DE10204923C1 - Sonotroden-Dispergier-Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Sonotroden-Dispergier-Vorrichtung mit einem Schwingkörper sowie einem Rezpetor zum Einleiten von Schwingungen in den Schwingkörper wird ein effektives und gleichmäßiges Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische dadurch ermöglicht, dass der Schwingkörper im Wesentlichen als Hohlzylinder mit einer ersten teilweise offenen sowie einer zweiten offenen Stirnfläche ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonotroden-Dispergier- Vorrichtung zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem Schwingkörper sowie einer Rezeptoreinrichtung zum Einleiten von Schwingungen in den Schwingkörper, wobei der Schwingkörper im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer ersten teilweise offenen sowie einer zweiten offenen Stirnfläche ausgebildet ist.

Sonotroden-Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik zu unterschiedlichsten Zwecken verwendet. So sind Sonotroden für Reinigungszwecke bekannt, wobei ein in einem Flüssigkeitsbad befindlicher Körper durch über die Sonotrode in die Flüssigkeit eingeleiteten Ultraschall gereinigt wird. Des weiteren sind Sonotroden für medizinische Zwecke bekannt, wobei Ultraschall entweder zur Diagnose oder zur Therapie in Teile des menschlichen Körpers eingeleitet wird.

Des weiteren sind im Stand der Technik Dispergiervorrichtungen bekannt, wobei diese Vorrichtungen in drei Kategorien unterteilbar sind. Diese sind zum einen die sogenannten dynamischen Dispergiervorrichtungen wie Scherkranzdispergierer, Kolloidmühlen, Rührwerke o. ä., mit einem Stator und einem oder mehr Rotoren. Darüber hinaus sind Hochdruckhomogenisatoren und statische Mischer bekannt.

Sonotroden-Vorrichtungen zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische sind im Stand der Technik indes nicht bekannt.

Die bekannten Dispergiervorrichtungen zielen sämtlich darauf ab, einen möglichst großen Energieeintrag in die zu dispergierenden Substanzen zu erhalten, da dadurch eine kleine Partikelgröße und eine gleichmäßige Verteilung begünstigt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Energieeintrag bei den dynamischen Dispergiervorrichtungen ohne Potenzierung des Aufwandes nicht mehr steigerbar ist und somit in der Praxis aufgrund strömungstechnischer Vorgaben limitiert ist.

Aus DE 825 084 C ist eine Vorrichtung zum Schallschwingungsbehandeln von Stoffen, insbesondere zum Emulgieren von Flüssigkeiten bekannt, bei der eine gleichmäßige und intensive Beschallung dadurch erreicht ist, dass die Vorrichtung mit einem Durchtrittsspalt für die zu behandelnden Stoffe versehen ist, dessen Weite periodisch mit der Schallschwingungsfrequenz veränderbar ist.

Aus DE 17 72 035 U ist eine Dispergiervorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist indes eine Kombination mit herkömmlichen dynamischen Dispergiervorrichtungen mit einer oder mehr Rotor- und Statoreinheiten nicht ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sonotroden-Vorrichtung zu schaffen, mittels derer ein effektives und gleichmäßiges Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische ermöglicht ist, wobei die Vorrichtung insbesondere in Kombination mit herkömmlichen dynamischen Dispergier­ vorrichtungen mit einer oder mehr Rotor- und Statoreinheiten verwendbar sein soll.

Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die teilweise offene erste Stirnfläche eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege aufweist, die mit ihrem einen Ende mit der zentral angeordneten Rezeptoreinrichtung und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche des Hohlzylinders verbunden sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch das Merkmal, dass die teilweise offene erste Stirnfläche eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege aufweist, die mit ihrem einen Ende mit der zentralen angeordneten Rezeptoreinrichtung und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche des Hohlzylinders verbunden sind, erreicht, dass erstmals eine Vorrichtung geschaffen ist, mittels derer ein Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische in einer als Hohlzylinder ausgebildeten Sonotrode ermöglicht ist. Aufgrund der besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sonotrode ist die Möglichkeit geschaffen, den als Sonotrode ausgebildeten Hohlzylinder als Stator zu verwenden und einen Dispergiervorgang insbesondere durch eine weitere dynamische Dispergiereinheit mit einem oder mehr Rotoren, die in und/oder um den Hohlzylinder angeordnet sind, zu unterstützen. Der Hohlzylinder ist dabei aufgrund seiner charakteristischen Ausbildung mit hoher Präzision geführt bewegbar.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Hohlzylinder als Stator einer dynamischen Dispergiereinheit mit mindestens einem Rotor ausgebildet ist. Der mindestens eine Rotor ist dabei vorzugsweise in oder um den Hohlzylinder angeordnet, um einen Dispergiervorgang zu unterstützen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Hohlzylinder im Bereich seiner Mantelfläche eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Die Öffnungen sind dabei vorzugsweise als rechteckige Schlitze ausgebildet, die zwei lange sowie zwei kurze Seiten aufweisen, wobei die langen Seiten parallel zur Längsachse des Hohlzylinders ausgerichtet sind. Alternativ können die Öffnungen kreisförmig ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Rezeptoreinrichtung als entlang ihrer Längsachse longitudinal schwingende Welle ausgebildet ist.

Die Rezeptoreinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise im Bereich ihres Schwingungsknotens mechanisch gelagert, um eine ungewünschte Energieausleitung bzw. Dämpfung der eingeleiteten Ultraschalls möglichst zu vermeiden.

Des weiteren ist die Rezeptoreinrichtung vorzugsweise einstückig mit dem Schwingkörper ausgebildet, um Energieverluste des in die Rezeptoreinrichtung eingeleiteten Ultraschalls zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Piezokristall als Konverter von elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen zum Einleiten in die Rezeptoreinrichtung vorgesehen ist. Der Piezokristall schwingt dabei vorzugsweise mit einer Frequenz von 20 bis 50 KHz.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg unten;

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben.

Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eingebaut in eine dynamische Dispergiereinheit, in einer ersten Querschnittsansicht;

Fig. 4 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eingebaut in eine dynamische Dispergiereinheit, in einer anderen Querschnittsansicht.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße Sonotroden-Dispergier-Vorrichtung 100 zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische weist einen Schwingkörper 110 sowie ein Rezeptoreinrichtung 120 zum Einleiten von Schwingungen in den Schwingkörper 110 auf, wobei der Schwingkörper 110 im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer ersten teilweise offenen Stirnfläche 130 sowie einer zweiten offenen Stirnfläche 140 ausgebildet ist.

Der als Hohlzylinder ausgebildete Schwingkörper 110 weist im Bereich seiner Mantelfläche 111 eine Mehrzahl von Öffnungen 112 aufweist, wobei die Öffnungen 112 als rechteckige Schlitze ausgebildet sind. Die Schlitze 112 weisen dabei zwei lange sowie zwei kurze Seiten auf, wobei die langen Seiten parallel zur Längsachse 113 des Schwingkörpers 110 ausgerichtet sind.

Der Schwingkörper 110 ist als Stator einer dynamischen Dispergiereinheit mit mindestens einem Rotor 150 sowie einem Rotor 160 ausgebildet, wobei der Rotor 150 in der Nachbarschaft der Mantelinnenfläche 111' angeordnet ist und der Rotor 160 in der Nachbarschaft der Mantelaußenfläche 111" des Schwingkörpers 110 angeordnet ist, wobei die Rotoren 150, 160 einen Dispergiervorgang unterstützend wirken. Jeder der Rotoren 150, 160 ist im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer geschlossenen, einen Boden 151, 161 bildenden Stirnfläche sowie einer offenen Stirnfläche ausgebildet, wobei jeder Rotor 150, 160 in dem Bereich der offenen Stirnfläche seiner Mantelfläche mit koaxial angeordneten Zähnen 152, 162 versehen ist.

Die teilweise offene erste Stirnfläche 130 des Schwingkörpers weist eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege 131, 132, 133 auf, die mit ihrem einen Ende mit der zentral angeordneten Rezeptoreinrichtung 120 und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche 111 des Schwingkörpers 110 verbunden sind. Die teilweise offene Stirnfläche 130 des Schwingkörpers 110 bildet eine Ausgangsöffnung für das dispergierte Produkt.

Die Rezeptoreinrichtung 120 ist als entlang ihrer Längsachse 113 longitudinal schwingende Welle ausgebildet und ist im Bereich ihres Schwingungsknotens 121 mechanisch gelagert. Die Lagerung ist in Richtung der Rotationsachse der als zusätzliche dynamische Dispergiereinheit wirkenden Rotoren 150, 160 mittels einer Verschiebeeinrichtung 170 innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar.

Die Rezeptoreinrichtung 120 ist einstückig mit dem Schwingkörper 110 ausgebildet, um ein möglichst effektives Einleiten von Ultraschallschwingungen in den Sonotrodenschwingkörper 110 zu erreichen. Ein Piezokristall 180 ist als Konverter von elektrischen Schwingungen in mechanische Ultraschallschwingungen vorgesehen, wobei der Piezokristall mit einer Frequenz von 20 KHz schwingt.

Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.

Claims (12)

1. Sonotroden-Dispergier-Vorrichtung zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem Schwingkörper sowie einer Rezeptoreinrichtung zum Einleiten von Schwingungen in den Schwingkörper, wobei der Schwingkörper im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer ersten teilweise offenen sowie einer zweiten offenen Stirnfläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise offene erste Stirnfläche (130) eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege (131, 132, 133) aufweist, die mit ihrem einen Ende mit der zentral angeordneten Rezeptoreinrichtung (120) und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche (111) des Hohlzylinders (110) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (110) als Stator einer dynamischen Dispergiereinheit mit mindestens einem Rotor (150, 160) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rotor (150, 160) in oder um den Hohlzylinder (110) angeordnet ist, um einen Dispergiervorgang zu unterstützen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (110) im Bereich seiner Mantelfläche (111) eine Mehrzahl von Öffnungen (112) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (112) als rechteckige Schlitze ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckigen Schlitze (112) zwei lange sowie zwei kurze Seiten aufweisen, wobei die langen Seiten parallel zur Längsachse (113) des Hohlzylinders (110) ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (112) kreisförmig ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptoreinrichtung (120) als entlang ihrer Längsachse (113) longitudinal schwingende Welle ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptoreinrichtung (120) im Bereich ihres Schwingungsknotens mechanisch gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptoreinrichtung (120) einstückig mit dem Schwingkörper (110) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Piezokristall (180) als Konverter von elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen zum einleiten in die Rezeptoreinrichtung (120) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezokristall (180) mit einer Frequenz von 20 KHz bis 50 KHz schwingt.