[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung des Mischguts in einem Rotationsmischer.

[0002] Die Temperaturbestimmung von Mischgut erlaubt Aussagen über den Zustand des Mischguts und damit auch darüber, ob die angestrebte Durchmischung bereits erreicht wurde oder ob noch weiteres Mischen erfolgen muss. Die kontinuierlich Aufzeichnung der Mischguttemperatur im Mischprozess ist darüber hinaus als In-Prozess-Kontrolle geeignet und kann unerwünschte Abweichungen während des Mischens schnell identifizierbar machen ebenso wie Entmischungsvorgänge durch zu langes Mischen.

[0003] In der Literatur zum Stand der Technik finden sich in der Hauptsache Messtechniken, die einen direkten Kontakt eines Messfühlers mit dem Mischgut erfordern. Die DE 1 257 113 A offenbart einen Mischer für feinkörniges, pulverförmiges oder flüssiges bzw. breiiges Gut mit einem aufrecht stehenden zylinderförmigen, verschließbaren Mischbehälter und konzentrisch in ihm angeordneten, hochtourig umlaufenden Mischwerkzeugen. Sie stellt sich unter anderem die Aufgabe, in besonders einfacher und geeigneter Weise die laufend ansteigende tatsächliche Temperatur des Mischgutes während des Mischvorganges festzustellen. Vorgeschlagen wird, einen Umlenker für das Mischgut im Querschnitt als einen sich in Drehrichtung der Mischwerkzeuge verjüngenden Körper mit Zufuhrleitungen für Flüssigkeiten und/oder Gase und einem Thermometer auzubilden. Bei einer praktischen Ausführungsform ist in dem Umlenker ein Thermometerfühler angeordnet, der nahe dem unteren Ende des Umlenkers an der der Behälterwand zugewandten Seite aus dem Umlenker herausragt. Dabei verläuft der Fühler schräg nach unten und im spitzen Winkel zur Behälterwand. Der Fühler ragt nach vorn aus dem Umlenker in einer derartigen Richtung heraus, dass das in Drehung versetzte und nach oben gedrückte Mischgut praktisch senkrecht auf die Spitze des Fühlers auftrifft. Dadurch wird vermieden, dass sich Mischgut an toten Zonen des Fühlers absetzt und somit eine wärmeisolierende Schicht auf der Fühleroberfläche bildet, die eine weitgehend verzögerungsfreie und genaue Anzeige des Thermometers unmöglich macht. Die Messleitung des Fernthermometers ist durch den Hohlraum des Umlenkers geführt.

[0004] Die DE 10 113 451 A1 offenbart ein Lagergehäuse für eine Rührwelle, an der vorzugsweise eine Rührscheibe befestigt ist, mit einer Lanze, die mit einem Ende mit dem Lagergehäuse in Verbindung steht und an deren anderem Ende ein Temperatursensor angeordnet ist, mit einer Zuleitung für den Temperatursensor, die zumindest bereichsweise

BESTÄTIGUNGSKOPIE durch das Lagergehäuse geführt ist und die sich zumindest bereichsweise durch die Lanze bis zum Temperatursensor erstreckt. Bevorzugt ist die Lanze mit einer Sollbruchstelle versehen. Auch hier besteht das Problem, dass ein Teil der Temperaturmesseinrichtung, in diesem Falle die Lanze, im Rührgefäß angeordnet und dementsprechend dem Risiko des Einwirkens übermäßiger mechanischer Kräfte ausgesetzt ist.

[0005] Die DE 10 2008 041 104 A1 offenbart zunächst eine Mischvorrichtung, die einen zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise metallischen Material besteht. Mittels einer Heizvorrichtung, die mindestens eine mit einem elektrischen Wechselfeld anregbare Spule aufweist, die derart angeordnet ist, dass durch die bei verändertem Stromfluss entstehende Magnetfeldänderung im elektrisch leitfähigen Material des Mischbehälters Wirbelströme erzeugt werden, kann der Mischbehälter und das in ihm enthaltene Mischgut schnell aufgeheizt werden, da die Wirbelströme für eine Erwärmung des Mischbehälters sorgen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Inneren des Behälters in der Nähe der Behälterwand und/oder dem Behälterboden mindestens eine Abstreifvorrichtung vorgesehen, die relativ zur Behälterwand bewegbar ist. Im einfachsten Fall ist die Abstreifvorrichtung statisch, so dass die notwendige Relativbewegung nur durch das Drehen des Behälters erzeugt wird. Die Temperatur des Mischguts kann nun gemäß der DE 10 2008 041 104 A1 durch einen Temperatursensor erfasst werden, der in der Abstreifvorrichtung aufgenommen ist, da diese in direktem Kontakt mit dem Mischgut steht. Alternativ kann die Mischguttemperaturbestimmung auch über einen getrennt von der Abstreifvorrichtung in den Mischraum eingebrachten produktberührenden oder berührungslosen Temperatursensor erfolgen. Auch hier befindet sich der Temperatursensor in jedem Falle in dem Mischbehältnis.

[0006] Nachteilig am Stand der Technik ist der Umstand, dass sämtliche Temperatursensoren bisher in dem Mischbehältnis positioniert sind. Bei hohen Drehzahlen, wie sie in Rotationsmischern auftreten können, sind die entsprechenden Temperatursensoren daher hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt und die elektronische Anbindung oder Verkabelung kann einen hohen Wartungsaufwand oder einen häufig erforderlichen Austausch der Sensoren bedingen. Zudem können sich Messungenauigkeiten ergeben, wenn es nicht gelingt, einen Materialfluss entlang des Sensors zu generieren, da am Sensor festgebackenes Mischgut wärmeisolierend wirken kann. Ein brührungslos messender Sensor, bei der der Sensor gleichwohl in dem Mischbehältnis positioniert ist, müsste unbedingt so positioniert sein, dass eine Verschmutzung mit Mischgut ausgeschlossen werden kann, was einen hohen konstruktiven Aufwand bedingen würde, der zudem je nach Mischer individuelle Anpassungen erforderlich machen würde. [0007] Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die die erwähnten Nachteile des Stands der Technik aufhebt und insbesondere für Rotationsmischer, die eine hohe mechanische Belastung sämtlicher Bauteile aufweisen, geeignet ist.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung von Mischgut in einem Rotationsmischer nach Anspruch 1 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 11 , bei dem eine entsprechende Vorrichtung zum Einsatz kommt. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

[0009] Vorgestellt wird eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung von Mischgut in einem Rotationsmischer mit einem Gehäuse und mit einem auf einer Kreisbahn in verschiedene Rotationspositionen beweglichen Mischbehältnis, das eine Mischgutaufnahme mit einem Boden und einer Seitenwandung aufweist und als Rotationskörper mit einer schräg zu der Ebene der Kreisbahn und orthogonal zu dem Boden angeordneten Symmetrieachse ausgeführt ist, wobei das Mischbehältnis um die Symmetrieachse drehbar gelagert ist und die Vorrichtung in einem Ruhezustand kein Mischgut aufweist und in einem Arbeitszustand, in dem das Mischbehältnis mit Mischgut befüllt ist, auf der Kreisbahn rotiert, wobei an dem Gehäuse ein berührungslos messender Strahlungsdetektor ortsfest angeordnet ist, der auf die Kreisbahn gerichtet ist. Der Strahlungsdetektor ist vorzugsweise Teil eines Pyrometers, das Infrarotstrahlung detektiert. Grundsätzlich können aber auch andere Detektoren zum Einsatz kommen, die aufgrund der Reflexion elektromagnetischer Strahlung Rückschlüsse auf die Temperatur des Mischguts erlauben und auf diese Weise berührungslos arbeiten.

[0010] Kern des Strahlungsdetektors ist vorzugsweise ein Strahlungssensor, auf den einfallende Strahlung bevorzugt durch eine geeignete Linse fokussiert wird. Dabei hängt das Ausmaß der von dem Strahlungsdetektor maximal erfassten Fläche als Messfleck auf einem Messobjekt, hier also dem Mischgut, proportional von dem Abstand zwischen dem Strahlungsdetektor und dem Messobjekt ab. Je größer also der Abstand des Strahlungsdetektors und damit auch des Strahlungssensors von dem Mischgut, desto größer die Fläche des Messflecks.

[0011] Selbstverständlich kann der Strahlungsdetektor nicht beliebig ausgerichtet sein. Um die Mischguttemperatur mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen, ist er zumindest auf die Kreisbahn gerichtet, auf der sich das Mischbehältnis im Arbeitszustand bewegt. Von Vorteil ist es jedoch, wenn der Messfleck in dem Ruhezustand in wenigstens einer Rotationsposition vollständig in der von der Ebene der Kreisbahn am weitesten beabstandeten Hälfte der Oberfläche des Bodens innerhalb der Mischgutaufnahme liegt und in dem Arbeitszustand wenigstens ein Teil des Mischguts in einer oder mehreren Rotationspositionen vollständig in den Strahlengang des Strahlungsdetektors eingebracht ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass beispielsweise im Ruhezustand auf der gesamten Oberfläche des Bodens der Mischgutaufnahme verteiltes Mischgut im Zuge der Rotation, also in dem Arbeitszustand der Vorrichtung, durch Zentrifugalkräfte in Richtung des jeweils obenliegenden Randes der Mischgutaufnahme verschoben wird und dabei Teile des Bodens sowie der nach oben angrenzenden Behältniswandung bedeckt. Im Regelfall führt die Mischgutaufnahme in dem Mischbehältnis eine Gegenrotation zu der Bewegung des Mischbehältnisses auf der Kreisbahn aus, um ein Anhaften von Mischgut an der Behältniswandung zu vermeiden. Die Mischgutaufnahme ist zudem meist auf einfache Art austauschbar.

[0012] Besonders bevorzugt ist es, wenn der Abstand des Strahlungsdetektors von dem Boden der Mischgutaufnahme so gewählt ist, dass der kreisförmige Messfleck auf dem Boden der Mischgutaufnahme einen Durchmesser aufweist, der nicht größer als der Radius des Bodens ist. Der Messfleck kann so vollständig in der oberen Hälfte des Bodens positioniert werden.

[0013] Da auch ein bevorzugt ausgerichteter Strahlungsdetektor ohne hochpräzises Timing nicht nur die Temperatur des Mischguts detektiert sondern auch die Umgebung des Mischbehältnisses, die kein Mischgut aufweist, ist es von Vorteil, wenn der Strahlungsdetektor mit einer Datenverarbeitungseinheit verbunden ist. Die Datenverarbeitungseinheit ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet, die von dem Strahlungsdetektor empfangenen Dateneinheiten aufzuzeichnen, aus den Dateneinheiten Einzeltemperaturwerte zu errechnen sowie das jeweilige Maximum der Einzeltemperaturwerte in vorgegebenen Zeitabschnitten zu bestimmen. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn auch lokale Maxima einer Serie von Temperaturwerten ausgegeben werden können, so dass zwischen Mischgut und möglicherweise anderen Temperaturpeaks, die beispielsweise durch Fehlfunktionen des Rotationsmischers verursacht sein könnten, unterschieden werden kann. So kann auch eine Notabschalt- oder Warnvorrichtung an das Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes gekoppelt werden.

[0014] Schließlich ist es von Vorteil und zumeist unabdingbar, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Einzeltemperaturwerte unter Vorgabe des Emissionsgrades des Mischguts zu errechnen. Da in vielen Anwendungsfällen nur geringe Unterschiede des zu mischenden Gutes auftreten, ist die erneute Voreinstellung des Emissionsgrades nur bei grundsätzlichem Wechsel des Mischguts erforderlich. [0015] Bei Mischvorgängen, für die Unterdrück gegenüber Normaldruck erforderlich ist, kann der Strahlungsdetektor ortsfest so am oder im Gehäuse angebracht werden, dass er zusammen mit dem Temperaturdetektor in einem Raum angeordnet ist, der so abdichtbar ist, dass ein gleichmäßiger Unterdrück gegenüber Normaldruck in ihm erzeugbar ist, von dem das Mischgut und der Strahlungsdetektor gleichermaßen erfasst sind. Dies hat den Vorteil, dass zwischen Mischgut und Strahlungsdetektor kein Deckel positioniert sein muss, der auch bei transparenten Scheiben Einfluss auf die Messung hätte. Bei Mischvorgängen, die zwingend eine Abdeckung erfordern, in der Praxis zumeist einen das Mischbehältnis verschließenden Deckel, kann in den Deckel eine Germaniumscheibe eingebaut werden, die in wenigstens einer Rotationsposition des Mischbehälters in dem Strahlengang des Strahlungsdetektors positioniert ist. Germaniumscheiben können so ausgeführt sein, dass sie keinen Einfluss auf die Messung haben.

[0016] Ein Verfahren, das die vorgeschlagene Vorrichtung zur Temperaturbestimmung nutzt, umfasst folgende Schritte: i) Befüllung des Mischbehältnisses mit dem Mischgut und Positionierung des Mischguts im Strahlengang des Strahlungsdetektors mit anschließender Bestimmung der Temperatur des Mischguts in Ruhe als T _o mittels der Datenverarbeitungseinheit; ii) Überführung der Vorrichtung in den Arbeitszustand mit einer Drehzahl der Rotation des Mischbehälters auf der Kreisbahn von mehr als einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (rpm); iii) punktuelle Messungen der Mischguttemperatur in regelmäßigen Zeitabständen; iv) Bestimmung der maximal gemessenen Mischguttemperatur nach einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen.

Auf diese Weise kann auch aufgezeichnet werden, wie schnell die Temperatur in Mischgütern mit hohem Reibstoffanteil ansteigt und die Rotationsgeschwindigkeit, oder auch eine Kühlung, kann zur Optimierung des Mischvorgangs entsprechend angepasst werden. Dazu ist es von Vorteil, Temperaturmaxima immer nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen des Mischbehältnisses auf der Kreisbahn zu bestimmen, als Graph aufzuzeichnen und auszuwerten.

[0017] Von Bedeutung ist, dass die Temperaturbestimmung mittels des Strahlungsdetektors punktuell stattfindet, so dass zwischen den einzelnen Bestimmungen eine messfreie Zeitspanne liegt. Während der messfreien Zeitspanne, also dem Zeitabstand zwischen den einzelnen Messungen rotiert das Mischgutbehältnis weiter und legt je nach Drehzahl, die in der Regel in Umdrehungen pro Minute (rpm) angegeben wird, eine bestimmte Strecke zurück. Um eine gute Genauigkeit der Messungen zu erreichen ist es daher von Vorteil, wenn die während des Zeitabstands zurückgelegte Strecke nicht größer als der Radius des Bodens der Mischgutaufnahme ist, um eine hohe Wahrscheinlichkeit zu gewährleisten, dass eine Messung im Arbeitszustand der Vorrichtung stattfindet, in der der Messfleck ausschließlich Mischgut erfasst. Der Wert des in Millisekunden angegebenen Zeitabstands zwischen den punktuellen Messungen sollte daher vorzugsweise nicht größer sein als der Quotient aus dem Radius des Bodens der Mischgutaufnahme und einem mit dem Umfang der Kreisbahn multiplizierten 60.000stel der Drehzahl (rpm).

[0018] Nachfolgend wird die vorgestellte Vorrichtung anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein.

[0019] Legende:

1 Vorrichtung zur Temperaturbestimmung

2 Rotationsmischer

3 Gehäuse

4 Strahlungsdetektor

5 Strahlungssensor

6 Pyrometer

7 Boden

8 Seitenwandung

9 Mischgutaufnahme

10 Mischbehältnis

11 Symmetrieachse

12 Radius des Bodens

13 Mischgut

14 Kreisbahn

15 Ebene der Kreisbahn

16 Hauptrotationsachse

17 Strahlengang

18 Messfleck

19 Deckel

20 Germaniumscheibe [0020] Fig, 1 zeigt einen Ausschnitt eines Rotationsmischers (2) im Querschnitt, der eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung (1) aufweist, bestehend aus einem ortsfesten Gehäuse (3) und einem Strahlungsdetektor (4) mit einem Strahlungssensor (5) als Teil eines Pyrometers (6) sowie einem Mischbehältnis (10), das einen Boden (7), eine Seitenwandung (8) und eine leicht auswechselbare Mischgutaufnahme (9) aufweist. Das Mischbehältnis (10) ist auf einer Kreisbahn (14), die den Schnittpunkt des Zentrums des Strahlengangs (17) mit dem Boden (7) durchläuft und hier als Punkt dargestellt ist, um eine Hauptrotationsachse (16) in verschiedene Rotationspositionen bewegbar, wobei das Mischbehältnis (10) als Rotationskörper ausgeführt ist, dessen Symmetrieachse (11) orthogonal zu dem Boden (7) und schräg zu der Ebene (15) der Kreisbahn (14) angeordnet ist. Der Strahlungsdetektor (4) ist so an dem ortsfesten Gehäuse (3) angeordnet, dass der Strahlengang (17) des Pyrometers (6) auf die Kreisbahn (14) gerichtet ist. Gezeigt ist hier die Vorrichtung (1) in ihrem Arbeitszustand (A), in dem das Mischbehältnis (10) auf der Kreisbahn (14) rotiert und die Mischgutaufnahme (9) mit Mischgut (13) befüllt ist, das hier aufgrund der durch die Rotation des Mischbehältnisses (10) um die Rotationshauptachse (16) auftretenden Zentrifugalkräfte in Richtung der oberen Hälfte der Mischgutaufnahme (9) verschoben ist. In der gezeigten Rotationsposition des Mischbehältnisses (10) befindet sich der Messfleck (18) vollumfänglich auf dem Mischgut (13) und würde im Ruhezustand (R) (hier nicht gezeigt), also in Abwesenheit des Mischguts (13) auf die obere Hälfte des Bodens (7) der Mischgutaufnahme (9) treffen. Dies ist möglich, da der Durchmesser des kreisförmigen Messflecks (18) kleiner ist als der Radius des Bodens (7). Vorliegend ist zusätzlich der optionale Deckel (19) gezeigt, der die Mischgutaufnahme (9) verschließt und so ein Entweichen beispielsweise feinpulvriger Substanzen wirksam verhindert. Der Strahlengang (17) ist dabei so ausgerichtet, dass er in wenigstens einer Rotationsposition des Mischbehältnisses (10) vollumfänglich durch die in den Deckel (19) eingebaute Germaniumscheibe (20) verläuft.