückstände aus der chemischen oder pharmazeutischen Produktion, wie Salze, Katalysatoren, Schlacken, Ablaugen gedacht. Anwendung finden diese Verfahren auch in der Lebensmittelproduktion, beispielsweise bei der Herstellung und/oder Behandlung von Blockmilch, Zuckeraustauschstoffen, Stärkederivaten, Alginaten, zur Behandlung von Industrieschlämmen, Ölschlämmen, Bioschlämmen, Papierschlämmen, Lackschlämmen und allgemein zur Behandlung von klebrigen, krustenden zähpastösen Produkte, Abfallprodukten und Zellulosederivaten.
In einem Mischkneter kann eine Polykondensationsreaktion, meist kontinuierlich und meist in der Schmelze, stattfinden und wird vor allem verwendet bei der Behandlung von Polyamiden, Polyester, Polyacetaten, Polyimiden, Thermoplaste, Elastomere, Silikone, Harnstoffharze, Phenolharze, Detergentien und Düngemittel. Zum Beispiel findet sie Anwendung auf Polymerschmelzen nach einer Massepolymerisation auf Derivate der Methacrylsäure.
Stattfinden kann auch eine Polymerisationsreaktion, ebenfalls meist kontinuierlich. Dies wird angewendet auf Polyacrylate, Hydrogele, Polyole, thermoplastische Polymere, Elastomere, syndiotaktisches Polystyrol und Polyacrylamide.
In Mischknetern kann ein Entgasen und/oder Devolatilisieren stattfinden. Angewendet wird dies auf Polymerschmelzen, nach (Co-)Polymerisation von Monomer(en), nach Kondensation von Polyester oder Polyamidschmelzen, auf Spinnlösungen für synthetische Fasern und auf Polymer- oder Elastomergranulate bzw. -pulver im festen Zustand.
Ganz allgemein können im Mischkneter feste, flüssige oder mehrphasige Reaktionen stattfinden. Dies gilt vor allem für Backreaktionen, bei der Behandlung von Flusssäure, Stearaten, Cyaniden, Polyphosphaten, Cyanursäuren, Zellulosederivaten, -ester, -äther, Polyacetalharzen, Sulfanilsäuren, Cu-Phthalocyaninen, Stärkederivaten, Ammoniumpolyphosphaten, Sulfonaten, Pestiziden und Düngemittel.
Des weiteren können Reaktionen fest-/gasförmig (z. B. Karboxylierung) oder flüssig-/gasförmig stattfinden. Angewendet wird dies bei der Behandlung von Acetaten, Aciden, Kolbe-Schmitt-Reaktionen, z. B. BON, Na-Salicylaten, Parahydroxibenzoaten und Pharmaprodukten.
Reaktionen flüssig/flüssig erfolgen bei Neutralisationsreaktionen und Umesterungsreaktionen.
Ein Lösen und/oder Entgasen in derartigen Mischknetern findet bei Spinnlösungen für synthetische Fasern, Polyamiden, Polyester und Zellulosen statt.
Ein sogenanntes Flushen findet bei der Behandlung bzw. Herstellung von Pigmenten statt.
Eine Solid-State-Nachkondensation findet bei der Herstellung bzw. Behandlung von Polyester, Polycarbonaten und Polyamiden statt, ein kontinuierliches Anmaischen z. B. bei der Behandlung von Fasern, z. B. Zellulosefasern mit Lösungsmitteln, eine Kristallisation aus der Schmelze oder aus Lösungen bei der Behandlung von Salzen, Feinchemikalien, Polyolen, Alkoholaten, ein Compoundieren, Mischen (kontinuierlich und/oder chargenweise) bei Polymeren-Mischungen, Silikonmassen, Dichtmassen, Flugasche, ein Koagulieren (insbesondere kontinuierlich) bei der Behandlung von Polymersuspensionen.
In einem Mischkneter können auch multifunktionale Prozesse kombiniert werden, beispielsweise Erhitzen, Trocknen, Schmelzen, Kristallisieren, Mischen, Entgasen, Reagieren – dies alles kontinuierlich oder chargenweise. Hergestellt bzw. behandelt werden dadurch Polymere, Elastomere, anorganische Produkte, Rückstände, Pharmaprodukte, Lebensmittelprodukte, Druckfarben.
In Mischknetern kann auch eine Vakuumsublimation/Desublimation stattfinden, wodurch chemische Vorprodukte, z. B. Anthrachinon, Metallchloride, Ferrozene, Jod, metallorganische Verbindungen usw. gereinigt werden. Ferner können pharmazeutische Zwischenprodukte hergestellt werden.
Eine kontinuierliche Trägergas-Desublimation findet z. B. bei organischen Zwischenprodukten, z. B. Anthrachinon und Feinchemikalien statt.
Im Wesentlichen werden einwellige und zweiwellige Mischkneter unterschieden. Ein einwelliger Mischkneter ist beispielsweise aus der AT 334 328 , der CH 658 798 A5 oder der CH 686 406 A5 bekannt. Dabei ist in einem Gehäuse eine axial verlaufende, mit Scheibenelementen besetzte und um eine Drehachse in einer Drehrichtung drehende Welle angeordnet. Diese bewirkt den Transport des Produktes in Transportrichtung. Zwischen den Scheibenelementen sind Gegenelemente am Gehäuse feststehend angebracht. Die Scheibenelemente sind in Ebenen senkrecht zur Kneterwelle angeordnet und bilden zwischen sich freie Sektoren, welche mit den Ebenen von benachbarten Scheibenelementen Kneträume ausformen.
Eine mehrwellige Misch- und Knetmaschine wird in der CH-A 506 322 beschrieben. Dort befinden sich auf einer Welle radiale Scheibenelemente und zwischen den Scheiben angeordnete axial ausgerichtete Knetbarren. Zwischen diese Scheiben greifen von der anderen Welle rahmenartig geformte Misch- und Knetelemente ein. Diese Misch- und Knetelemente reinigen die Scheiben und Knetbarren der ersten Welle. Die Knetbarren auf beiden Wellen reinigen wiederum die Gehäuseinnenwand.
Ein weiterer Mischkneter der oben genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 517 068 B1 bekannt. Bei ihm drehen in einem Mischergehäuse zwei achsparallel verlaufende Wellen entweder gegensinnig oder gleichsinnig. Dabei wirken auf Scheibenelementen aufgesetzte Mischbarren miteinander. Neben der Funktion des Mischens haben die Mischbarren die Aufgabe, produktberührte Flächen des Mischergehäuses, der Wellen und der Scheibenelemente möglichst gut zu reinigen und damit ungemischte Zonen zu vermeiden. Insbesondere bei stark kompaktierenden, aushärtenden und krustenden Produkten führt die Randgängigkeit der Mischbarren zu hohen örtlichen mechanischen Belastungen der Mischbarren und der Wellen. Diese Kraftspitzen treten insbesondere beim Eingriff der Mischbarren in denjenigen Zonen auf, wo das Produkt schlecht ausweichen kann. Solche Zonen sind z. B. dort gegeben, wo die Scheibenelemente auf der Welle aufgesetzt sind.
Ein ähnlicher Mischkneter ist auch in der DE 41 18 884 A1 gezeigt. Dort sind in einem Produktraum zwei Kneterwellen mit darauf angeordneten Knetelementen vorgesehen. Diese Knetelemente sind bezüglich der Achse der Welle schräg angestellt und regelmässig über die Drehung der Welle verteilt angeordnet. Sie verlaufen entlang einer Versatzlinie.
Ferner ist aus der DE 199 40 521 A1 ein Mischkneter der o. g. Art bekannt, bei welchem die Tragelemente im Bereich der Knetbarren eine Ausnehmung ausbilden, damit der Knetbarren eine möglichst grosse axiale Erstreckung aufweist. Ein derartiger Mischkneter hat eine hervorragende Selbstreinigung aller produktberührten Flächen des Gehäuses und der Wellen, hat aber die Eigenschaft, dass die Tragelemente der Knetbarren aufgrund der Bahnen der Knetbarren Ausnehmungen erforderlich machen, die zu komplizierten Tragelementformen führen. Daraus resultieren zum einen ein aufwendiges Herstellungsverfahren und zum zweiten bei einer mechanischen Beanspruchung lokale Spannungsspitzen an der Welle und den Tragelementen. Diese Spannungsspitzen, welche hauptsächlich bei den scharfkantigen Ausnehmungen und Dickenänderungen, insbesondere im Bereich, wo die Tragelemente auf den Wellenkern aufgeschweisst sind, auftreten, sind Auslöser für Risse in der Welle und den Tragelementen aufgrund von Materialermüdung.
Die hier beschriebene Erfindung betrifft insbesondere die sogenannte Kneterwellen. Dies sind mechanische Rührwerke, bei denen auf einer drehenden Welle Scheibenelemente über den Umfang in der Regel in regelmässigen Abstand befestigt sind, auf denen in Längsrichtung der Drehachse Mischbarren befestigt sind. Die Mischbarren weisen ein minimales Spiel zum zylinderförmigen Gehäuse auf, um dieses abzureinigen, können aber auch freistehend im Produktraum befestigt sein, um die Mischwirkung zu verbessern. Zusätzliche Scheibensegmente, bestehend aus Scheibenelementen und Barren, werden entlang der rotierenden Achse befestigt, so dass es zu einer regelmässigen Verteilung dieser Segmente über die Längsachse des Kneters kommt. Am Gehäuse werden statische Elemente befestigt, die so ausgebildet sind, dass sie einen minimalen Abstand zu den Elementen der rotierenden Achse aufweisen. Mehrere solcher statischen Elemente können entlang des Umfangs eines Scheibensegments befestigt werden, die zu den anderen in einem bestimmten Winkel stehen. Solche statische Elemente werden in der Knettechnik Gegenhaken genannt, der Winkel der Ebene senkrecht zur Welle zwischen zwei Gegenhaken und zwischen zwei Scheibensegmenten Gegenhakenwinkel, die Ebene senkrecht zur Drehachse der Welle Sektionsebene und der Winkel zwischen zwei benachbarten Mischbarren oder Scheibenelementen in einer Sektionsebene Barrenwinkel.
Der Kneter kann mit einer oder mehreren rotierenden Wellen ausgestattet sein, die parallel angeordnet sind. Ist der Abstand zwischen den Wellen kleiner als der Wellenaussendurchmesser (rotierende Teil des Kneters einschliesslich der Barren und Scheibensegmenten), begegnen sich die Wellenelemente im Bereich der Überlappung der Drehbewegung zwischen zwei Wellen. Der Kneter und das Drehzahlverhältnis dieser beiden Wellen müssen dann so gestaltet werden, dass das Spiel zwischen den drehenden Elementen der einen Welle zur anderen minimal ist, aber ohne dass sich die Elemente berühren. Die Gegenhaken sind dann optional, weil die eingreifende Welle diese gewissermassen ersetzt. Die Scheibenelemente einer Sektion sind unter Umständen gegeneinander versetzt, wobei hier immer noch von einer Sektionsebene gesprochen wird. Es gibt sehr viel verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung dieser Kneter, wobei das erfindungsgemässe Prinzip auf alle anwendbar ist.
Wird der Kneter mit Produkt gefüllt, findet bei jeder Begegnung zwischen Barren und Gegenhaken bzw. den Elementen der anderen Welle eine Vermischung des Produktes statt. Gleichzeitig wird das Produkt in der Eingriffzone gestaut. Diese Stauung ist besonders ausgeprägt bei binären, nicht gelösten Gemischen stark unterschiedlicher Viskositäten in beiden Phasen. Es findet dann eine Entmischung der beiden Phasen statt, wobei bei hoher Viskosität der viskoseren Phase die Eingriffskräfte die Gravitationskräfte übersteigen können. Das viskose Produkt verteilt sich dann nicht mehr gemäss dem Dichteunterschied der beiden Phasen im Kneterraum, sondern häuft sich auf den Mischelementen und Gegenhaken an. In der Eingriffszone kommt es dann zu einer Erhöhung des Drehmoments und der Biegekräfte.
Aufgabe
Ziel dieser Erfindung ist es, die Kräfte in der Eingriffszone über die Wellendrehung möglichst gleichmässig zu verteilen.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass der Produkttransport zähviskoser, pastöser Massen durch den Produktraum von einem Einlass zu einem Auslass gewährleistet ist, dabei aber gleichzeitig eine Vermischung bzw. Behandlung des Produktes stattfindet, die sehr einheitlich ist. Dabei ist vor allem auch zu bedenken, dass derartige Mischkneter nicht vollständig sondern immer nur teilweise gefüllt sind, so dass es Zonen gibt, in denen auf die Knetelemente erhebliche Kräfte einwirken, während Knetelemente, die die anderen Zonen durchfahren, überhaupt keinen Kräften ausgesetzt sind. Dies muss bei der Kräfteverteilung beachtet werden.
Vor allem kann die Kräfteverteilung mit Hilfe eines Anstellwinkels der Knetelement und insbesondere der Knetbarren und zwar unabhängig von der beschriebenen Verteilung der Knetelemente über den Umfang beeinflusst werden. Deswegen wird beansprucht, dass zur geeigneten Produktverteilung im Produktraum Knetelemente auf der Welle oder entsprechende Knetgegenelemente am stehenden Gehäuse unabhängig von deren Verteilung über den Umfang angestellt werden. Vor allem bei Knetbarren kann dies auf zwei Arten geschehen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Knetbarren auf einer Versatzlinie aufeinanderfolgend in Längsrichtung der Welle versetzt zueinander angeordnet. Die Knetbarren können nun beispielsweise exakt parallel zu dieser Versatzlinie verlaufen. Sie sind dann in einem sogenannten Alphawinkel gegenüber der Drehachse der Welle angestellt.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Knetbarren ebenfalls auf der Versatzlinie anzuordnen, jedoch verlaufen sie nicht parallel zu der Versatzlinie, sondern nochmals zusätzlich angestellt zur Versatzlinie. Hier wird von einem Betawinkel gesprochen. Die Wahl der geeigneten Alpha- bzw. Betawinkel wirkt sich in erheblichem Masse auf den Produkttransport und auf die Knetwirkung aus.
In einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines Mischkneters mit einer gewünschten Kneterwelle soll zuerst auf der Welle eine Sektion bestimmter Länge mit einer Sektionsebene bestimmt werden, in der sich eine bestimmte Anzahl von Scheiben in einem bestimmten Abstand mit aufgesetzten Barren befinden. Daraus kann nun ein Barrenwinkel, ein Sektionswinkel und ein Gegenhakenwinkel ermittelt werden, aus denen sich wiederum eine sogenannte Abwicklungsteilung ergibt. Aus diesen Parametern kann ein Scheibenversatzwinkel und ein Gegenhakenversatzwinkel bestimmt werden. Aufeinanderfolgende Scheiben werden dann um einen Winkel, welcher der Summe aus Scheibenversatzwinkel und Gegenhakenwinkel entspricht, in der Sektionsebene verdreht gegenüber den vorangehenden Scheiben angebracht.
Die Erfindung umfasst auch eine Kneterwelle, die nach einem derartigen Verfahren hergestellt wird.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Sektion eines Mischkneters;
2 eine schematisch dargestellte Frontansicht der Sektion gemäss 1;
3 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf einen kleinen Ausschnitt einer Abwicklung von Barren zur besseren Erläuterung;
4 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf einem grossen Ausschnitt einer Abwicklung von Barren.
In den 1 und 2 ist eine Sektion 1 eines Mischkneters in einem Gehäuse 2 schematisch dargestellt. Axial durch das Gehäuse 2 erstreckt sich eine Welle 3, auf der beabstandet zueinander eine Mehrzahl von Scheibenelementen 4 angeordnet ist. Jeweils vier Scheibenelemente 4 liegen in einem Winkel um 90° versetzt zueinander in einer Sektionsebene SE, bilden zusammen eine gedachte Scheibe und sind endwärtig jeweils mit einem Barren 5 besetzt.
Von einer Innenwand des Gehäuses 2 ragen nach innen zur Welle 3 hin Gegenhaken 6 ab, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Gegenhaken vorgesehen sind.
Das Ziel der oben genannten Aufgabe wird durch folgenden, schrittweisen Ansatz erreicht:

1. Zuerst wird der Barrenwinkel (BW) bestimmt. Er ist bei regelmässiger Verteilung der Barren über den Umfang in einer Sektionsebene SE BW = 360°:Anzahl der Barren pro Sektionsebene SE
2. Der Sektionswinkel (SW) ist der Barrenwinkel BW, der durch die Anzahl der Eingriffe eines Barren pro Sektionsebene SE über eine Umdrehung der Welle (= Anzahl der Gegenhaken pro Sektionsebene) geteilt wird. Dies entspricht auch dem Sektionsverteilwinkel. Bei zwei Wellen findet in der Regel nur ein Eingriff pro Umdrehung statt, womit der Sektionswinkel dem Barrenwinkel entspricht. SW = BW/Anzahl der Gegenhaken pro Sektionsebene
3. Der Gegenhakenwinkel (GHW) 7 wird so eingestellt, dass er dem Vielfachen des Barrenwinkels BW + einem Sektionswinkel SW entspricht. Diese Methode bewirkt, dass der Eingriff des einen Gegenhaken genau um 180° bei der Drehbewegung der Welle versetzt ist und somit die Eingriffe in einer Sektionsebene SE regelmässig stattfinden.
- GHW = n₁ × BW + SW
  
  n₁
  
  = natürliche Zahl einschließlich 0
4. Es wird nun untersucht, wie sich die viskosen Kräfte über die Länge der rotierenden Welle verteilen. Bei kontinuierlichen Knetprozessen ist es möglich, dass die viskosere Phase über die Länge der Achse an Viskosität zu- oder abnimmt. Dies kann z. B. aufgrund einer Reaktion, thermischen Trennung oder Temperaturerhöhung der Fall sein, wenn das Edukt auf der einen Seite der Drehachse dem Produktraum zugeführt und auf der anderen Seite abgeführt wird. Auch kann das Produkt fest werden und granulieren, wobei es nach einem steilen Anstieg der Eingriffskräfte zu einem starken Abfall dieser Kräfte kommt. Eine Länge L der Welle 3 wird durch ein Vielfaches des Scheibenabstands a zweier benachbarten Sektionsebenen geteilt. Das Resultat wird auf- oder abgerundet und Abwicklungsteilung (AT) genannt und ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und der Anzahl der Scheibenelemente. 1 ≤ AT ≤ L:a

Die Abwicklungsteilung ist idealerweise 1 oder durch die Anzahl der Gegenhaken pro Sektionsebene teilbar, um eine bestmögliche Verteilung des Drehmoment zu erreichen.

5. Die Abwicklungsteilungsgesamtanzahl (ATGZ) ist die Gesamtanzahl an Scheiben, die auf der Welle in Richtung der Rotationsachse befestigt sind, geteilt durch die Abwicklungsteilung. Sie sollte idealer Weise immer eine natürliche Zahl ergeben. ATGZ = Anzahl der Scheiben:AT
6. Der Scheibenversatzwinkel (SchVW) 9 ist der Sektionswinkel SW geteilt durch die Abwicklungsteilungsgesamtzahl. SchVW = SW:ATGZ
7. Der Stufenversatzwinkel (SVW) ist der Scheibenversatzwinkel zuzüglich des Sektionswinkels, der durch den Produkt aus Abwicklungsteilungsgesamtanzahl und Abwicklungsteilung geteilt ist. SVW = SchVW + SW:(ATGZ × AT)

Man kann SW auch durch ein Vielfaches des Produktes ATGZ × AT teilen und man bekommt ebenfalls ein gutes Drehmomentverteilergebnis.

8. Der Gegenhakenversatzwinkel (GHVW) 7 ist der Winkel zweier folgender Gegenhaken in der Rotationsachsenrichtung in der Sektionsebene.

Die erste Scheibe aus vier Scheibenelementen 4 wird auf der Welle 3 befestigt. Die folgenden Scheiben sind um einen Winkel, der der Summe aus Scheibenversatzwinkel 9 und Gegenhakenversatzwinkel 7 entspricht, in der Sektionsebene SE verdreht gegenüber den vorangehenden Scheiben angebracht. Die Anzahl der Scheiben, die so hintereinander befestigt werden, entspricht der Abwicklungsteilung AT.
Die nächste Scheibe wird um einen Winkel, der der Summe aus Stufenversatzwinkel SVW und Gegenhakenversatzwinkel GHVW entspricht, verdreht gegenüber der vorangehenden Scheibe angebracht. Die folgenden Scheiben werden analog der ersten Scheibe versetzt angebracht. Das ganze wiederholt sich dann, bis das Ende der Welle erreicht ist.
Für die Erfindung ist nicht maßgeblich, ob der Scheibenabstand über die Wellenlänge konstant ist. Auch mit verschiedenen Scheibenabständen bekommt man ein optimal verteiltes Drehmoment. Dabei ist aber zu beachten, dass ein kleinerer Scheibenabstand auch zu einer kleineren Eingriffskraft des Barren mit den Gegenhaken führt (es wird weniger Produktmenge geschert). Daher ist ein gleichmäßiger Scheibenabstand für die Erfindung vorteilhaft.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, den Produkttransport pastöser Massen durch den Produktraum entlang der Rotationsachse zu gewährleisten. Es wurde beobachtet, dass die Produktverteilung im Kneter bei einer Teilfüllung des Apparates mit viskosen und pastösen Produkten durch die Kräfteeinwirkung zwischen den Knetelementen stattfindet. Ist der Kneter mit regelmässig angeordneten Elementen bestückt, wird sich ein einheitliches Produkt auch regelmässig verteilen. Die Verteilung kann aber mit Hilfe eines Anstellwinkels der Knetelemente, z. B. der Barren, unabhängig von der oben beschriebenen Verteilung der Knetelemente, über den Umfang beeinflusst werden. Wird der Kneter kontinuierlich betrieben, wird durch geschicktes Wählen des Anstellwinkels der Knetelemente ebenfalls eine gewünschte Produktverteilung im Kneter erreicht.
Verlaufen die Barren exakt parallel zur Welle hintereinander ohne irgendeine Anstellung, so erfolgt zwar ein Kneten des Produktes aber keinerlei Transport. Dies kann natürlich nicht gewünscht sein, da das Produkt während seiner Behandlung natürlich von einem Einlass zu einem Auslass transportiert werden muss.
Hierzu sind zwei Möglichkeiten der Beeinflussung in 3 dargestellt. Die Barren 5 verlaufen entlang einer Versatzlinie 10. Dieser Verlauf wird als Alphawinkel bezeichnet. Des weiteren können sie aber auch noch gegenüber dieser Versatzlinie 10 angestellt seien, wobei dieser Winkel als Betawinkel bezeichnet wird. Bei dem Barren 5.1 ist Alphawinkel gleich Betawinkel, während der Barren 5.2 einen unterschiedlichen Betawinkel hat.
Beispiel
Eine Welle habe 30 Scheibenelemente mit 275 mm Abstand. Der äussere Durchmesser der Welle (Abstand Wellenmitte zu Barrenspitze) sei 1600 mm. Der Abwicklungswinkel (Vorgabe) soll ungefähr 30° betragen. Der Gegenhakenversatzwinkel soll über die Länge der Welle immer null betragen, d. h. die Gegenhaken sind auf einer horizontalen Linie angeordnet. Es soll zwei Gegenhakenreihen geben und sechs Barren über den Umfang einer Sektionsebene.
Der Barrenwinkel BW ist somit 360/6° = 60°. Der Sektionswinkel 60°/2 = 30°. Der Gegenhakenwinkel GHW ist dann n1 × 60° + 60/2 = 30, 90, 150° (über diesen Wert ergibt sich eine Wiederholung, da 360 – 210 wieder 150° ergibt). Es wird 90° gewählt.
Der Abwicklungswinkel kann iterativ bestimmt werden. Annahme, die Abwicklungsteilung ist 10. Dann ergibt sich ein ATGZ von 30/10 = 3. Der Scheibenversatzwinkel ist dann 30°/3 = 10°. Somit werden die ersten zwei Scheibenreihen jeweils um 10° gegenüber der vorgehenden versetzt. Die 3. Reihe (= erste Reihe der 1. Wiederholung) wird gegenüber der vorherigen Scheibenreihe um den Winkel SVVV = 10 + 30/(10 × 3) = 11° versetzt. Danach wird das Ganze wiederholt (9 mal), wobei beim letzten Mal die Verschiebung des SVW wegfällt, da die Welle zu Ende ist.

Nun kann der Abwicklungswinkel bestimmt werden. Zuerst wird das Bogenmaß des Abstands der Barren in Umfangsrichtung 1. und 4. Reihe, also ab da, wo es sich wiederholt, bestimmt. Es ergibt sich 31°·pi/180° × 1600/2 mm = 432,8 mm. Nun wird die Welle in der Ebene D aufgerollt und der Winkel zwischen den Barren der 1. und 4. Scheibenreihe bestimmt. Es ergibt sich alpha = arctan (460.7/(3 × Scheibenabstand)) = 27.68°. Das ist sehr nahe an den gewünschten 30°. Bezugszeichenliste

1	Sektion	34	67
2	Gehäuse	35	68
3	Welle	36	69
4	Scheibenement	37	70
5	Barren	38	71
6	Gegenhaken	39	72
7	Gegenhakenwinkel	40	73
8	Barrenwinkel	41	74
9	Scheibenversatzwinkel	42	75
10	Versatzlinie	43	76
11		44	77
12		45	78
13		46	79
14		47
15		48
16		49
17		50	SE	Sektion
18		51
19		52	a	Scheibenabstand
20		53	L	Länge
21		54
22		55
23		56
24		57
25		58
26		59
27		60
28		61
29		62
30		63
31		64
32		65
33		66

Claims

Mischkneter zur Behandlung von viskosen bzw. pastösen Produkten in einem Produktraum zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Produkt, wobei im Produktraum zumindest eine Kneterwelle (3) mit darauf angeordneten Knetelementen (4, 5) vorgesehen ist, welche mit Gegenelementen (6) zusammenwirken, so dass die auf der Welle (3) angeordneten Knetelemente (4, 5) aus Scheibenelementen (4) und aufgesetzten Barren (5) während der Drehung der Welle (3) in Knetelemente einer anderen Welle oder am stehenden Gehäuse (2) angebrachte Gegenhaken (6) ohne Berührung derselben eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung von Biege- und Torsionskräften, die auf die Welle (3) wirken, die Knetelemente (4, 5) zumindest entlang einem Abschnitt auf der Welle (3) und/oder die Gegenelemente (6) mit maximaler Regelmässigkeit über die Drehung der Welle verteilt angeordnet sind, wobei aufeinander folgende Knetelemente in einem Winkel, der der Summe aus Scheibenversatzwinkel (SchVW) und Gegenhakenversatzwinkel (GVW) entspricht, in einer Sektionsebene (SE) verdreht gegenüber vorangehenden Scheiben angeordnet sind, wobei sich folgende Formel ergibt: Winkel = Scheibenversatzwinkel (SchVW) plus Gegenhakenversatzwinkel (GVW) wobei SchVW = SW:ATGZ und GHW = n1 × BW + SW, wobei n1 eine natürliche Zahl einschliesslich 0 ist und wobei SW = BW:Anzahl der Gegenhaken pro Sektionsebene und BW = 360°:Anzahl der Barren pro Sektionsebene und ATGZ = Anzahl der Scheiben:AT und AT = L:a, wobei L = Länge der Welle und a = Scheibenabstand zweier benachbarter Sektionsebenen ist.
Mischkneter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung des Produktes im Produktraum Knetelemente (5) angestellt sind.
Mischkneter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetelemente (5) auf einer Versatzlinie (10) angeordnet sind, wobei sie in Richtung dieser Versatzlinie (10) verlaufen und die Versatzlinie (10) in einem Winkel zur Achse (A) der Welle (3) verläuft.
Mischkneter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetelemente (5) auf einer Versatzlinie (10) angeordnet sind, wobei sie zu dieser Versatzlinie (10) in einem Winkel angestellt sind und die Versatzlinie (10) in einem Winkel zur Achse (A) der Welle (3) verläuft.
Verfahren zum Herstellen eines Mischkneters nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (3) eine Sektion bestimmter Länge (L) mit einer Sektionsebene (SE) bestimmt wird, in der sich eine bestimmte Anzahl von Scheiben in einem Abstand (a) mit aufgesetzten Barren (5) befinden, wobei daraus ein Barrenwinkel (BW), ein Sektionswinkel (SW) und ein Gegenhakenwinkel (GHW) ermittelt werden und daraus eine Abwicklungsteilung (AT) bestimmt wird und nunmehr ein Scheibenversatzwinkel (SchVW) und ein Gegenhakenversatzwinkel (GVW) bestimmt werden und aufeinander folgende Scheiben um einen Winkel, der der Summe aus Scheibenversatzwinkel (9) und Gegenhakenversatzwinkel (7) entspricht, in der Sektionsebene SE verdreht gegenüber den vorangehenden Scheiben angebracht werden.
Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 7 zur Herstellung einer Kneterwelle (3) für eine Mischkneter.