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EP3572145A1 - Vorrichtung und verfahren zum homogenisieren fliessfähiger stoffe - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum homogenisieren fliessfähiger stoffe Download PDF

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Publication number
EP3572145A1
EP3572145A1 EP19175326.8A EP19175326A EP3572145A1 EP 3572145 A1 EP3572145 A1 EP 3572145A1 EP 19175326 A EP19175326 A EP 19175326A EP 3572145 A1 EP3572145 A1 EP 3572145A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
drive
rotation element
flowable material
rotatably mounted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP19175326.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3572145B1 (de
Inventor
Erfindernennung liegt noch nicht vor Die
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Symex GmbH and Co KG
Original Assignee
Symex GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Symex GmbH and Co KG filed Critical Symex GmbH and Co KG
Priority to PL19175326T priority Critical patent/PL3572145T3/pl
Publication of EP3572145A1 publication Critical patent/EP3572145A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3572145B1 publication Critical patent/EP3572145B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/40—Mixers with rotor-rotor system, e.g. with intermeshing teeth

Definitions

  • the invention relates to a device for homogenizing flowable substances, comprising a housing, wherein the housing has an inlet opening, through which flowable material flows into the interior, and an outlet opening, through which the homogenized material can flow out of the housing, a first rotatable in the rotary element mounted on the housing, a second rotary element rotatably mounted in the housing, wherein the second rotary element is drivable independently of the first rotary element.
  • Such devices are used for example in the cosmetic, pharmaceutical or chemical industry in the manufacture of creams, ointments, pastes or the like.
  • the device is z. B. arranged at the lowest point of a container, such as a stirred tank and homogenized and / or dispersed the flowable material by applying a rotary member or a rotor together with a stationary stator shearing forces on the fabric.
  • the device could also be placed separately next to or between two containers.
  • the homogenised material can either be returned to the container, to another container or to a bottling plant.
  • the homogenization can be influenced in known devices essentially by varying the rotational speed of the rotary member relative to the stationary mounted stator or by the specific design of the rotor and / or the stator. At high speeds, the shearing action and also the conveying effect of the device for homogenizing is greater than at low speeds.
  • a disadvantage of the known devices is that the shearing action and the conveying action are directly coupled with each other. In addition, it is necessary for the achievement of high shear effects and speeds of the rotor to design the drive devices and drive motors accordingly consuming.
  • Another disadvantage is that at too high speed of the engine, the shearing action is so great that the substance to be homogenized can be adversely affected or possibly even damaged.
  • homogenizers In order to meet the requirement of high conveying efficiency and at the same time to reduce the shearing action at high speeds, devices for homogenizing, so-called homogenizers, have been developed, which allow an axial displacement of the rotor relative to the stator to the free flow cross-sections (or gaps) between to increase the rotor and the stator (see. DE 296 08 712 or DE 24 13 452 ). The design effort for such axial displacement is very high.
  • the EP 1 825 907 B1 discloses a device for homogenizing flowable substances, with a rotatably mounted in a housing and driven by a drive means rotor, and a driven rotary member for homogenizing and / or conveying a flowable material.
  • the rotation element can be driven by means of a drive device in the same direction with or in opposite directions to the rotor.
  • the drive means of the rotor and the rotary member are independently controllable. The possibility of variation of the shearing effect and the pumping action are thus controllable in moderation, but require further optimization in order to meet the growing demands and in particular increasing container sizes / batch sizes of the cosmetic, pharmaceutical or chemical industry.
  • the invention solves this problem by a device having the features of claim 1.
  • the invention solves the underlying object in devices for homogenizing flowable substances by a third rotary element which is rotatably mounted in the housing and operatively connected to a corresponding drive unit, wherein the drive unit configured to drive the third rotation element independently of the first and second rotation elements.
  • the advantages of the invention consist essentially in that can be influenced in a variety of ways and adapted to the respective production requirements by the additional, separately and independently driven by the first and second rotary member third rotary element.
  • the shearing action can be adjusted to the substance.
  • the rotatable elements can be driven in the same direction or in opposite directions to each other to vary the shear steplessly within large areas can.
  • the shearing action can be varied independently of the delivery rate (that is, the delivery rate of the substance). At maximum reverse rotational speeds, the shearing action is maximal, and for the same shearing action, a much lower absolute rotational speed is required compared to conventional homogenizing devices. Consequently, the drives can be designed for lower rotational speeds or higher shear rates can be achieved.
  • the invention is advantageously further developed in that the first rotation element is operatively connected to a first drive shaft, the second rotation element to a second drive shaft and the third rotation element to a third drive shaft.
  • the rotation elements can be independently coupled by means of three separate drive shafts geometrically favorable with a drive.
  • the drive shafts are coaxial with each other and arranged substantially vertically.
  • the drive shafts are easily coupled to a coupling means such as toothed belts, chains, V-belts, friction wheels, gears or the like with a drive, and the rotation elements can be aligned in the container substantially vertically.
  • the first drive shaft is rotatably mounted in the second drive shaft, the second drive shaft formed as a hollow shaft and rotatably supported in the third drive shaft, and the outer drive shaft formed as a hollow shaft and rotatably supported in the housing.
  • the storage of the drive shafts can be designed in a practical manner so that the inner drive shaft is mounted by means of rolling bearings in the middle shaft and the middle shaft is in turn mounted by means of rolling bearings in the outer shaft, which is mounted in the housing.
  • first drive shaft with a first drive unit the second drive shaft with a second drive unit and the third drive shaft with a third drive unit operatively connected.
  • the drive shafts are coupled to the respective corresponding drive units by means of gears and toothed belts.
  • At least one shaft seal for sealing the interior of the housing of the device relative to the environment preferably in each case a shaft seal corresponding to each of the three drive shafts, is provided.
  • At least one mechanical seal for sealing the interior of the housing from the environment is provided.
  • a mechanical seal for sealing the interior of the housing from the environment is provided.
  • the drive units are controllable such that the first, second and third rotation element in each case in both Rotate directions of rotation.
  • the drives are controllable so that the shear effect is maximized by the opposite directions of rotation.
  • the first, preferably outer, rotary element and / or the second rotary element are designed as a pumping wheel with a plurality of pumping blades.
  • the first rotation element and / or the second are formed in the manner of a stator or a rotor with wings. This is in principle a device for homogenization, which can produce a maximum shear.
  • the device according to the invention is particularly preferably further developed in that the third rotation element is coupled with means for homogenization, in particular stirring and cutting means.
  • means for homogenization in particular stirring and cutting means.
  • individualized stirring and cutting tools can be used, which can be adapted according to the respective requirements.
  • tools can be used for pre-crushing large components or for selectively premixing and feeding the flowable material.
  • At least one return line communicating with the outlet opening of the housing is provided, through which the flowable substance can be returned to a container at various discrete positions as a function of the position of a control valve.
  • the substance can be recycled, for example, for small amounts of a substance to be homogenized appropriate.
  • one or more of the drive shafts of the rotary elements is drive-coupled with a motor.
  • a motor provides a simple, delay-free drive for such a device.
  • the underlying object is achieved by a container, in particular stirrer container, with a coupleable device for homogenizing flowable material, with a housing having an inlet opening through which flowable material can flow into the interior, and an outlet opening through which the flowable material can flow Material can flow out of the housing, a first rotatably mounted in the housing and driven by a first drive means rotatable element, a second rotatable in the Housing mounted and driven by a second drive means independently of the first rotary member rotatable element.
  • the underlying object is driven by a third in the housing rotatably mounted rotary member, which is driven by a third drive unit independent of the first and second rotary member.
  • a container in particular agitator container, with such a device makes the corresponding advantages its own.
  • the container has a device for homogenizing flowable material of the type mentioned.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for homogenizing fluent substances by means of a device for homogenizing flowable material, comprising a housing which can flow an inlet opening, through which flowable material can flow into the interior, and an outlet opening through which the flowable material can flow out of the housing, has a first rotatably mounted in the housing and driven by a first drive means rotation element, a second rotatably mounted in the housing and driven by a second drive means independently of the first rotation element rotation element.
  • the underlying object is driven by a third rotatably mounted in the housing rotation element, which is driven by a third drive unit independently of the first and second rotating member to vary the shearing action on the fabric continuously.
  • FIG. 1 shows the device 1 according to the invention for homogenizing flowable substances, which can be coupled to a container 2, also referred to as Rlickwerks skilleder.
  • the device 1 and the container 2 are coupled by means of a flange connection.
  • the device 1 further comprises a housing 9, which comprises a plurality of housing parts 9a, 9b, 9c, which are mechanically connected.
  • the device 1 has an outlet opening 19 at the side, which forms an outlet and can be fluid-conductively connected to a line or another receiving means.
  • the device 1 further has an inlet opening 11, which is fluid-conductively connectable to the container 2 and further comprises a further opening 21, which can be coupled to a metering line, so that liquid, solid or pasty additives can be added.
  • the device 1 has a first drive device 15, a second drive device 17 (cf. Fig. 2 ) and a third drive unit 13 (see. Fig. 2 ) on.
  • the device 1 comprises a first rotatably mounted in the housing 9 and driven by the first drive means 15 rotational element 25, a second independent of the first rotary member 25 by means of the second drive means 17 (see. Fig. 2 ) drivable rotary member 27 and a third in the housing 9 rotatably mounted rotary member 23, which by means of the third drive unit 13 (see. Fig. 2 ) is drivable independently of the first and second rotation elements 25, 27.
  • the first rotation element 25 and the first drive device 15 are coupled to one another via a first drive shaft 5.
  • the second rotation element 27 is connected to the second drive device 17 (cf. Fig. 2 ) coupled via a second drive shaft 7.
  • the third rotation element 23 is connected to the third drive device 13 (cf. Fig. 2 ) coupled via a third drive shaft 3.
  • the three drive shafts 3, 5 and 7 are arranged coaxially, wherein the second and the third drive shaft 7, 3 are formed as hollow shafts.
  • the outer drive shaft 3 is mounted in the housing 9b by means of two bearings 60, 62, which are rolling or sliding bearings.
  • the second drive shaft 7 is mounted in the outer shaft 3 by means of two bearings 66, 68, which are rolling or sliding bearings, and the third drive shaft is in turn mounted in the second shaft 7 by means of bearings 70, 72.
  • the rotation elements 25, 27 and 23 are each rotationally rigid with an upper end portion of the corresponding drive shaft 5, 7, 3, and connected by screws according to this embodiment. The three rotation elements 25, 27 and 23 are thus spaced from each other.
  • the bearings 60, 62, 66, 68, 70, 72 are for example filled with lubricant or formed self-lubricating and fixed by means of retaining rings and sleeves at the predetermined positions.
  • the first, second and third rotation elements 25, 27 and 23 are driven separately from each other, so that the rotation elements can be driven in the same direction or in opposite directions and also at different rotational speeds.
  • the rotation elements 25, 27 and 23 have an axial offset from each other in the longitudinal direction of their axes of rotation.
  • a lid 74 which also determines the bearing 62.
  • an upper ring of the mechanical seal 47 is fixed to the rotary member 27 and relatively movable to a lower ring of the mechanical seal 47, which is fixedly connected to the inside of the housing 9 a, so that no flowable material pass the mechanical seal 47 and into the interior of the Housing 9 can flow.
  • the drive shafts 5, 7, 3 can with the aid of attached to the end portions gears 57, 55, 53, timing belt 37, 35, 33, and drive units 15, 17, 13 (see. FIG. 2 ), which include gear and electric motors, so are driven at adjustable speeds in both directions of rotation that the rotation elements 25, 27, 23 rotate in the same direction or in opposite directions.
  • the rotational speeds and directions of rotation of the rotary members 25, 27 and 23 can be changed application specific.
  • the direction of rotation By changing the direction of rotation, the flow, shear and thus the homogenization of the mixture within the container 2 is changed.
  • the first rotation element 25 is coupled to means for homogenization, in particular stirring and cutting tools.
  • the third rotation element 23 is designed in the manner of a pump wheel and comprises a base plate and wing elements.
  • the device 1 is further operatively connected to the first drive unit 15, the second drive unit 17 and the third drive unit 13 which are spaced apart.
  • the drive units 15, 17, 13 may include transmissions and electric motors.
  • the first rotation member 25, the second rotation member 27 and the third rotation member 23 are arranged (see. Fig. 1 ).
  • the first rotation element 25 (cf. Fig. 2 ) is connected to the first drive means 15 and the second rotation member 27 (see FIG. Fig. 1 ) is connected to the second drive means 17 and the third rotation element 23 (see FIG. Fig. 1 ) is mechanically, in particular rotational, coupled to the third drive means 13.
  • the size of the respective drive unit can be designed according to the required drive power independently of the respective other drive units.
  • the first drive unit 15, which supports the first rotation element 25 (cf. Fig. 1 ) is driving in the embodiment according to the Fig. 2 smaller than the other drive units 17, 13.
  • the drive units 15, 17, 13 may be arranged vertically spaced from each other.
  • the drive means 15, 17 and 13 are arranged at a distance from the housing 9 of the device 1.
  • the drive devices 15, 17 and 13 are offset from each other by 90 ° about the center of the device. It is understood that other arrangements of the drives are possible. This results in a compact design and a favorable orientation of the timing belt 37, 35, 33 (see. Fig. 1 and 4 ), to each other.
  • Fig. 4 shows a section of an exemplary embodiment in which the torque is transmitted solely by means of toothed belts 33, 37 of the drive units 13, 17 on the drive shafts 3, 7.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials, mit einem Gehäuse (9), welches eine Einlassöffnung (11), durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen kann, und eine Ausgangsöffnung (19), durch die das fließfähige Material aus dem Gehäuse (9) ausströmen kann, aufweist, einem ersten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer ersten Antriebseinrichtung (15) antreibbaren Rotationselement (25), einem zweiten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (17) unabhängig von dem ersten Rotationselement (25) antreibbaren Rotationselement (27), gekennzeichnet durch ein drittes in dem Gehäuse (9) drehbar gelagertes Rotationselement (23), welches mittels einer dritten Antriebeinheit (13) unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement (25, 27) antreibbar ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Behälter (2), insbesondere Rührwerksbehälter, mit einer koppelbaren Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials und ein Verfahren zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe mittels einer Vorrichtung (1) zum Homogenisieren fließfähigen Materials.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung, durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen, und eine Ausgangsöffnung, durch die das homogenisierte Material aus dem Gehäuse ausströmen kann, aufweist, einem ersten drehbar in dem Gehäuse gelagerten Rotationselement, einem zweiten drehbar in dem Gehäuse gelagerten Rotationselement, wobei das zweite Rotationselement unabhängig von dem ersten Rotationselement antreibbar ist.
  • Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in der kosmetischen, pharmazeutischen oder chemischen Industrie bei der Herstellung von Cremes, Salben, Pasten oder dergleichen eingesetzt. Die Vorrichtung ist z. B. am tiefsten Punkt eines Behälters, beispielsweise eines Rührwerksbehälters angeordnet und homogenisiert und/oder dispergiert den fließfähigen Stoff, indem ein Rotationselement bzw. ein Rotor zusammen mit einem ortsfesten Stator Scherkräfte auf den Stoff aufbringt. Die Vorrichtung könnte auch separat neben einem oder zwischen zwei Behältern platziert sein. Der homogenisierte Stoff kann entweder zurück in den Behälter, einen weiteren Behälter oder zu einer Abfüllanlage gefördert werden.
  • Die Homogenisierung lässt sich bei bekannten Vorrichtungen im Wesentlichen durch Variation der Drehzahl des Rotationselementes gegenüber dem ortsfest gelagerten Stator oder durch die konkrete Gestaltung des Rotors und/oder des Stators beeinflussen. Bei hohen Drehzahlen ist die Scherwirkung und auch die Förderwirkung der Vorrichtung zum Homogenisieren größer als bei niedrigen Drehzahlen. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, dass die Scherwirkung und die Förderwirkung unmittelbar miteinander gekoppelt sind. Darüber hinaus ist es für die Erreichung hoher Scherwirkungen und Drehzahlen des Rotors notwendig, die Antriebseinrichtungen und Antriebsmotoren entsprechend aufwendig auszulegen.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei zu hoher Drehzahl des Motors die Scherwirkung so groß wird, dass der zu homogenisierende Stoff nachteilig beeinflusst oder eventuell sogar geschädigt werden kann.
  • Um dem Erfordernis der hohen Förderwirkung gerecht werden zu können und gleichzeitig die Scherwirkung bei hohen Drehzahlen zu reduzieren, wurden Vorrichtungen zum Homogenisieren, sogenannte Homogenisatoren, entwickelt, die eine axiale Verschiebung des Rotors relativ zum Stator ermöglichen, um die freien Strömungsquerschnitte (oder Spalte) zwischen dem Rotor und dem Stator zu erhöhen (vgl. DE 296 08 712 oder DE 24 13 452 ). Der konstruktive Aufwand für eine derartige axiale Verschiebbarkeit ist sehr hoch.
  • Die EP 1 825 907 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten und mittels einer Antriebseinrichtung antreibbaren Rotor, und einem antreibbaren Rotationselement zum Homogenisieren und/oder Fördern eines fließfähigen Stoffes. Das Rotationselement ist mittels einer Antriebseinrichtung gleichsinnig mit oder gegensinnig zu dem Rotor antreibbar. Die Antriebseinrichtungen von Rotor und Rotationselement sind unabhängig voneinander steuerbar. Die Variationsmöglichkeit der Scherwirkung und der Pumpwirkung sind somit in Maßen steuerbar, bedürfen aber weiterer Optimierung, um den wachsenden Anforderungen und insbesondere steigenden Behältergrößen/Chargengrößen der kosmetischen, pharmazeutischen oder chemischen Industrie gerecht zu werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung anzugeben, mit der der Homogenisierungseffekt stärker beeinflussbar ist und die Scherwirkung und die Pumpwirkung an die jeweiligen Erfordernisse anpassbar sind.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere löst die Erfindung die zugrundeliegende Aufgabe bei Vorrichtungen zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe durch ein drittes Rotationselement, welches drehbar in dem Gehäuse gelagert und mit einer korrespondierenden Antriebseinheit wirkverbunden ist, wobei die Antriebseinheit dazu eingerichtet ist, das dritte Rotationselement unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement anzutreiben.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen im Wesentlichen darin, dass durch das zusätzliche, separat und unabhängig vom ersten und zweiten Rotationselement antreibbare dritte Rotationselement die Homogenisierung und Förderung auf vielfältige Weise beeinflusst und an die jeweiligen Produktionserfordernisse angepasst werden können. Insbesondere durch Einstellung und Variation der Relativgeschwindigkeiten der drei drehbaren Elemente lässt sich die Scherwirkung auf den Stoff einstellen. Die drehbaren Elemente können gleichsinnig oder gegenläufig zueinander angetrieben werden, um die Scherwirkung stufenlos innerhalb großer Bereiche variieren zu können. Darüber hinaus kann die Scherwirkung unabhängig von der Förderleistung (das heißt der Fördermenge des Stoffs) variiert werden. Bei maximalen entgegengesetzten Drehgeschwindigkeiten ist die Scherwirkung maximal, wobei für dieselbe Scherwirkung eine wesentlich geringere absolute Drehgeschwindigkeit notwendig ist im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen zur Homogenisierung. Folglich können die Antriebe für geringere Drehgeschwindigkeiten ausgelegt werden bzw. höhere Scherraten erreicht werden.
  • Die Erfindung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass das erste Rotationselement mit einer ersten Antriebswelle, das zweite Rotationselement mit einer zweiten Antriebswelle und das dritte Rotationselement mit einer dritten Antriebswelle wirkverbunden ist.
  • Auf diese Weise können die Rotationselemente unabhängig voneinander mittels drei separater Antriebswellen geometrisch günstig mit einem Antrieb gekoppelt werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Antriebswellen koaxial zueinander und im Wesentlichen vertikal angeordnet. Somit sind die Antriebswellen auf einfache Weise mit einem Kopplungsmittel, wie Zahnriemen, Ketten, Keilriemen, Reibräder, Zahnräder oder dergleichen mit einem Antrieb koppelbar, und die Rotationselemente können im Behälter im Wesentlichen vertikal ausgerichtet werden.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste Antriebswelle drehbar in der zweiten Antriebswelle gelagert, die zweite Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und drehbar in der dritten Antriebswelle gelagert, und die äußere Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und drehbar in dem Gehäuse gelagert.
  • Die Lagerung der Antriebswellen kann dabei auf zweckmäßige Weise so gestaltet werden, dass die innere Antriebswelle mittels Wälzlagern in der mittleren Welle gelagert ist und die mittlere Welle ihrerseits mittels Wälzlagern in der äußeren Welle gelagert ist, welche in dem Gehäuse gelagert ist.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste Antriebswelle mit einer ersten Antriebseinheit, die zweite Antriebswelle mit einer zweiten Antriebseinheit und die dritte Antriebswelle mit einer dritten Antriebseinheit wirkverbunden. Durch das Antreiben jedes der diskreten Rotationselemente unabhängig voneinander, sind die Relativgeschwindigkeiten und Drehrichtungen anwendungsspezifisch für jedes der Rotationselemente wählbar, sodass diese gleichsinnig, gegenläufig oder wahlweise einzeln antreibbar sind.
  • Weiter bevorzugt sind die Antriebswellen mit den jeweils korrespondierenden Antriebseinheiten mittels Zahnrädern und Zahnriemen gekoppelt.
  • Um den Innenraum der Vorrichtung gegenüber der Umgebung zuverlässig auch gegenüber hohen Druckdifferenzen und gegebenenfalls aggressiven Medien abzudichten, wird gemäß einer Weiterbildung vorgeschlagen, dass mindestens eine Wellenabdichtung zur Abdichtung des Innenraums des Gehäuses der Vorrichtung gegenüber der Umgebung, vorzugsweise jeweils eine Wellenabdichtung korrespondierend zu jeweils einer der drei Antriebswellen, vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine Gleitringdichtung zur Abdichtung des Innenraums des Gehäuses gegenüber der Umgebung vorgesehen. In den Innenräumen eines Rührwerkbehälters, an den eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Homogenisieren anschließbar ist, herrschen häufig Unter- oder Überdrücke, die so sicher beherrschbar sind.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Antriebseinheiten derart steuerbar, dass das erste, zweite und dritte Rotationselement jeweils in beide Drehrichtungen rotieren. Somit sind die Antriebe derart steuerbar, dass die Scherwirkung durch die entgegengesetzten Drehrichtungen maximal wird.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind das erste, vorzugsweise äußere Rotationselement und/oder das zweite Rotationselement als Pumprad mit mehreren Pumpschaufeln ausgebildet. Somit werden hohe Förderwirkungen erzielt, während die Rotationselemente im Wesentlichen die Scherwirkung der Vorrichtung erzeugen.
  • Weiter bevorzugt sind das erste Rotationselement und/oder das zweite nach Art eines Stators oder eines Rotors mit Flügeln ausgebildet. Dabei handelt es sich prinzipiell um eine Vorrichtung zum Homogenisieren, welche eine maximale Scherwirkung erzeugen kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird besonders bevorzugt dadurch weitergebildet, dass das dritte Rotationselement mit Mitteln zur Homogenisierung, insbesondere Rühr- und Schneidmitteln, gekoppelt ist. Somit können individualisierte Rühr- und Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, welche entsprechend den jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Beispielsweise können Werkzeuge zum Vorzerkleinern großer Bestandteile oder zum gezielten Vormischen und Zuführen des fließfähigen Materials eingesetzt werden.
  • Weiter bevorzugt ist mindestens eine mit der Ausgangsöffnung des Gehäuses kommunizierende Rückführungsleitung vorgesehen, durch die in Abhängigkeit von der Stellung eines Stellventils der fließfähige Stoff an verschiedenen diskreten Positionen in einen Behälter rückführbar ist. Auf diese Weise kann der Stoff beispielsweise auch für geringe Mengen eines zu homogenisierenden Stoffs zweckmäßig zurückgeführt werden.
  • Weiter bevorzugt ist eine oder mehrere der Antriebswellen der Rotationselemente mit einem Motor antriebsgekoppelt. Ein Motor stellt einen einfachen verzögerungsfreien Antrieb für eine solche Vorrichtung dar.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts wird die zugrundeliegende Aufgabe durch einen Behälter, insbesondere Rührwerksbehälter, mit einer koppelbaren Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials, mit einem Gehäuse, welches eine Einlassöffnung, durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen kann, und eine Ausgangsöffnung, durch die das fließfähige Material aus dem Gehäuse ausströmen kann, aufweist, einem ersten drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mittels einer ersten Antriebseinrichtung antreibbaren Rotationselement, einem zweiten drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung unabhängig von dem ersten Rotationselement antreibbaren Rotationselement. Insbesondere wird die zugrundliegende Aufgabe durch ein drittes in dem Gehäuse drehbar gelagertes Rotationselement, welches mittels einer dritten Antriebeinheit unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement antreibbar ist.
  • Hinsichtlich der erreichten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen wird insoweit auf die obigen Ausführungen der Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials verwiesen. Ein Behälter, insbesondere Rührwerksbehälter, mit einer solchen Vorrichtung macht sich die entsprechenden Vorteile zu Eigen.
  • Gemäß einer vorteilhaften ausführungsform der Erfindung weist der Behälter eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials der eingangs genannten Art auf.
  • Gemäß eines letzten Aspekts wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe mittels einer Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials gelöst, mit einem Gehäuse, welches eine Einlassöffnung, durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen kann, und eine Ausgangsöffnung, durch die das fließfähige Material aus dem Gehäuse ausströmen kann, aufweist, einem ersten drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mittels einer ersten Antriebseinrichtung antreibbaren Rotationselement, einem zweiten drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung unabhängig von dem ersten Rotationselement antreibbaren Rotationselement. Insbesondere wird die zugrundliegende Aufgabe durch ein drittes in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotationselement, welches mittels einer dritten Antriebeinheit unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement antreibbar ist, um die Scherwirkung auf den Stoff stufenlos variieren zu können.
  • Hinsichtlich der erreichten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen wird insoweit auf die obigen Ausführungen der Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials verwiesen. Das Verfahren zum Homogenisieren fließfähigen Materials mittels der Vorrichtung macht sich die entsprechenden Vorteile zu Eigen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen:
    • Figur 1:
    Eine Vorrichtung zum Homogenisieren einer fließfähigen Flüssigkeit in einer geschnittenen Ansicht
    Figur 2:
    Die Vorrichtung zum Homogenisieren einer fließfähigen Flüssigkeit
    Figur 3:
    Vorrichtung zum Homogenisieren einer fließfähigen Flüssigkeit in einer Draufsicht
    Figur 4:
    Ausschnitt der Antriebseinheit der Vorrichtung zum Homogenisieren einer fließfähigen Flüssigkeit gemäß Fig. 1-3
  • Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, welche mit einem Behälter 2, auch bezeichnet als Rührwerksbehälter gekoppelt werden kann. Die Vorrichtung 1 und der Behälter 2 sind mittels einer Flanschverbindung gekoppelt. Die Vorrichtung 1 weist ferner ein Gehäuse 9 auf, welches mehrere Gehäuseteile 9a, 9b, 9c umfasst, welche mechanisch verbunden sind.
  • Die Vorrichtung 1 weist seitlich eine Auslassöffnung 19 auf, welche einen Auslass ausbildet und mit einer Leitung oder einem anderen Aufnahmemittel fluidleitend verbindbar ist. Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Einlassöffnung 11 auf, welche fluidleitend mit dem Behälter 2 verbindbar ist und ferner eine weitere Öffnung 21 auf, welche mit einer Zugabeleitung gekoppelt werden kann, sodass flüssige, feste oder pastöse Zusatzstoffe zugegeben werden können.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine erste Antriebseinrichtung 15, eine zweite Antriebseinrichtung 17 (vgl. Fig. 2) und eine dritte Antriebeinheit 13 (vgl. Fig. 2) auf.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung 1 ein erstes drehbar in dem Gehäuse 9 gelagertes und mittels der ersten Antriebseinrichtung 15 antreibbares Rotationselement 25, ein zweites unabhängig von dem ersten Rotationselement 25 mittels der zweiten Antriebseinrichtung 17 (vgl. Fig. 2) antreibbares Rotationselement 27 und ein drittes in dem Gehäuse 9 drehbar gelagertes Rotationselement 23, welches mittels der dritten Antriebeinheit 13 (vgl. Fig. 2) unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement 25, 27 antreibbar ist.
  • Das erste Rotationselement 25 und die erste Antriebseinrichtung 15 sind über eine erste Antriebswelle 5 miteinander gekoppelt. Das zweite Rotationselement 27 ist mit der zweiten Antriebseinrichtung 17 (vgl. Fig. 2) über eine zweite Antriebswelle 7 gekoppelt. Das dritte Rotationselement 23 ist mit der dritten Antriebseinrichtung 13 (vgl. Fig. 2) über eine dritte Antriebswelle 3 gekoppelt. Die drei Antriebswellen 3, 5 und 7 sind koaxial angeordnet, wobei die zweite und die dritte Antriebswelle 7, 3 als Hohlwellen ausgebildet sind.
  • Die äußere Antriebswelle 3 ist mittels zweier Lager 60, 62, bei denen es sich um Wälz- oder Gleitlager handelt, in dem Gehäuse 9b gelagert. Die zweite Antriebswelle 7 ist mittels zweier Lager 66, 68, bei denen es sich um Wälz- oder Gleitlager handelt, in der äußeren Welle 3 gelagert und die dritte Antriebswelle ist wiederum mittels Lagern 70, 72 in der zweiten Welle 7 gelagert. Die Rotationselemente 25, 27 und 23 sind jeweils mit einem oberen Endabschnitt der korrespondierenden Antriebswelle 5, 7, 3 drehstarr, und gemäß dieser Ausführungsform mittels Schrauben, verbunden. Die drei Rotationselemente 25, 27 und 23 sind somit beabstandet zueinander angeordnet. Die Lager 60, 62, 66, 68, 70, 72 sind beispielsweise mit Schmiermittel gefüllt oder selbstschmierend ausgebildet und mit Hilfe von Sicherungsringen und Hülsen an den vorgegebenen Positionen festgelegt.
  • Das erste, zweite und dritte Rotationselement 25, 27 und 23 werden separat voneinander angetrieben, sodass die Rotationselemente gleichsinnig oder gegensinnig und zudem mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten angetrieben werden können. Die Rotationselemente 25, 27 und 23 weisen in Längsrichtung ihrer Rotationsachsen einen axialen Versatz zueinander auf.
  • Im unteren Bereich ist das Gehäuse 9b mit einem Deckel 74 verschlossen, der gleichzeitig das Lager 62 festlegt.
  • Zur Abdichtung des Innenraums der Vorrichtung 1 gegenüber der Umgebung sind drei Gleitringdichtungen 45, 47, 43 vorgesehen. Alternativ könnten andere Wellenabdichtungen, etwa Lippendichtringe o. dgl. eingesetzt werden. Ein oberer Gleitring der Gleitringdichtung 45 ist fest mit dem Element 25 verbunden, während ein unterer Gleitring an der Antriebswelle7 befestigt ist und mit dieser rotiert, so dass fließfähiger Stoff nicht in den Innenraum des Gehäuses 9 strömen kann. Ein oberer Ring der Gleitringdichtung 43 ist an der Innenseite des Elements 23 befestigt und relativ bewegbar zu einem unteren Ring der Gleitringdichtung 43, der fest mit der Innenseite der Antriebswelle 3 verbunden ist, so dass kein fließfähiger Stoff die Gleitringdichtung 43 passieren in den Innenraum des Gehäuses 9 strömen kann. Dem entsprechend ist ein oberer Ring der Gleitringdichtung 47 an dem Rotationselement 27 befestigt und relativ bewegbar zu einem unteren Ring der Gleitringdichtung 47, der fest mit der Innenseite des Gehäuses 9a verbunden ist, so dass kein fließfähiger Stoff die Gleitringdichtung 47 passieren und in den Innenraum des Gehäuses 9 strömen kann.
  • Die Antriebswellen 5, 7, 3 können mit Hilfe von an den Endabschnitten befestigten Zahnrädern 57, 55, 53, Zahnriemen 37, 35, 33, und Antriebseinheiten 15, 17, 13 (vgl. Fig. 2), welche Getriebe und Elektromotoren einschließen, so mit einstellbaren Drehzahlen jeweils in beide Drehrichtungen angetrieben werden, dass die Rotationselemente 25, 27, 23 gleichsinnig oder gegensinnig rotieren.
  • Somit können die Drehgeschwindigkeiten und Drehrichtungen der Rotationselemente 25, 27 und 23 anwendungsspezifisch geändert werden. Durch eine Veränderung der Drehrichtung wird die Strömung, Scherung und damit die Homogenisierung des Gemisches innerhalb des Behälters 2 verändert.
  • Das erste Rotationselement 25 ist mit Mitteln zur Homogenisierung, insbesondere Rühr- und Schneidwerkzeugen gekoppelt. Das dritte Rotationselement 23 ist nach Art eines Pumrads ausgebildet und umfasst eine Basisplatte und Flügelelemente.
  • Wie Figur 2 zeigt, ist die Vorrichtung 1 weiterhin mit der ersten Antriebseinheit 15, der zweiten Antriebseinheit 17 und der dritten Antriebseinheit 13, welche beabstandet angeordnet sind, wirkverbunden. Die Antriebseinheiten 15, 17, 13 können Getriebe und Elektromotoren einschließen. In dem Gehäuse 9 sind das erste Rotationselement 25, das zweite Rotationselement 27 und das dritte Rotationselement 23 angeordnet (vgl. Fig. 1). Das erste Rotationselement 25 (vgl. Fig. 2) ist mit der ersten Antriebseinrichtung 15 und das zweite Rotationselement 27 (vgl. Fig. 1) ist mit der zweiten Antriebseinrichtung 17 und das dritte Rotationselement 23 (vgl. Fig. 1) ist mit der dritten Antriebseinrichtung 13 mechanisch, insbesondere drehgebend, gekoppelt.
  • Die Größe der jeweiligen Antriebseinheit kann entsprechend der geforderten Antriebsleistung unabhängig von den jeweils anderen Antriebseinheiten ausgelegt werden. Die erste Antriebseinheit 15, welche das erste Rotationselement 25 (vgl. Fig. 1) antreibt ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß dem Fig. 2 kleiner als die übrigen Antriebseinheiten 17, 13. Die Antriebseinheiten 15, 17, 13 können vertikal beabstandet zu einander angeordnet sein.
  • Wie Figur 3 zeigt, sind die Antriebseinrichtungen 15, 17 und 13 zu dem Gehäuse 9 der Vorrichtung 1 beabstandet angeordnet. Die Antriebseinrichtungen 15, 17 und 13 sind insbesondere jeweils um 90° um den Mittelpunkt der Vorrichtung herum versetzt zueinander angeordnet. Es versteht sich, dass auch andere Anordnungen der Antriebe möglich sind. Somit ergibt sich eine kompakte Bauform und eine günstige Ausrichtung der Zahnriemen 37, 35, 33 (vgl. Fig. 1 und 4), zueinander.
  • Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Beispielhaften Ausführungsform in welcher das Drehmoment allein mittels Zahnriemen 33, 37 von den Antriebseinheiten 13, 17 auf die Antriebswellen 3, 7 übertragen wird.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials, mit
    - einem Gehäuse (9), welches eine Einlassöffnung (11), durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen kann, und eine Ausgangsöffnung (19), durch die das fließfähige Material aus dem Gehäuse (9) ausströmen kann, aufweist,
    - einem ersten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer ersten Antriebseinrichtung (15) antreibbaren Rotationselement (25),
    - einem zweiten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (17) unabhängig von dem ersten Rotationselement (25) antreibbaren Rotationselement (27),
    gekennzeichnet durch ein drittes in dem Gehäuse (9) drehbar gelagertes Rotationselement (23), welches mittels einer dritten Antriebeinheit (13) unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement (25, 27) antreibbar ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotationselement (25) gleichsinnig mit oder gegensinnig zu dem zweiten Rotationselement (27) von der ersten Antriebeinheit (15) antreibbar ist oder wahlweise entweder das erste Rotationselement (25) oder das zweite Rotationselement (27) von der ersten Antriebeinheit (15) bzw. der zweiten Antriebeinheit (27) angetrieben werden, während das jeweils andere Bauteil stillsteht.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotationselement (25), mit einer ersten Antriebswelle (5), das zweite Rotationselement (27) mit einer zweiten Antriebswelle (7) und das dritte Rotationselement (23) mit dritten Antriebswelle (3) wirkverbunden ist.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswellen (3, 5, 7) koaxial zueinander und wesentlichen vertikal angeordnet sind.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (5) drehbar in der zweiten Antriebswelle (7) gelagert ist,
    dass die zweite Antriebswelle (7) als Hohlwelle ausgebildet und drehbar in der dritten Antriebswelle (3) gelagert ist, und
    dass die äußere Antriebswelle (3) als Hohlwelle ausgebildet und drehbar in dem Gehäuse (9a) gelagert ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (5) mit der ersten Antriebseinheit (15), die zweite Antriebswelle (7) mit der zweiten Antriebseinheit (17) und die dritte Antriebswelle (3) mit der dritten Antriebseinheit (13), vorzugsweise mittels Zahnrädern (53, 55, 57) und Zahnriemen (33, 35, 37), wirkverbunden ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wellenabdichtung zur Abdichtung des Innenraums des Gehäuses (9) der Vorrichtung (1) gegenüber der Umgebung, vorzugsweise jeweils eine Wellenabdichtung (43, 45, 47) korrespondierend zu jeweils einer der drei Antriebswellen (3, 5, 7), vorgesehen ist, wobei vorzugsweise eine Wellenabdichtung oder alle Wellenabdichtungen (3, 5, 7) als doppelwirkende Gleitringdichtungen ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (13, 15, 17) derart steuerbar sind, dass das erste, zweite und dritte Rotationselement (25, 27, 23) jeweils in eine erste Drehrichtung und eine zweite Drehrichtung, welche gegenläufig zur ersten Drehrichtung ist, rotierbar ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotationselement (25) und/oder das zweite und/oder das dritte Rotationselement (27, 23) als Pumprad mit mehreren Pumpschaufeln ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass erste Rotationselement (25) und/oder das zweite Rotationselement (27) und/oder das dritte Rotationselement (23) nach Art eines Stators oder eines Rotors mit Flügeln ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass erste Rotationselement (25) ein Kopplungsmittel (26) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, das erste Rotationselement (25) mit Mitteln zur Homogenisierung, insbesondere Rühr- und Schneidmitteln, zu koppeln.
  12. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit der Ausgangsöffnung des Gehäuses (9) kommunizierende Rückführungsleitungen (19) vorgesehen ist, durch die in Abhängigkeit von der Stellung eines Stellventils der fließfähige Stoff an verschiedenen diskreten Positionen in einen Behälter (2) rückführbar ist.
  13. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Antriebswellen (3, 5, 7) der Rotationselemente (23, 25, 27) mit einem Motor antriebsgekoppelt ist.
  14. Behälter (2), insbesondere Rührwerksbehälter, mit einer koppelbaren Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials, vorzugsweise mit einer Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähigen Materials nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 13, mit
    - einem Gehäuse (9), welches eine Einlassöffnung (11), durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen kann, und eine Ausgangsöffnung (19), durch die das fließfähige Material aus dem Gehäuse (9) ausströmen kann, aufweist,
    - einem ersten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer ersten Antriebseinrichtung (15) antreibbaren Rotationselement (25),
    - einem zweiten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (17) unabhängig von dem ersten Rotationselement (25) antreibbaren Rotationselement (27),
    gekennzeichnet durch ein drittes in dem Gehäuse (9) drehbar gelagertes Rotationselement (23), welches mittels einer dritten Antriebeinheit (13) unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement (25, 27) antreibbar ist.
  15. Verfahren zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe mittels einer Vorrichtung (1) zum Homogenisieren fließfähigen Materials, mit
    - einem Gehäuse (9), welches eine Einlassöffnung (11), durch die fließfähiges Material in den Innenraum einströmen kann, und eine Ausgangsöffnung (19), durch die das fließfähige Material aus dem Gehäuse (9) ausströmen kann, aufweist,
    - einem ersten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer ersten Antriebseinrichtung (15) antreibbaren Rotationselement (25),
    - einem zweiten drehbar in dem Gehäuse (9) gelagerten und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (17) unabhängig von dem ersten Rotationselement (25) antreibbaren Rotationselement (27),
    gekennzeichnet durch ein drittes in dem Gehäuse (9) drehbar gelagerten Rotationselement (23), welches mittels einer dritten Antriebeinheit (13) unabhängig von dem ersten und zweiten Rotationselement (25, 27) antreibbar ist, um die Scherwirkung auf den Stoff stufenlos variieren zu können.
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