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.