Maschine zur Herstellung feinstzerteilter Mischungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Herstellung feinstzerteilter Mischungen mit relativ zueinander bewegbaren Körpern, wobei mindestens auf einer der einander zugewandten Oberfläehen dieser Körper auf das Behandlungsgut zerkleinernd wirkende Elemente angeordnet sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeich- net, dass zur Unterteilung der Stoffe in stän dib lleiner werdende Teile mindestens zwei untersehiedlich aufgebaute Zerkleinerungssysteme vorhanden sind, die nacheinander vom Gut durehströmt werden.
Auf beiliegenden Zeichnungen sind d Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstan- des dargestellt, wobei gleiche oder gleiehartige Teile gleich bezeichnet sind. Es zeigen :
Fig. 1. eine Vertikalansicht einer Ausfüh- rungsform einer Feinstdispergiermaschine, bei der die Teile der Maschine, in der die Zer kleinerung stattfindet, im Sehnitt dargestellt sind,
Fig. 2 eine Vertikalansieht einer abgeän- derten Ausführungsform einer Feinstdispergiermasehine, bei der die Teile der Maschine, in der die Zerkleinerung stattfindet, im Sehnitt dargestellt sind,
Fig.
3 einen Teilsehnitt in vergrössertem Ma#stab einer Feinstdispergiermaschine mit einem Vorzerkleinerungssystem und zwei hintereinandergesehalteten Feinstdispergiersystemen unterschiedlichen Aufbaues,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf einen Teil der Maschine gemäss Fig. 3, wobei das Gehäuse und eine Vorzerkleinerungsnocke im Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 3 dargestellt sind,
Fig. 5 einen Schnitt durch das erste Dispergiersystem der Maschine längs der Linie VI-VI der Fig. 3,
Fig. 6 einen Schnitt durch ein weiteres Dispergiersystem der Maschine längs der Linie VII-VII der Fig. 3,
Fig. 7 einen Teilschnitt in vergrössertem Massstab einer weiteren Ausführungsform einer Feinstdispergiermaschine,
Fig.
8 einen Schnitt durch diese Maschine längs-der Linie IX-IX der Fig. 7,
Fig. 9 einen Schnitt durch das Feinstdispergiersystem einer abgeänderten, energiesparenden Ausführungsform einer Feinst dispergiermaschine,
Fig. 10 einen Axialsehnitt durch den ruhenden Teil eines Zerkleinerungssystems und eine aus dem Rotor herausgenommene Düse,
Fig. 11 eine Darstellung einer abgeänder- ten Ausführungsform einer Feinstdispergiermaschine, wobei das Gehäuse im Längsschnitt und der Rotor und sein Antriebsteil in Ansicht und teilweise gesehnitten dargestellt sind, Fig. 12 eine Aufsicht auf. einen Gehäuse- unterteil der Maschine nach Fig. 11,
Fig.
1. 3 einen Längsschnitt dureh eine weitere Ausführungsform einer Feinstdispergiermaschine,
Fig. 14 eine Darstellung einer abgeänder- ten Ausführungsform einer Feinstdispergiermaschine im Sehnitt,
Fig. 15 eine Aufsicht auf einen Teil des Gehäuses der Maschine nach Fig. 14,
Fig. 16 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Feinstdispergiermasehine in Form eines Eintauchaggregates, Fig. 17 eine Ansicht eines Eintauchgerätes ähnlieh dem naeh Fig. 16 mit Tragstütze und Arbeitsgefä#,
Fig. 18 eine Vorderansicht des Eintauch- gerätes naeh Fig. 17, bei der das Arbeitsgefäss und Teile der Maschine fortgelassen sind,
Fig.
19 einen Längsschnitt durch einen Teil des Wellentunnels der Feinstdispergiermaschine naeh den Fig. 16 bis 18,
Fig. 20 eine schematische Darstellung eines Misch-und Feinstdispergieraggregates, bei dem das Arbeitsgefäss im Sehnitt dargestellt ist.
Die in den Fig. l und 2 dargestellten Feinstdispergiermasehinen entsprechen in ihrem allgemeinen Aufbau den Dispergier-und Homogenisiermaschinen, die in der Technik der Massenaufbereitung an sich bekannt sind. Sie wurden daher aus Gründen besserer Über sichtlichkeit nur sehematisch dargestellt.
Die in den Fig. 3 bis 10 dargestellten Aus führungsformen des eigentliehen Dispergiersystems können Bestandteile der Maschinen sein, die in den Fig.1 und 2 im Ganzen dargestellt sind. Aus Gründen der besseren tTber- sichtlichkeit wurden in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeich- nungen Bauteile gleicher Anordnung und Wirkungsweise im allgemeinen mit den gleichen Kennziffern bezeichnet.
Die Feinstdispergiermaschine nach Fig. l umfasst den Antriebsmotor 111 in Form eines üblichen Ständermotors und die eigentliche Feinstdispergiervorrichtung D, deren Gehäuse G auf dem Motorflansch in üblicher Weise, beispielsweise mittels Schraubenbolzen, befestigt ist. Der Rotor 1 der Feinstdispergiervorriehtung ist mit der Welle des Motors H direkt oder gegebenenfalls über ein geigne- tes, konstantes oder kregelbares Über- oder Untersetzungsgetriebe verbunden. Im Kraftweg zwischen der Motorwelle und dem Rotor 1 können fernerhin Schalt-oder Lberlastungs- kupplungen angeordnet sein.
Derartige Getriebe-und Kupplungsanordnungen sind in der Technik an sieh bekannt und wurden daher nicht im einzelnen dargestellt. Im Gehäuse G der Dispergiervorrichtung ist ein Einsatzteil 2 vorgesehen, der als Träger des ruhenden Teils des oder der Dispergiersysteme dient.
Auf der Oberseite der Feinstdispergiermaschine ist der Einfüllbehälter 4 für das Behandlungsgut, und am Mantel des Gehäu- ses G ist der Austrittsstutzen 5 für das Fertiggut angeordnet. Bei der Ausführungsform naeh Fig. 1 läuft der Rotor 1 innerhalb des ruhenden Dispergiersystemteils 2 um.
Die Feinstdispergiermaschine nach Fig. 2 besitzt zwei Antriebsmotoren N und M'. Der Motor M dient ebenso wie bei der Ausfüh rungsform nach Fig. 1 und 2 als Ständer für die auf ihm, beispielsweise mittels Bolzen, befestigte Dispergiermasehine D. Er treibt direkt oder über ein Getriebe den innern Rotor 1 der Dispergiervorrichtung. Der zweite Antriebsmotor M' ist auf der Oberseite der Dispergiervorrichtung D beispielsweise, wie dargestellt, unter Einfügung von U-formigen Stützsehienen befestigt. Der Motor M' treibt den äussern, umlaufenden Teil 2 der Disper giervorrichtung in entspreehender Weise direkt oder über ein Getriebe der vorstehend erwähnten Art an.
Der Einfüllbehälter setzt sich in eine unter dem Kopfmotor M' hindurehführende Leitung 4a in die Einfüllkam- mer 4b im Innern des nmlaufenden Teils 2 fort. Der Austrittsstutzen 5 für das Fertiggut ist an der Masehinenseitenwand angebracht.
Die Feinstdispergiervorriehtung kann in vielfaeh versehiedener Weise ausgestaltet sein und soll nunmehr an Hand der weiteren Zeich- nungen 3 bis 15 beschrieben werden. In diesen Zeichnungen wurden aus Gründen besserer Übersichtlichkeit immer nur Teile der Dispergiervorrichtung in Aufsieht oder im Sehnitt dargestellt. Die beiden Grundteile der Feinstdispergiervorriehtung, nämlich der umlaufende Teil 1 und der ruhende bzw.-im Sinne der Fig. 2-ebenfalls angetriebene Teil 2 müssen so betrachtet werden, als wenn sie in die Fig. I und 2 am Ort der Dispergier vorrichtung D eingebaut wären.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 6 umfasst die Dispergiervorrichtung, wie nachstehend beschrieben, ein Vorzerkleine rungssystem 61, 62, 63 und Feinstzerkleine- rungssysteme 71, 72, 91, 92-auch Disper giersysteme genannt-die im Arbeitsweg des Behandlungsgutes hintereinander angeordnet sind. Sowohl das Vorzerkleinerungssystem als auch die Dispergiersysteme besitzen umlau- fende Elemente, die am Rotor 1 befestigt sind, und ruhende Elemente, die am ruhenden, mit dem Gehäuse verbundenen Teil 2 befestigt sind.
Das Vorzerkleinerungssystem besteht in an sich bekannter Weise aus einem System radial symmetrisch verteilter Schernocken 61 am Rotor und 62 am Gehäuseteil 2, zwischen deren einander gegenüberstehenden Arbeitskanten sich ein Arbeitssehlitz 63 befindet. Dieser Arbeitssehlitz 63 verläuft in bezug auf die lIittelaehse der Dispergiermasehine schräg nach unten und aussen. Unterhalb des Vorzerkleinerungssystems erweitert sich der Arbeitssehlitz 63 in ein System von zylindrischen Bohrungen 64, die sich halb in den Rotor und halb in den ruhenden Gehäuseteil 2 hinein erstrecken.
Hinter den Erweiterungen verengt er sieh zunächst wieder auf seine ursprüng liche Weite und setzt sich dann in das erste Feinstdispergiersystem fort, wobei seine Neigung von der Maschinenachse fort vergrössert ist. Dieses erste Dispergiersystem besteht in an sich bekannter Weise, wie in Fig. 5 dargestellt, aus radial symmetrisch verteilten Zähnen 71 und 72, wobei Teile (71) auf der Aussenfläche des Rotors 1 und Teile (72) auf der Innenfläehe des Gehäuseteils 2 befestigt oder aus dem Material dieser Bauteile herausgearbeitet sind.
Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, verlaufen die Stirnkanten der beiden Zahngruppen praktisch parallel zueinander mit einem sehmalen, als Arbeitsspalt wirkenden Zwisehenraum. Dieser Arbeitsspalt wechselt, in LTmfangrichtung gesehen, in regelmässiger Folge mit Erweiterungen ab, die durch die Zahnzwischenräume geschaffen sind. Die Fig. 5 gibt dabei nur die Zahnstel lung in dem Augenbliek wieder, in dem sich beim Umlauf des Rotors die Rotorzähne gerade in Deckung mit den Gehäusezähnen befinden und bei dem in später zu beschreiben- der Weise der Leerraumuntersehied zwischen Arbeitsspalt und Erweiterung am grössten ist.
An das erste Feinstdispergiersystem sehliesst sich ein enger Ringspalt 8 an (Fig. 3), dessen Achsebene senkrecht auf der Maschinenachse steht und dessen Wandflächen keine Zerklei nerungsmittel aufweisen.
Auf diesen Ringspalt folgt das zweite Feinstdispergiersystem. Dieses System besteht aus einer Ringkammer, die mit ihrem grosseren Durchmesser ebenfalls praktisch senkrecht auf der Maschinenachse steht. Der obere Teil der Ringkammer ist von Zerkleinerungsmitteln frei.Im untern Teil der Ringkammer sind zwei gleichachsige Zahnkränze vorhanden, von denen der eine, 91, am Rotor und der zweite, 92, am ortsfesten Gehäuseteil 2 angeordnet ist. Die Stirnkanten der beiden Zahngruppen verlaufen, ähnlieh wie es bei den Nockengruppen des ersten Feinstdispergiersystems der Fall ist, unter Freilassung eines engen Arbeitsspaltes 93 parallel zueinander.
Der Arbeitsspalt 93 verläuft parallel zur Maschinenachse und setzt sich geradlinig in einen engen Ringspalt zwischen Rotor 1 und Gehäuseteil 2 fort, der in dem Austrittsstutzen 5 für das Fertiggut endet.
Die Wirkungsweise der Feinstdispergiermaschine nach den Fig. 3 bis 6 ist die folgende : Nach dem Anlassen des Antriebsmotors wird bei umlaufendem Rotor das Behand ] ungsgut in den Einfüllbehälter 4 geschiittet oder gegossen. Unter dem gemeinsamen Einfluss von Schwerkraft und Zentrifugalkraft durehläuft es die Maschine im Sinne der ge strichelten Pfeillinie in Fig. 3. Das Behand lungsgut gerät zunächst in den Bereich der Schernocken 61 und 62 des Vorzerkleinerungssystems. Bei dieser radialen Auswärtsbewe gung prallt es auf die Stirnkanten der Ge häusezähne 62 auf.
Gleichzeitig wird es durch die Rotorzähne 61 tangential versehoben, so dass es in den Seherbereieh der Nocken gera. t, und wie in einer Häckselmaschine mit zunehmender Teilchenfeinheit zerrissen, zerhackt, zerrieben und zerstossen wird. Die zylindri- schen Erweiterungen 64 des Vorzerkleine- rlmgssystems wirken dabei als arbeitsmittel Freie W'irbelkammer, in der gröbere Teile durch Rückprall in das Vorzerkleinerungs- system zurückbefördert und nochmals dem Zerkleinerungsvorgang unterworfen werden.
Das Gut tritt daher in vorzerkleinertem Zustand in das erste Feinstdispergiersystem ein, wobei es in an und für sich bekannter Weise durch die Scherwirkung des vielzähnigen Nockensystems in ständig zunchmendem Ma#e fein zerteilt wird. Die Feinstzerkleinerung wird dadurch unterstützt, dass infolge der gegenseitigen Verlagerung der einander gegenüberstehenden Nockensysteme ein ständiger Wechsel in der Verteilmg und der Grosse der Arbeitsspalterweiterungen auftritt, so dass die Teilchen aueh einem verstärkten Eigenzusammenprall unterworfen werden.
Das weitgehend feinzerteilte Behandlungs- gut tritt dann in den Ringspalt 8 ein. Dieser Ringspalt wirkt als Homogenisierspalt, wie er, insbesondere bei Emulgiermasehinen, an sich bereits bekannt ist. Das hierauf in das zweite Feinstzerkleinerungssystem eintretende Behandlungsgut wird zunächst, ähnlich wie beim ersten Feinstdispergiersystem, durch das Zusammenwirken der Zahnsysteme 91 und 92 einer verstärkten Feinstzerkleinerung unterworfen.
Infolge der von Zerkleinerungsmitteln freien Wälzkammer 94 können die auf die schräge Rückwand der Zahnlüeken im Gehäuse 2 auftreffenden gröberen Teilchen wieder zurüekla. ufen, wie es durch die gestrichelte Pfeillinie in Fig. 3 dargestellt ist, und daher einer mehrfachen Behandlung durch die Zahnsysteme unterworfen werden. Infolgedessen werden die groberen Teilchen im Innern des zweiten Feinstdispergiersystems einer vielfach häufigeren Behandlung als die fein- sten Teilehen unterworfen, welche alsbald nach Erreichen der gewünschten Teilchen- grosse das System durch den Arbeitsspalt 93 und seine axiale Verlängerung verlassen.
Die Wirkungsweise dieses zweiten Feinst dispergiersystems wird bei der in den Fig. 3 bis 6 besehriebenen Ausführungsform der Er findung dadurch gefordert, dass es mit dem vorerwähnten, radial innen einmündenden Gutzulass und Homogenisierspalt 8 für das Behandlungsgut und mit bei der Verlänge- rung des Arbeitsschlitzes 93 beginnendem Aus lass für das Fertiggut versehen ist.
Da der Strömungswiderstand der dispergierten Teilchen im Dispersionsmedium grossenordnungs- mä#ig dem Quadrat des Durchmessers des Teilchens, das als kugelförmig angenommen sei, proportional ist, die Bewegungsenergie der dispergierten Teilchen aber mit der Masse und damit der dritten Potenz des Teilehen durchmessers ansteigt, steigt die Bewegungs- energie mit wachsendem Durchmesser der Teilchen schneller als ihr Strömungswider- stand.
Daher werden gröbere Teilehen sieh weniger in eine gekrümmte Bahn ; also in Richtung auf den Gutauslass hin, ablenken lassen als feine und feinste Teilehen, die der Austrittsströmung folgen werden, während die gröheren Teilehen ihre radial auswärts geriehtete Bewegung länger beibehalten, bis sie an die Innenrückwand der Zahnlüeken im Gehäuse gelangen und infolgedessen zu mehr- laehem Llmlauf zwischen Schlitz und Walz- kammer veranlasst werden, bis auch sie in n feinste Teilchen unterteilt sind, die von der Austrittsströmung mitgenommen werden kaon- nen.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass in der Zerteilungstechnik zwar bereits bekannt ist, das Gut mehrfach durch ein Zerkleinerungs system hindurchzusehieken. Hierbei wurden aber bisher alle Teilehen, also unnötigerweise auch diejenigen Teilehen nochmals behandelt, die bereits die vorgesehriebene Teilehengrösse besassen. Hierdurch entstand ein unnötiger Aufwand an Arbeitszeit und Energie. Bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Feinstdispergiersystem nach Fig. 3 bis 6 findet eine selbsttätige Abtrennung der bereits genügend feinstdispergierten Teil. ehen von denjenigen Tuchen statt, die noch eine unzulässig hohe Teilchengrösse besitzen.
Nachstehend sollen die Dispergiervorriehtungen beschrieben werden, die in den Fig. 7 bis 10 in verschiedenen Abwandlungen dargestellt sind. Diese Ausführungsformen haben die gleiehe Wirkung und sind lediglich in baulicher Beziehung abgewandelt, wobei allerdings weitere, späterhin näher zu erläuternde hauliclm und betriebliche Vorteile erzielt werden.
Die Ausftihrungsform der Dispergiervorrichtung nach den Fig. 7 und 8 ähnelt dem in den Fig. 3 bis 6 besehriebenen Aufbau. Die Dispergiermaschine besitzt einen Rotor 1 und einen gehäusefesten Teil 2. Der Weg des Be handlungsgutes verläuft von der in den Fig. 7 und 8 auf der linken Seite anzunehmenden llaschinenachse radial auswärts.
Das zu behandelnde Gut durchläuft zunächst das Vor zerkleinerungssystem, das durch die Scher- noeken 61 und 62 schematiseh dargestellt ist, die am Rotor 1 bzw. am drehfesten Gehäuse- toil 2 befesti-t sind. An das Vorzerkleine- rungssystem schliesst sich der als Leit-oder l-Iomogenisielspalt wirkende Gutzulass 8 in Form eines engen Ringspaltes an. Das Feinst dispergiersystem besteht aus den im Rotor angeordneten Düsen 95, dem im Gehäuseteil 2 angeordneten Zahn bzw.
Nockensystem 92 und der von Zerkleinerungsmitteln freien Walzkammer 94, die die Zwischenräume zwisehen den Zähnen bzw. Nocken 92 mit den Eintrittskanälen der Düsen 95 verbindet. Das Behandlungsgut verlässt das Feinstdispergiersystem durch den axial verlaufenden Arbeitsspalt 93 und seine zum Austrittsspalt führende Verlängerung. Bei der Ausführungs- form nach Fig. 7 und 8 bestehen die Diisen nebst ihren Eintrittsoffnungen aus Schräg- bohrungen im Rotorkörper.
Bei allen Ausführungsformen, bei denen das Behandlungsgut auf seinem Behandlungs- reg durci die Feinstdispergiermaschine sich radial nach aussen bewegt und demgemäss zunehmend Zentrifllgalkraft aufnimmt, ist es zweckmässig, die Strömungsenergie des ablau Wenden Behandlungsgutes über an sich bekannte Turbinen-oder Rüekstosssysteme wieder zurückzugewinnen.
In der Fig. 9 ist eine Ausführungsform eines solchen energiesparenden Feinstdisper giersystems schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform beruht auf dem Prinzip, durch geeigneten Aufbau denjenigen Teil der zur Förderung des Behandlungsgutes aufgewandten Energie, die als Strömungsenergie des Behandlmgsgutes auftritt, wenigstens zum Teil in Bewegungsenergie umzuwandeln und damit beispielsweise unter Rückführung in das Antriebssystem zurückzugewinnen. Die Halterung und der sonstige Aufbau der einzelnen Teile der Feinstdispergiersysteme entspricht den früher beschriebenen Ausfüh rungsformen und wurde daher aus Gründen der besseren tSbersichtlichkeit nur schema- tisch gezeichnet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind am Rotor 1 Düsen 95 angeordnet, während der feststehende Teil zwischen den Zähnen 92 liegende Kammern aufweist. Die Achsen der Düsen 95 sind in bezug auf die durch Pfeil dargestellte Drehrichtung des Rotors derart gestellt, dass der Rüekstosseffekt des aus den Düsen ausströmenden Behandlungsgutes als Bewegungsenergie zum Antrieb des Düsen- trägers 11 ausgenützt wird. Dabei können die Kammerwände derart ausgestaltet werden, dass sie als Leitflächen wirken.
Die Fig. 10 zeigt schematisch, wie bei einer r Maschine mit einem kleinzahligen, umlaufenden Düsensystem und feststehendem Aussen- kranz-Kammersystem, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, die Düsen und Kammern ausgebil- det sein können.
Die Dispergiermaschine kann so ausgebildet sein, dass die Mischungskomponenten getrennt voneinander dispergiert und erst danach in einer Enddispergierstufe vermischt werden. Das Bauprinzip derartiger Dispergiermaschinen besteht also darin, dass eine Mehrzahl parallel geschalteter, primärer Dispergiersysteme und hinter diese primären Systeme ein gemeinsames, sekundäres oder Endsystem angeordnet ist.
Bei einer Dispergiermaschine dieser Art sind zwei oder mehr parallel geschaltete, pri märe Dispergiersysteme, insbesondere bekannter, auf Schlag-und/oder Scherwirkung beruhender Art, z. B. Nockenmühlen, und ein nachgeschaltetes Feinstdispergiersystem vor- handen, in dem die aus den Primärsystemen austretenden Gutströme unter gegenseitigem Aufprall und gegenseitiger Durchmischung aufeinander zerteilend einwirken. Dieses sekundäre oder Enddispergiersystem wirkt also vergleichsweise wie eine Misehkammer, in der die Strömungsenergie der einzelnen Gutteilchen beim Aufprall zur Erhöhung der Zerteilungswirkung der Maschine ausgenützt wird.
In den Fig. 11 und 12 ist eine Dispergiermaschine in Form eines Doppelkegels dargestellt, dessen Hauptteile, nämlich der Rotor 1 und die Gehäusehälften 2a und 2b, in bezug auf den Doppelkegel-Äquator praktisch sym- metrisch ausgestaltet sind. Der Rotor bildet ein Guss-Schmiede-oder Pressstüek mit einem Äquatorflansch 14 und einem Wellenzapfen 13. Auf seinen Kegelfläehen trägt der Rotor eine bei Kolloidmühlen an sich bekannte Verzalmung.
Der Flansch 14 besitzt im Anschluss an den Kegelmantel beiderseits im wesentlichen ebene Oberfläehen, in die eine Vielzahl von beispielsweise halbkugeligen Hohlräumen 15 radial verteilt sind.-Die glatte Aussenfläche 16 des Flanches ist symmetrisch und im dargestellten Beispiel doppelkonus- artig verjüngt.
Die beiden Gehäusehälften 2a und 2b sind im wesentlichen ebenso wie eine Doppelkegelhälfte ausgebildet. Jede Gehäusehälfte besitzt im Aquatorbereich einen Flansch 24a bzw. 24b, der auf seinen dem Rotorflanseh 1. 4 zugekehrten Flächenteilen der Ausgestal- tung dieses Flanches 14 angeglichen ist, also im innern, waagrechten Bereich Hohlräume 15'und weiter nach aussen hin eine konische Abschrägung 16' trägt.
Ganz nach aussen sind die Flanche 24a und 24b mit Distanzerhö- hungen 25a und 25b versehen, die die Bolzenlöeher 26a, 26b tragen, so dass zwischen den Flanschen 24a und 24b ein Spaltraum 27 frei bleibt. Auf ihren Innenflächen sind die Gehäusehälften ebenfalls mit einer Verzah- nung entsprechend der des Rotors 1 versehen.
Die untere Gehäusehälfte 2b ist bei 28b stumpf geformt, während die obere Gehäuse- hälfte mit einem Hals 29 für den Wellen- zapfen 13 des Rotors 1 und dicht unterhalb des Ansatzes des Halses 29 mit mehreren Öff nungen 28a versehen ist.
Die Wirkungsweise dieser Dispergiermaschine ist die folgende : Zwisehen dem Rotor 1 und den Gehäusehälften 2a und 2b bilden sich drei versehiedenartige Zerkleine- rungssysteme aus, nämlieh erstens das Nuten verzahnungssystem auf den Kegelmänteln, zweitens die beiden mit den Hohlräumen 15 und 15'besetzten waagrechten Ringspaltsysteme beiderseits des Rotorflansches 14, die die zerkleinernd wirkenden Elemente des zweiten Systems bilden, an das die beiden Ringspalte 16, 16'längs der konisehen Flansch- abschrägungen ansehliessen, und drittens das Ringspaltsystem 27,
in dem die beiden Gut strume aufeinanderprallen. Wenn die Maschine zum Beispiel nach Eintauehen in das zu behandelnde Gut sieh mit diesem gefüllt hat und der Rotor 1 in Umlauf versetzt wird, so strömt infolge der Zentrifugalkraft das zu behandelnde Gut. ständig von den Eintritts offnungen 28a und 98b her durch die vorstehend beschriebenen drei Zerkleinerungssysteme nach dem Austrittsspalt 27 hin, wobei sich innerhalb des gesamten Behandlungs- gutes ein gewisser Kreislauf ausbildet.
Im ersten Zerkleinerungssystem längs der Kegelmäntel erfährt das Behandlungsgut eine erste Feinstdispergierung, im zweiten System mit den durch die Hohlräume 15, 15'gebildeten Räumen unterliegt das Gut dem starken Ein flu# innerer Kräfte und erfährt in dieser Feinstdispergierstufe eine sehr weitgehende Feinstzerteilung und innige Mischung. Danach durchströmt das Behandlungsgut die Ringspalte 16, 16', in denen in der Hauptsache die Teilehenströmung ausgerichtet und homogenisiert wird.
Diese ersten zwei Zer kleinerungssysteme und die Ringspalte 16 und 16'werden von den oben bei 28a eintretenden Gutteilchen in Richtung von oben nach unten und von den unten bei 28b eintretenden Gutteilchen in Richtung von unten nach oben durehströmt. Diese beiden Strume des Behandlungsgutes treten nach Durchlaufen der Leitspaltsysteme 16, 16', im letzten System 27 unter gegenseitigem Aufprall und gegen seitiger Durehdringung ineinander und bewirken hierdurch eine endgültige, äu#erst intensive Feinstdispergierung. Die drei Zerkleinerungssysteme werden vom Gut mit sprung- laftem Richtungswechsel durchströmt.
Diese Feinstdispergiermaschine besitzt den Vorteil baulicher Vereinfachung, da der Dop pelkegelrotor aus zwei praktisch gleichartigen Bauteilen zusammengesetzt werden kann, die auf einer durchgehenden Antriebswelle befestigt werden.
In Fig. 13 ist eine Dispergiermasehine im Schnitt dargestellt, bei welcher auch sowohl auf dem Rotor 1 als auch auf den Gehäuse- teilen 2a und 2b Schernocken vorgesehen sind, die zwei parallel angeordnete Primärsysteme bilden, an welche die mit den Hohlräumen 115 und 115'versehenen Primärsysteme unmittelbar ansehliessen Diese Systeme sind entlang gekrümmter Linien angeordnet, so dass sie vom Behandlungsgut ohne sprunghaften Rich- tungswechsel durchflossen werden. Im übrigen entsprieht diese Maschine im Aufbau der Vorriehtung nach Fig. 11.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 und 15 besteht der Rotor 101 aus einem hohlkegelförmigen Gussstüek oder dergleichen, das sowohl auf der Aussenseite als auch auf der Innenseite je mit einer Verzahnung versehen und mit einem Wellenzapfen 113 verbunden ist. Ferner besitzt der Rotor 101 an seinem untern, weiten Ende einen Ringflansch 114, der entspreehend der Ausführungsform nach Fig. 10 und 11 eine Vielzahl von radial ver teilten, beispielsweise halbkugeligen Hohlräu- men 115 trägt und an seinen glatten Aussen- kanten 116 doppelkonusartig verjüngt ist.
Das Gehäuse besteht aus den beiden Hälften 102a und 102 & , die mit Innenverzahnung, Ein trittsöffnungen 128a und 128b, mit Hohlräumen 115'besetzten Absätzen, mit glatten Schrägflächen 116', mit Distanzerhöhungen versehen sind und da, wo sich die beiden Gutströme treffen, einen Spaltraum 127 bilden.
Die Rotorwelle 113 ist im Gehäusehals 129 gelagert.
Die Maschine nach Fig. 14 und 15 ist gewissermassen eine Abwandlung der Maschine nach Fig. 11 und 12, in der Weise, dass der untere Teil des Doppelkegels nach einwärts gestülpt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglieh, den Ringflansch 114 durch eine ent sprechende Verlängerung der Kegelmantel- fläche zu ersetzen und das zweite Zerkleinerungssystem auf den verlängerten Teilen der Mantelflächen anzuordnen. Dabei werden die beiden primären Behandlungsgutströme infolge der unterschiedlichen Weglängen und des untersehiedlichen Abstandes von der Ma schinenachse mit untersehiedlicher Geschwin- digkeit in das dritte, als Mischdüse wirkende System eintreten.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 11 bis 15 haben einen sehr gedrängten Aufbau und d daher bei gegebener Leistung sehr kleine Abmessungen. Man kann beispielsweise die in chemischen Laboratorien, in der Küche oder andern Arbeitsstelle erforderlichen Mischund Rührleistungen mit Maschinen erzielen, deren grösster Aussendurchmesser weniger als 40 mm beträgt.
Es ist weiterhin möglich, die beiden Pri märsysteme oder Primärsystemgruppen im Sinne der Maschine nach Fig. 2 gegenläufig anzutreiben und dadurch die Primärgutströme mit verstärkter Durehmischungswirkung aufeinander aufprallen zu lassen.
Anderseits hat die Anordnung des Leitund Homogenisierspaltes die vorteilhafte Wirkung, dass das Gut wirbelfrei und gleichge- riehtet ausströmt. Infolgedessen besitzen alle Teilchen gleiche und gleichgerichtete Bewegungsenergie, so dass beim Aufeinandertreffen der Gutströme die Relativbewegung und die Relativgeschwindigkeit der aufeinanderprallenden Teilchen der beiden Gutströme an allen Stellen praktisch gleich ist. Hierdurch wird die wirksamste Aufteilung und Vermischung erzielt.
Diese Autteilung und Vermischung wird bei der Ausführungsform nach Fig. 14 weiterhin dadurch verbessert, dass die Gutströme injektorartig aufeinander wirken und dadurch den Mischdüseneffekt verstärken.
Die in den bisher erörterten Figuren dargestellten Feinstdispergiermasehinen sind im allgemeinen mit geradlinig und längs Kegelmeridianen verlaufender Verzahnung dargestellt. Es ist aber auch möglieh, die Verzah nungen gegenläufig schräg oder spiralig auszubilden. Eine Spiralverzahnung ist in der Fig. 15 dargestellt. Es ist fernerhin möglieh, den Verzahnungen am Rotor und am festste- henden Gehäuseteil ungleiche oder gegenläu- fige Steigung zu geben. In solehen Maschinen tritt eine ständige Veränderung und Verlagerung der Verengungen und Erweiterungen des Arbeitsspaltes ein, wodurch das Gut zusätzliehen innern Kräften unterworfen wird.
In der Fig. 16 ist eine Feinstdispergiermaschine in Form eines Eintauchaggregates schematisch dargestellt. Der langgestreekte, gekapselte Motor M bildet gleichzeitig den Handgriff und wird durch den Schieber- sehalter lIS betätigt. Die am Kopf des Motors angeordnete Ose dient dazu, das Aggre- gat gegebenenfalls an einem Seilzug mit Ge wiehtsausgleich oder dergleichen aufzuhängen.
Bei solchen Eintauehgeräten besteht erfahrungsgemäss die Gefahr, dass selbst bei Anwendung komplizierter Dichtungen das Behand lungsgut in flüssigem Zustand und insbesondere wenn eine Phase gasförmig ist in den Wellen- tunnel eindringt. Dieser Übelstand lässt sich dadurch beseitigen, dass im Wellentunnel ein Luftüberdrnek hergestellt und während des Betriebes aufrechterhalten wird. Falls pre#- luft vorhanden ist, kann diese in den Tunnel eingeleitet werden. In den Fig. 17 und 18 ist ein solcher Pressluftzuführungsstutzen mit 32 bezeichnet.
Vorzugsweise wird jedoch ein Überdruekerzeuger im Wellentunnel selbst angeordnet, der im einfachsten Fall aus einem mit der Welle starr verbundenen Schraubenrad bestehen kann, das mit der Innenwandung des Wellentunnels im Sinne eines Kapselgeblä- ses zusammenwirkt. Eine solche Einrichtung ist in der Fig. 19 im einzelnen dargestellt.
Am obern Ende des Wellentunnels 29 sind Lufteintrittsöffnungen 30 (siehe Fig.15 und 18) angebracht, und auf der Antriebswelle 13 ist ein Schneckenrad 31 befestigt, dessen Gänge bis an die Innenfläehe des Wellentunnels 29 heranreichen und dadurch wie ein Kapsel- gebläse Luft von den Öffnungen 30 her unter Überdruck in den Wellenkanal und nach der Dispergiermasehine hin drüeken. Dadurch wird verhindert, da# flüssiges oder zum Teil gasformiges Behandlungsgut in den Wellenkanal und weiterhin in das Motorgehäuse eindringen können, ohne dass eine komplizierte Abdichtung erforderlich ist.
Die Ausführungsform naeh Fig. 17 und 18 entspricht im allgemeinen derjenigen naeh Fig. 16 mit dem Untersehied, dass das Ein tauehgerät in einem Einstellstativ St hängt.
Der Überdruck im Wellentunnel 29 wird, wie bereits angegeben, durch Zuführung von Pressluft oder Schutzgas durch den Stutzen 32 hindureh erzeugt.
Das Gerät naeh Fig. 20 besteht aus der Dispergiermaschine 41, etwa nach Bauart gemä Fig. 11 und 12, dem im Fussgehäuse 42 untergebraehten Antriebsmotor, lI und dem Behandlungsgutbehälter 43, der beispielsweise im Falle eines Laboratoriums-oder Eüehen- gerätes aus einer naeh oben offenen Glasglocke bestehen kann. Der Behälter 43 besitzt einen Auslass 44 mit Absperrhahn 45 oder dergleichen und eine Bodenoffnung, durch die die Antriebswelle der Dispergiermaschine unter Zwischenschaltung üblicher Abdich tungsmittel flüssigkeitsdieht hindurchragt.
Auf dem obern Teil der Dispergiermaschine sind zwei über den Behandlungsgutspiegel hinausragende Leitungen oder Rohre 46 angebracht, durch die weiteres oder andersarti- ges Behandlungsgut oder Pressluft oder ein anderes Gas der Maschine zugeführt werden können.
Es ist fernerhin moglieh, den Behand lungsgutbehälter, z. B. mittels Flanschdeckel, staubdieht oder sogar luft- bzw. vakuumdieht abzusehliessen, um die Dispergiermasehine in gewünschter Gasatmosphäre oder beispiels weise bei Unterdruck zu betreiben. Bei Labo ratoriums-und Küehengeräten werden der Behandlungsgutbehälter 43 und/oder die Zuführungsleitungen nach Art von Mensuren mit einer Rauminhaltsskala versehen, um leichter quantitativ arbeiten oder mischen zu können.
Die Zuführung von Luft oder eines andern Gases in das Innere der Feinstdispergier masehine hat bei Eintauehgeräten den Vorteil, dass der sieh bei fehlender Luftzufuhr von den Guteinlassoffnungen 28a her im Be handlungsgut ausbildende Wirbel stark ver- kleinert wird. Infolgedessen krieeht das Be handlungsgut nieht an den Wänden des Be handlungsgutbehälters empor, so dass das Fassungsvermögen dieses Gefässes besser ausgenutzt wird.
Bei allen Maschinen mit mehreren primä- ren Dispergiersystemen können die einzelnen Systeme einzeln oder gruppen eise getrennte Zufiihrungsanordnungen für unterschiedliche Arten von Behandlungsgut besitzen.
Bei Eintauchmaschinen ist es fernerhin ratsam, mehrere Aggregate mit gegenläufig drehendem Rotor innerhalb des Arbeitsgutes anzuordnen, um die durch die einzelnen Fer tiggutstrome hervorgerufenen Wirbel gegen- einander aufzuheben und gleichzeitig den Be handlungsgutvorrat ausserhalb der Dispergiermaschine zusätzlieh innig miteinander zu misehen. Gegenläufige Rührwerksysteme sind als solehe bekannt.
Die beschriebenen Maschinen sind zur Herstellung von Dispersionen, Suspensionen und Emulsionen und zur Herstellung von Flüssig keitsgemischen geeignet. Sie sind weiterhin zur Durchführung ehemischer Reaktionen aller Art, insbesondere zur intensiven Behandlung flüssiger Phasen mit gasförmigen Reagenzien verwendbar. Als Beispiel sei die Sehnellalterung von Spirituosen, Parfum und ähnlichen auf der Bildung oder Umwandlung organi seller Verbindungen, z. B. Ester, beruhender Stoffe geeignet.
Da ein Gerät nach den Fig. 10 bis 17, wie bereits erwähnt, ein sehr kleines, in der aTrössenordomg von Zentimetern liegendes Kaliber besitzen kann, kann es beispielsweise durch das Spundloch eines Wein- oder Spirituosenfasses eingeführt und, beispielsweise unter Verwendung einer biegsamen Antriebswelle, zur beliebig langen oder intensiven Behandlung des Fassinhaltes verwendet werden.
Die Dispergiermaschinen werden im allgemeinen aus korrosionsbeständigem und hartem Material, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl oder Hartporzellan, aufgebaut. Es ist aber auch, insbesondere bei Verarbeitung eines nur aus flüssigen Phasen bestehenden Be handlungsgutes möglich, weicheres Material, z. B. Kunstharz, für einzelne oder alle Masehinenteile zu verwenden.
Infolge der wenigen, baulich einfachen Teile können die Feinstdispergiermaschinen nach der Erfindung im Wege der Massenherstellung und insbesondere durch Gie#- und Pressverformung billig erzeugt werden. Es ist auch möglich, die Feinstdispergiermaschinen nach der Erfindung mit austauschbaren Teilsätzen zu versehen, die der gewiinschten Leistung und/oder den Eigenschaften des jeweiligen Behandlungsgutes angepasst werden kön- nen. Solche Maschinen sind beispielsweise als Universalgerät für Labora. torien usw. geeignet.
Ein weiterer Vorteil der Maschinen besteht darin, dass sie sich selbst reinigen, sobald man sie mit Reinigungsmitteln speist und die Rotoren umlaufen lässt.
Machine for the production of finely divided mixtures.
The present invention relates to a machine for the production of finely divided mixtures with bodies which can be moved relative to one another, elements which have a crushing effect on the material to be treated are arranged on at least one of the mutually facing surfaces of these bodies.
The invention is characterized in that, in order to subdivide the substances into constantly becoming smaller parts, there are at least two differently constructed size reduction systems through which the material flows one after the other.
The accompanying drawings show d exemplary embodiments of the subject matter of the invention, identical or similar parts being denoted identically. Show it :
1 shows a vertical view of an embodiment of a very fine dispersing machine, in which the parts of the machine in which the comminution takes place are shown in section,
2 shows a vertical view of a modified embodiment of a very fine dispersing machine, in which the parts of the machine in which the comminution takes place are shown in section,
Fig.
3 a partial cross-section on an enlarged scale of a very fine dispersing machine with a pre-shredding system and two superfine dispersing systems of different construction,
4 shows a perspective view of part of the machine according to FIG. 3, the housing and a pre-shredding cam being shown in section along the line V-V in FIG. 3,
5 shows a section through the first dispersing system of the machine along the line VI-VI in FIG. 3,
6 shows a section through a further dispersing system of the machine along the line VII-VII in FIG. 3,
7 shows a partial section on an enlarged scale of a further embodiment of a very fine dispersing machine,
Fig.
8 shows a section through this machine along line IX-IX in FIG. 7,
9 shows a section through the ultrafine dispersion system of a modified, energy-saving embodiment of an ultrafine dispersion machine,
10 shows an axial section through the stationary part of a comminution system and a nozzle removed from the rotor,
11 shows a representation of a modified embodiment of a super-fine dispersion machine, the housing being shown in longitudinal section and the rotor and its drive part shown in elevation and partially cut away, FIG. 12 a top view. a housing lower part of the machine according to Fig. 11,
Fig.
1. 3 a longitudinal section through a further embodiment of a fine dispersing machine,
14 shows a representation of a modified embodiment of a very fine dispersing machine in a sectional view,
15 shows a plan view of part of the housing of the machine according to FIG. 14,
16 shows a view of a further embodiment of a very fine dispersing machine in the form of an immersion unit, FIG. 17 shows a view of an immersion device similar to that shown in FIG. 16 with support and working vessel,
18 shows a front view of the immersion device according to FIG. 17, in which the working vessel and parts of the machine have been omitted,
Fig.
19 shows a longitudinal section through part of the shaft tunnel of the ultra-fine dispersing machine according to FIGS. 16 to 18,
20 shows a schematic representation of a mixing and ultra-fine dispersion unit, in which the working vessel is shown in a sectional view.
The very fine dispersing machines shown in FIGS. 1 and 2 correspond in their general structure to the dispersing and homogenizing machines which are known per se in the art of mass preparation. For the sake of clarity, they have therefore only been shown schematically.
The embodiments of the actual dispersing system shown in FIGS. 3 to 10 can be components of the machines which are shown as a whole in FIGS. For the sake of clarity, components with the same arrangement and mode of operation have generally been designated with the same reference numbers in the following description and in the accompanying drawings.
The ultra-fine dispersing machine according to FIG. 1 comprises the drive motor 111 in the form of a conventional stator motor and the actual ultra-fine dispersing device D, the housing G of which is fastened to the motor flange in the usual way, for example by means of screw bolts. The rotor 1 of the ultra-fine dispersion device is connected to the shaft of the motor H directly or, if necessary, via a suitable, constant or variable-speed transmission or reduction gear. In the force path between the motor shaft and the rotor 1, shift or overload clutches can also be arranged.
Such transmission and clutch arrangements are known per se in the art and have therefore not been shown in detail. In the housing G of the dispersing device, an insert part 2 is provided, which serves as a support for the stationary part of the dispersing system or systems.
The filling container 4 for the material to be treated is on the upper side of the ultrafine dispersing machine, and the outlet connection 5 for the finished material is arranged on the jacket of the housing G. In the embodiment according to FIG. 1, the rotor 1 rotates within the stationary dispersing system part 2.
The ultra-fine dispersion machine according to FIG. 2 has two drive motors N and M '. The motor M serves as in the embodiment of FIGS. 1 and 2 as a stand for the dispersing machine D attached to it, for example by means of bolts. It drives the inner rotor 1 of the dispersing device directly or via a gear. The second drive motor M 'is attached to the top of the dispersing device D, for example, as shown, with the insertion of U-shaped support rails. The motor M 'drives the outer, rotating part 2 of the dispersing device in a corresponding manner directly or via a gear of the type mentioned above.
The filling container continues in a line 4a leading under the head motor M 'into the filling chamber 4b in the interior of the running part 2. The outlet connection 5 for the finished product is attached to the inner wall of the machine.
The ultra-fine dispersion device can be designed in many different ways and will now be described with reference to the further drawings 3 to 15. In these drawings, for the sake of clarity, only parts of the dispersing device are shown in elevation or in section. The two basic parts of the Feinstdispergiervorriehtung, namely the revolving part 1 and the stationary or - in the sense of FIG. 2 - also driven part 2 must be viewed as if they were installed in FIGS. I and 2 at the location of the dispersing device D. would be.
In the embodiment according to FIGS. 3 to 6, the dispersing device comprises, as described below, a pre-shredding system 61, 62, 63 and fine shredding systems 71, 72, 91, 92-also called dispersing systems-which are arranged one behind the other in the work path of the material to be treated are. Both the pre-shredding system and the dispersing systems have revolving elements which are attached to the rotor 1, and stationary elements which are attached to the stationary part 2 connected to the housing.
The pre-shredding system consists in a manner known per se of a system of radially symmetrically distributed shear cams 61 on the rotor and 62 on the housing part 2, between the opposite working edges of which there is a working slot 63. This working slot 63 runs obliquely downwards and outwards with respect to the central axis of the dispersing machine. Below the pre-shredding system, the working slot 63 widens into a system of cylindrical bores 64, which extend half into the rotor and half into the stationary housing part 2.
Behind the extensions, it initially narrows back to its original width and then continues into the first fine dispersion system, with its inclination increasing away from the machine axis. This first dispersion system consists in a manner known per se, as shown in FIG. 5, of radially symmetrically distributed teeth 71 and 72, parts (71) being fastened or attached to the outer surface of the rotor 1 and parts (72) on the inner surface of the housing part 2 are carved out of the material of these components.
As can be seen in particular from FIG. 5, the front edges of the two groups of teeth run practically parallel to one another with a sehmalen space between the teeth acting as a working gap. Seen in the circumferential direction, this working gap alternates in regular succession with widenings created by the interdental spaces. Fig. 5 shows only the tooth position in the eye-eye in which the rotor teeth are just in line with the housing teeth when the rotor rotates and in the manner to be described later, the difference in empty space between the working gap and expansion is greatest .
A narrow annular gap 8 adjoins the first ultra-fine dispersion system (FIG. 3), the axis of which is perpendicular to the machine axis and the wall surfaces of which do not have any crushing agents.
The second ultra-fine dispersion system follows this annular gap. This system consists of an annular chamber which, with its larger diameter, is also practically perpendicular to the machine axis. The upper part of the annular chamber is free of crushing agents. In the lower part of the annular chamber there are two coaxial gear rims, one of which, 91, is arranged on the rotor and the second, 92, is arranged on the stationary housing part 2. The front edges of the two groups of teeth run parallel to one another, leaving a narrow working gap 93 free, in a manner similar to that of the cam groups of the first fine dispersion system.
The working gap 93 runs parallel to the machine axis and continues in a straight line into a narrow annular gap between the rotor 1 and the housing part 2, which ends in the outlet connection 5 for the finished product.
The mode of operation of the ultra-fine dispersing machine according to FIGS. 3 to 6 is as follows: After the drive motor has been started, the material to be treated is poured or poured into the filling container 4 with the rotor rotating. Under the joint influence of gravity and centrifugal force, it runs through the machine in the sense of the dashed arrow line in FIG. 3. The material to be treated first gets into the area of the shear cams 61 and 62 of the pre-shredding system. In this radial outward movement, it strikes the front edges of the housing teeth 62.
At the same time, it is shifted tangentially by the rotor teeth 61 so that it is just within the viewing range of the cams. t, and how in a chopping machine with increasing particle fineness one tears, chops, grinds and crushes. The cylindrical expansions 64 of the pre-shredding system act as a free vortex chamber in which coarse parts are rebounded back into the pre-shredding system and subjected to the shredding process again.
The material therefore enters the first ultra-fine dispersion system in a pre-comminuted state, whereby it is finely divided in a manner known per se by the shear action of the multi-toothed cam system in a constantly increasing measure. The fine comminution is supported by the fact that, as a result of the mutual displacement of the opposing cam systems, there is a constant change in the distribution and the size of the widening of the working gap, so that the particles are also subjected to an increased intrinsic collision.
The largely finely divided material to be treated then enters the annular gap 8. This annular gap acts as a homogenizing gap, as it is already known per se, especially in the case of emulsifying machines. The material to be treated, which then enters the second ultra-fine comminution system, is initially subjected to increased fine comminution through the interaction of the tooth systems 91 and 92, similar to the first ultra-fine dispersion system.
As a result of the rolling chamber 94 free of comminution agents, the coarser particles hitting the sloping rear wall of the tooth gaps in the housing 2 can be returned again. as shown by the dashed arrow line in FIG. 3, and are therefore subjected to multiple treatments by the tooth systems. As a result, the coarser particles in the interior of the second very fine dispersion system are subjected to much more frequent treatment than the finest particles, which immediately after reaching the desired particle size leave the system through the working gap 93 and its axial extension.
In the embodiment of the invention described in FIGS. 3 to 6, the mode of operation of this second ultra-fine dispersing system is required in that it is provided with the above-mentioned, radially inwardly converging material inlet and homogenizing gap 8 for the material to be treated and with the extension of the working slot 93 beginning outlet is provided for the finished product.
Since the flow resistance of the dispersed particles in the dispersion medium is proportional to the square of the diameter of the particle, which is assumed to be spherical, but the kinetic energy of the dispersed particles increases with the mass and thus the third power of the particle diameter, the increases Movement energy with increasing diameter of the particles faster than their flow resistance.
Therefore, the coarser parts look less in a curved path; So in the direction of the material outlet, allow it to be deflected as fine and finest parts that will follow the outlet flow, while the larger parts maintain their radially outward movement for longer until they reach the inside back wall of the tooth gaps in the housing and consequently become more The flow between the slot and the roller chamber can be caused until they too are divided into n finest particles that can be carried along by the outlet flow.
In summary, it can be said that it is already known in fragmentation technology to look through a comminution system several times. So far, however, all parts have been treated again, i.e. unnecessarily also those parts that already had the prescribed part size. This created an unnecessary expenditure of time and energy. In the above-described second ultra-fine dispersion system according to FIGS. 3 to 6, the already sufficiently fine-dispersed part is automatically separated off. rather than those cloths that still have an impermissibly large particle size.
The dispersing devices are described below, which are shown in FIGS. 7 to 10 in various modifications. These embodiments have the same effect and are only modified in a structural relationship, although further structural and operational advantages to be explained in more detail later are achieved.
The embodiment of the dispersing device according to FIGS. 7 and 8 is similar to the structure described in FIGS. 3 to 6. The dispersing machine has a rotor 1 and a part 2 fixed to the housing. The path of the goods to be treated runs radially outward from the machine axis to be assumed on the left in FIGS. 7 and 8.
The material to be treated first runs through the pre-shredding system, which is shown schematically by the shear points 61 and 62, which are attached to the rotor 1 and to the rotatably fixed housing toilet 2. The Gutzulass 8, which acts as a guide or homogenization gap, connects to the pre-comminution system in the form of a narrow annular gap. The ultra-fine dispersion system consists of the nozzles 95 arranged in the rotor, the tooth or tooth arranged in the housing part 2.
Cam system 92 and the rolling chamber 94, which is free of comminution agents, and which connects the spaces between the teeth or cams 92 with the inlet channels of the nozzles 95. The material to be treated leaves the ultra-fine dispersion system through the axially running working gap 93 and its extension leading to the exit gap. In the embodiment according to FIGS. 7 and 8, the nozzles and their inlet openings consist of oblique bores in the rotor body.
In all embodiments in which the material to be treated moves radially outwards on its treatment regimen and accordingly increasingly absorbs centrifugal force, it is expedient to recover the flow energy of the material to be treated by means of known turbine or recoil systems.
In Fig. 9, an embodiment of such an energy-saving Feinstdisper yaw system is shown schematically. This embodiment is based on the principle of converting that part of the energy used to convey the material to be treated, which occurs as flow energy of the material to be treated, at least partially into kinetic energy and thus recovering it, for example, by returning it to the drive system. The mounting and the other structure of the individual parts of the ultra-fine dispersion systems correspond to the embodiments described earlier and have therefore only been drawn schematically for reasons of better clarity.
In the embodiment according to FIG. 9, nozzles 95 are arranged on the rotor 1, while the stationary part has chambers lying between the teeth 92. The axes of the nozzles 95 are set in relation to the direction of rotation of the rotor shown by the arrow in such a way that the recoil effect of the material to be treated flowing out of the nozzles is used as kinetic energy to drive the nozzle carrier 11. The chamber walls can be designed in such a way that they act as guide surfaces.
FIG. 10 shows schematically how the nozzles and chambers can be designed in a machine with a small, rotating nozzle system and a fixed outer rim chamber system, as shown in FIG.
The dispersing machine can be designed so that the mixture components are dispersed separately from one another and only then mixed in a final dispersion stage. The construction principle of such dispersing machines consists in the fact that a plurality of primary dispersing systems connected in parallel and behind these primary systems a common, secondary or end system is arranged.
In a dispersing machine of this type, two or more parallel-connected, primary dispersing systems, in particular of a known type based on impact and / or shear effects, eg. B. cam mills, and a downstream fine dispersion system in which the streams of material emerging from the primary systems act to divide one another with mutual impact and mutual mixing. This secondary or final dispersing system thus acts in a comparative way like a mixing chamber, in which the flow energy of the individual good particles on impact is used to increase the cutting effect of the machine.
11 and 12 show a dispersing machine in the form of a double cone, the main parts of which, namely the rotor 1 and the housing halves 2a and 2b, are designed practically symmetrically with respect to the double cone equator. The rotor forms a cast, forged or pressed piece with an equator flange 14 and a shaft journal 13. On its conical surfaces, the rotor has a serration known per se in colloid mills.
The flange 14 has essentially flat surfaces on both sides following the cone shell, in which a large number of, for example, hemispherical cavities 15 are radially distributed. The smooth outer surface 16 of the flange is symmetrical and, in the example shown, tapered like a double cone.
The two housing halves 2a and 2b are essentially formed like a double cone half. In the equatorial region, each housing half has a flange 24a or 24b, which is adapted to the configuration of this flange 14 on its surface parts facing the rotor flange 1. 4, that is, cavities 15 ′ in the inner, horizontal region and a conical bevel 16 further outwards ' wearing.
Completely outward, the flanges 24a and 24b are provided with increased spacing 25a and 25b, which carry the bolt holes 26a, 26b, so that a gap 27 remains free between the flanges 24a and 24b. On their inner surfaces, the housing halves are likewise provided with a toothing corresponding to that of the rotor 1.
The lower housing half 2b is butt-shaped at 28b, while the upper housing half is provided with a neck 29 for the shaft journal 13 of the rotor 1 and just below the extension of the neck 29 with several openings 28a.
The mode of operation of this dispersing machine is as follows: Between the rotor 1 and the housing halves 2a and 2b, three different-type comminution systems are formed, namely firstly the grooved toothing system on the conical shells, secondly the two horizontal annular gap systems on both sides with cavities 15 and 15 ' of the rotor flange 14, which form the crushing elements of the second system to which the two annular gaps 16, 16 ′ adjoin along the conical flange bevels, and thirdly the annular gap system 27,
in which the two Gut strume collide. If, for example, after being thawed into the material to be treated, the machine has filled it with this and the rotor 1 is set in rotation, the material to be treated flows as a result of the centrifugal force. continuously from the inlet openings 28a and 98b through the three comminution systems described above to the outlet gap 27, a certain cycle being formed within the entire material to be treated.
In the first comminution system along the cone shells, the material to be treated is first finely dispersed; in the second system with the spaces formed by the cavities 15, 15 ', the material is subject to the strong influence of internal forces and undergoes a very extensive finely divided and intimate mixing in this finest dispersion stage. The material to be treated then flows through the annular gaps 16, 16 ', in which mainly the partial flow is aligned and homogenized.
These first two shredding systems and the annular gaps 16 and 16 'are flowed through by the material particles entering at the top at 28a in the direction from top to bottom and by the material particles entering at the bottom at 28b in the direction from bottom to top. After passing through the guide gap systems 16, 16 ', these two streams of the material to be treated intermingle in the last system 27 with mutual impact and mutual penetration and thereby cause a final, extremely intensive fine dispersion. The material flows through the three shredding systems with a sudden change of direction.
This ultra-fine dispersing machine has the advantage of structural simplification, since the double cone rotor can be assembled from two practically similar components that are attached to a continuous drive shaft.
13 shows a section of a dispersing machine in which shear cams are also provided on the rotor 1 as well as on the housing parts 2a and 2b, which form two primary systems arranged in parallel to which the with the cavities 115 and 115 ' directly connected to the primary systems provided These systems are arranged along curved lines so that the material to be treated flows through them without sudden changes in direction. Otherwise, the structure of this machine corresponds to the arrangement according to FIG. 11.
In the embodiment according to FIGS. 14 and 15, the rotor 101 consists of a hollow cone-shaped cast piece or the like, which is provided with a toothing both on the outside and on the inside and is connected to a shaft journal 113. Furthermore, the rotor 101 has at its lower, wide end an annular flange 114 which, corresponding to the embodiment according to FIGS. 10 and 11, has a plurality of radially distributed, for example hemispherical, hollow spaces 115 and is tapered in the manner of a double cone at its smooth outer edges 116 .
The housing consists of the two halves 102a and 102 &, which are provided with internal teeth, inlet openings 128a and 128b, shoulders occupied with cavities 115 ', with smooth inclined surfaces 116', with increased spacing and one where the two material flows meet Form gap 127.
The rotor shaft 113 is mounted in the housing neck 129.
The machine according to FIGS. 14 and 15 is to a certain extent a modification of the machine according to FIGS. 11 and 12, in such a way that the lower part of the double cone is turned inward.
In this embodiment, it is also possible to replace the annular flange 114 by a corresponding extension of the conical surface and to arrange the second comminution system on the extended parts of the surface. As a result of the different path lengths and the different distances from the machine axis, the two primary flows of material to be treated will enter the third system, which acts as a mixing nozzle, at different speeds.
The embodiments according to FIGS. 11 to 15 have a very compact structure and therefore very small dimensions for a given power. For example, the mixing and stirring capacities required in chemical laboratories, kitchens or other workplaces can be achieved with machines whose largest outside diameter is less than 40 mm.
It is also possible to drive the two primary systems or primary system groups in the sense of the machine according to FIG. 2 in opposite directions and thereby to allow the primary material flows to collide with one another with a stronger mixing effect.
On the other hand, the arrangement of the guide and homogenizing gap has the advantageous effect that the material flows out without eddies and in the same direction. As a result, all particles have the same kinetic energy in the same direction, so that when the material flows meet, the relative movement and the relative speed of the colliding particles of the two material flows is practically the same at all points. This will achieve the most effective division and mixing.
This division and mixing is further improved in the embodiment according to FIG. 14 in that the material flows act on one another in the manner of an injector and thereby intensify the mixing nozzle effect.
The ultra-fine dispersing machines shown in the figures discussed so far are generally shown with teeth running in a straight line and along cone meridians. But it is also possible to form the teeth in opposite directions at an angle or spiral. A spiral toothing is shown in FIG. It is also possible to give the teeth on the rotor and on the stationary housing part unequal or opposing pitch. In such machines there is constant change and displacement of the narrowing and widening of the working gap, whereby the material is subjected to additional internal forces.
In FIG. 16, a very fine dispersing machine in the form of an immersion unit is shown schematically. The elongated, encapsulated motor M also forms the handle and is operated by the slide switch lIS. The eyelet arranged on the head of the motor is used to suspend the unit, if necessary, from a cable with counterbalance or the like.
In the case of such thawing devices, experience shows that, even when using complicated seals, the material to be treated will penetrate into the shaft tunnel in a liquid state, and in particular when a phase is gaseous. This deficiency can be eliminated by creating an air pressure in the shaft tunnel and maintaining it during operation. If pre # air is available, it can be introduced into the tunnel. In FIGS. 17 and 18, such a compressed air supply nozzle is designated by 32.
Preferably, however, an overpressure generator is arranged in the shaft tunnel itself, which in the simplest case can consist of a helical gear rigidly connected to the shaft, which cooperates with the inner wall of the shaft tunnel in the manner of a capsule blower. Such a device is shown in detail in FIG.
At the upper end of the shaft tunnel 29, air inlet openings 30 (see FIGS. 15 and 18) are attached, and a worm wheel 31 is attached to the drive shaft 13, the threads of which reach up to the inner surface of the shaft tunnel 29 and thereby allow air to flow away like a capsule blower Open openings 30 under overpressure into the wave channel and towards the dispersing machine. This prevents liquid or partially gaseous material to be treated from penetrating into the shaft channel and further into the motor housing without the need for a complicated seal.
The embodiment according to FIGS. 17 and 18 generally corresponds to that according to FIG. 16 with the difference that the thawing device hangs in an adjustment stand St.
The overpressure in the shaft tunnel 29 is, as already stated, generated by supplying compressed air or protective gas through the connector 32.
The device according to FIG. 20 consists of the dispersing machine 41, roughly of the type according to FIGS. 11 and 12, the drive motor 11 underneath the foot housing 42 and the material container 43, which, for example, in the case of a laboratory or laboratory device, consists of a near top open bell jar. The container 43 has an outlet 44 with a shut-off valve 45 or the like and a bottom opening through which the drive shaft of the dispersing machine protrudes with the interposition of conventional sealing means.
On the upper part of the dispersing machine, two lines or pipes 46 protruding beyond the surface to be treated are attached, through which further or different types of treatment material or compressed air or another gas can be supplied to the machine.
It is also possible to treat the goods container such. B. by means of a flange cover, dusting or even air or vacuum sealing to operate the dispersing machine in the desired gas atmosphere or example, at negative pressure. In the case of laboratory and cow devices, the container 43 for the items to be treated and / or the supply lines are provided with a volume scale in the manner of scales in order to be able to work or mix quantitatively more easily.
The supply of air or another gas into the interior of the ultra-fine dispersing machine has the advantage in thawing devices that the vortex which forms in the material to be treated is greatly reduced when there is no air supply from the material inlet openings 28a. As a result, the goods to be treated do not creep up on the walls of the goods container, so that the capacity of this vessel is better utilized.
In all machines with several primary dispersing systems, the individual systems can have separate feed arrangements for different types of material to be treated, individually or in groups.
In the case of immersion machines, it is also advisable to arrange several units with rotors rotating in opposite directions within the material to be processed in order to cancel the eddies caused by the individual flow of finished material and at the same time to intimately misunderstand the material to be treated outside the dispersing machine. Counter-rotating agitator systems are known as solehe.
The machines described are suitable for the production of dispersions, suspensions and emulsions and for the production of liquid mixtures. They can also be used to carry out all types of previous reactions, in particular for the intensive treatment of liquid phases with gaseous reagents. As an example, the tendon aging of spirits, perfume and the like on the formation or conversion of organi seller compounds, z. B. Esters, based substances are suitable.
Since a device according to FIGS. 10 to 17, as already mentioned, can have a very small caliber lying in the atrössenordomg of centimeters, it can for example be inserted through the bunghole of a wine or liquor barrel and, for example using a flexible drive shaft, can be used for any length of time or intensive treatment of the contents of the barrel.
The dispersing machines are generally constructed from corrosion-resistant and hard material, for example from stainless steel or hard porcelain. But it is also possible, especially when processing a material to be treated only consisting of liquid phases, softer material, eg. B. synthetic resin, to be used for some or all of the masonry parts.
As a result of the few structurally simple parts, the ultrafine dispersing machines according to the invention can be produced cheaply by way of mass production and in particular by casting and compression molding. It is also possible to equip the ultra-fine dispersing machines according to the invention with exchangeable partial sets which can be adapted to the desired performance and / or the properties of the respective item to be treated. Such machines are for example as a universal device for Labora. torien etc. suitable.
Another advantage of the machines is that they clean themselves as soon as you feed them with cleaning agents and let the rotors spin.