Misch- und Dispergiervorrichtung.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Dispeygiervorrichtung mit zwei zueinander koaxial angeordneten Haltern, von denen mindestens der eine drehbar ist und welche um einen zentralen Zuführungsraum für das zu behandelnde Gut angeordnete Zer klein. erungsorgane aufweisen, von denen mindestens ein Teil seherend zusammenarbeitet.
Es gibt bereits Vorriehtungen dieser Art, z. B. gemäss Patent Nr. 288154. 3vlan kann Vorrichtungen dieser Art eine solehe Zahl von Zerkleinerungsorganen und dem einen Halter eine solehe Umlaufgeschwindigkeit geben, dass eventuell T.
Tltraschallwirkungen auftreten. Das zu behandelnde Gut gelangt vom Zuführungs- raum vermöge der durch die Drehung bewirkten Zentrifugalkraft in den Bereich der zu sammenarbeitenden Zerkleinerungsorgane und erfährt durch Prallschläge der Flanken sowie Scherwirkungen zwisehen den Zerkleinerungsorganen eine intensive Bearbeitung, Zerteilung, Quetschung und innige Durchmischung gegebenenfalls bis zur Überführung in stabile Suspensionen sowie kolloidale Lösungen, wird hierhei eventuell parallel dazu laufenden physiko-chemischen Effekten unterworfen und nach der Bearbeitung an der Peripherie der äussern Organe ausgeschleudert.
Bei den bekannten Vorrichtungen tragen B¯den der Halter die Zerkleinerungsorgane auf ihren einander zugekehrten Seiten, so dass diese Organe zwischen den B¯den gewissermassen wie in einem von den B¯den begrenzten Gehäuse sitzen. Daher sind diese Vorrich- tungen nur für flüssiges Behandlungsgut oder solches mit kleineren festen Bestandteilen geeignet, da das Gut nur durch besondere Off- nungen mit begrenzter Lichtweite in den Hal terböden zum Zuführungsraum gelangen kann.
Es besteht jedoch in verschiedenen Gebieten ein Bedürfnis nach einer Misch-lmd Dispergiervorrichtung, welche auch zur Be arbeitung von Gemischen aus Flüssigkeit und festen Bestandteilen gröberer Struktur geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, die Unzulänglichkeit der genannten Vorrichtungen zu vermeiden.
Die erfindungsgemässe Misch-und Disper giervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eintrittsseite des zentralen Zuführungsraumes die freien Enden mindestens eines Teils der rotierenden Zerkleinerungsorgane zum Angriff des sich zum Zuführungs- raum bewegenden Gutes in axialer Richtung frei zugänglich sind.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Gut feste Bestandteile haben, die grosser sind als die Lichtweite des Eintrittes in den zentralen Zuführungsraum und doch von den in axialer Richtung frei zugänglichen Enden der rotierenden Zerkleinerungsorgane vorzerkleinert werden.
Bei entsprechender Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung können z. B. ganze Klumpen chemischer Rohstoffe, wie z. B. Kaolin, Harze, Farbpigmente, aber auch Obst, Zuekerrüben, Kartoffeln llSW. mit einer Flüs- sigkeit in einem Arbeitsgang zerkleinert und dispergiert sowie homogenisiert werden. Derartige Klumpen mu¯ten bis jetzt zuerst vorzerkleinert werden, bevor sie in die Miseh-und Dispergiervorriehtung gebracht wurden.
Die beiliegende Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- stades.
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 bis 6 zeigen im Vertikalschnitt vier Varianten.
Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform, wobei Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 8 darstellt, welche eine teilweise geschnittene Draufsicht ist.
Fig. 9 bis 12a stellen eine weitere Ausfüh- rungsform dar, wobei
Fig. 9 dieses GerÏt mit elektrisch geheizter Hülse (letztere im Schnitt) zeigt.
Fig. 10 und 10a zeigen diese Dispergier- vorriehtung ohne die heizbare Sterilisierhülse im Längsschnitt bzw. im Querschnitt entsprechend dem Schnitt X-X der Fig. 10, und
Fig. 11 die gleiche Vorrichtung an einem Laborstativ befestigt.
Fig. 12 und 12a sind eine Ansicht der Vorrichtung, eingebracht in ein Becherglas bzw. ein Quersehnitt durch dieselbe entspreehend dem Schnitt XII-XII der Fig. 12.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist zum Antrieb der Zentralwelle 5 am obern Ende einer Hülse 2 ein hochtouriger elektricher lIotor 1 mit Griff 6, Drehzahlregler und Schalter 3 angeordnet. Am freien Ende der H lse 2 ist ein Halter 7 mit Armen 12 befestigt, welche je einen, ein Zerkleinerungsorgan bildenden, axial geriehteten Zahn 8 tragen, welche ZÏhne 8 zusammen einen zur Drehachse konzentrischen Zahnkranz bilden.
In diesem stillstehenden Kranz aus Zerkleine rungsorganen befindet sich ein drehbarer, innerer Kranz von Zerkleinerungsorganen, die auf dem Halter 9 angeordnet sind. Dieser Halter ist an der Welle 5 koaxial zu dieser befestigt und weist Arme auf, welche die axial gerichteten, als ZÏhne 4 ausgebildeten Zerkleinerungsorgane tragen. Die innern, drehbaren ZÏhne 4 umsehlieBen einen zentralen Zuführungsraum, dessen Eintrittsseite unten liegt. Auf dieser Eintrittsseite sind die freien Enden der rotierenden Zähne 4 in axialer Riehtung frei zugänglieh und können somit in ihren Bereich gelangendes Gut zur Vorzerkleinerung angreifen.
Die Zahnkränze berühren sich zwar nieht, liegen aber so eng nebeneinander, dass sie noch genügend Raum lassen, um das bearbeitete Gut unter Sehe- rung, Quetschung und Prallung durehzulassen.
Die Halter konnten auch volle oder durehbrochene Scheiben oder Gloeken bilden.
Je nach dem zu bearbeitenden Gut sind die ZÏhne nach der in der Drehriehtung des Innenhalters vorlaufenden Seite zu gesehärft.
Die ZÏhne haben rechteckigen Quersehnitt (Fig. 2) und können in ihrer einfaehsten Form an ihrem freien Ende reeht-oder spitz- winklig abgeschnitten sein. Der Querselmitt der ZÏhne kann auch quadratiseli, oval, rund oder halbrund, trapezförmig oder noch anders gestaltet sein.
Zum Gebrauch wird die als Eintauehgerät ausgebildete Vorrichtung am Griff 6 erfasst und mit dem untern Ende der Hülse 2 in das zu bearbeitende Gemiseh in einem Behalter ein getaueht und in Betrieb gesetzt. Dadurch rotieren die ZÏhne 4 des innern Kranzes rela- tiv zu den Zähnen 8 des äussern Kranzes.
Das innerhalb des rotierenden innern Kranzes befindliche Gut wird damit in sehnelle Rotation versetzt und zwischen den Organen 4 des innern Kranzes rundherum gesehleudert und gegen die Zähne 8 des äussern Kranzes gepresst und besonders durch den Anprall gegen die angenähert radial liegenden Flanken der ZÏhne 8 zersehlagen und zerschert. Bei gen gend hoher Gesehwindigkeit der relativ aneinander vorbeifliegenden Zerkleinerungsorgane bzw. deren Flanken treten im Gut Deh nungsspannungen auf, die zur Kavitation führen.
Gleichzeitig wird insbesondere der bereits feiner zerkleinerte Teil des Gutes zwischen den Zähnen 4 und 8 bis zu sehr hohen Fein heitsgraden zerrieben und zuletzt durch die Lüeken zwischen den Zähnen 8 hindurch in den Behälter ausgeschleudert. Hand in Hand damit geht eine innige Durehmisehung einher, gegebenenfalls bis zur Überführung des Gutes in stabile Suspensionen oder kolloidale Losun- gen.
Die bei der Arbeit auftretenden physiko ehemisehen Effekte, wie insbesondere elektrisehe Nufladung Oxydation, Destruktion, Depolymerisation, Koagulation und Ausfäl- lung und dergleichen, sowie chemische Reak- tionen usw., können hauptsächlicher oder zu sätzlicher Zweek der Bearbeitung des Gutes sein und nach Bedarf durch ErwÏrmung.
Kühlung, Zusätze während des Betriebes von Reagenzien oder weiteren Rohstoffen oder auch von Katalysatoren gelenkt. werden, wobei durch die intensive Wirkung der Vorrichtung derartige Prozesse beschleunigt, begünstigt oder überhaupt erst ermöglieht werden.
Das in den Behälter ausgescllleuderte Gut wird infolge des Unterdruckes im innern Kranz und des Überdruckes an der Peripherie des äussern Kranzes in kontinuierlichen Um- laiif und zu einer ständigen Vermischung sowie zu einer stetigen Rückkehr in den innern Zahnkranz zwecks erneuter und waehsend feinerer Zerkleinerung gebracht, bis der gew nschte Grad erreicht ist. Die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 kann auch an einem Stativ oder an Behältern befestigt werden. Da der durch den innern Kranz umsehlossene Zuführungsraum von einer Seite über den ganzen innern Durehmesser des innern Kranzes frei zugänglieh ist, können feste Bestandteile bearbeitet werden, deren Ausma¯ so gross ist wie die Öffnung des innern Kranzes.
Da die freien Enden der rotierenden Zähne 4 in axialer Richtung frei zugÏnglich, also naeh aussen unverdeekt sind, können in deren Bereich gelangende feste Bestandteile vorzerkleinert werden, bis sie in den Zuführungs- raum eintreten können.
Bei sformen nach Fig. 3, 4 und 5 ist der zentrale Zuführungsraum nicht nach unten, sondern nach oben offen und sind die freien Enden der rotierenden Zähne 4 von oben in axialer Richtung frei zugänglich.
Die Zahnkränze liegen im Innern eines Behandlungsbehälters 13 (Fig. 3), wobei die den Ïu¯ern Kranz tragende Hülse 2 am Behälter 13 verschraubt ist. In der Hülse 2 ist wieder die zentrale, rotierende Welle 5 gelagert, welche den Innenkranz trägt. In den Fig. 3, 4 und 5 sind am Innenkranz beispielsweise messerförmige Verlängerungen 10 der als ZÏhne 4 ausgebildeten Zerkleinerungsorgane dargestellt, welche je naeh Zweek und Art des Gutes eine geradlinige oder abgebogene Ver längerung der ZÏhne bilden.
Die Verlänge- rungen dienen der Vorzerkleinerung fester Bestandteile, insbesondere wenn diese sehr viel grösser sind, als die Lichtweite des Ein- trittes zum Zuführungsraum. Gebogene Verlängerungen haben auch eine den Umlauf im Behälter beeinflussende Wirkung, so dass diese Verlängerungen sich gegebenenfalls in ihrem Verlauf auch nach der Form und der Weite des Behälters richten müssen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 liegen die ZÏhne 4 und 8 der beiden Kränze auf einem sich naeh oben öffnenden Kegelmantel, welcher koaxial zur Drehachse angeordnet ist.
Diese Form gestattet, grobe Materialstüeke leichter in den Innenkranz aufzunehmen. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 haben die ZÏhne 4 des innern Kranzes ebenfalls mes serförmige Verlängerungen 10. Die verschie- denartige Abbiegung dieser Verlängerungen dient dem Zweck, mögliehst alle Schichten sowohl des in den innern Kranz einströmenden Gutes als auch des aus dem Ïu¯ern Kranz ausströmenden und an der Behälterwandung hochsteigenden Gutes zu erfassen.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 sind die Kränze wieder mit ihrer Öffnung nach oben im Innern eines stehenden Behälters 13 3 angeordnet. Das Gemisch im Behälter 13 wird in den innern, vom Motor 1 angetriebenen, auf der Welle 5 sitzenden Kranz hineingesaugt. Der äussere Halter ist ähnlich befestigt wie in Fig. 3. Der Behälter 13 kann, wenn gewünscht, heizbar sein.
Ein von Hand oder automatisch betätig- barer Regulierschalter 15 dient zur Einstel- lung einer konstanten Drehzahl des Motors oder auch zur stossweisen periodischen oder aperiodischen Auf-und Abregulierung der Drehzahl. Diese Möglichkeit kann auch bei den vorangehenden und nachfolgenden Beispielen vorgesehen werden.
Die in axialer Richtung frei zugänglichen Enden der Zähne 4 des innern Kranzes sind abwechselnd durch Haken bzw. Messer ver längert, welche dem weiter oben beschriebenen Zweck dienen. Auch liegen die als Zähne 4 und 8 ausgebildeten Zerkleinerungsorgane wie in Fig. 4 auf einem Kegelmantel.
In der Fig. 6 ist weiter eine Zusatzein- richtung dargestellt, welche eine tellerförmige Schale 18 mit einem Anschlussstück 17 bildet.
Diese Einrichtung soll die bei Rührwerken bekannten Nachteile vermeiden, wenn klebrige Harze oder dergleichen Stoffe in Lösungsmitteln gelöst werden, wobei die an ihrer Oberfläche angelösten und weich werdenden Harze durch ihre hohe Adhäsion an den rotierenden Rührorganen und an dem Behälter aussergewöhnlich hohen Kraftaufwand erfordern und zur Arretierung des ganzen Rührapparates führen können. Die Zusatzeinrichtung ist dazu bestimmt, das zu lösende Harz zu tragen und den Raum um und in den Kränzen ausschliesslich dem Zweeke der Lösung zu reservieren.
Das auf dem Teller 18 liegende Harz wird vom Lösungsmittel umspült. Bei der Inbetriebsetzung der Dispergiervorrichtung wird das Lösungsmittel mit starker Strömung in Rich- tung der Pfeile X nach unten gesogen und strömt von oben im mittleren Teil des Behälters ebenso stark nach. Hierbei dringt es durch Löcher 19 im Boden des horizontal liegenden Tellers 18 in das Anschlussstück 17 und in den innern Kranz ein, welcher es durch den äussern Kranz hindurch gegen die Behälterwand ausschleudert. Es steigt dann an der letzteren nach oben, strömt um den Rand des Tellers 18 herum durch den Spalt 21 und gelangt erneut durch das Harz und durch die Löcher 19 hindurch in den Innenkranz usw.
Dabei löst das Lösungsmittel das Harz auf, und reichert sich dadurch fortlaufend mit Harz an. Mit der gleichen Vorrichtung ist auch die Pigmentierung von Harzlosungen. und/oder andern Bindemitteln möglich, indem die Pigmente einfach dem über dem Teller stehenden Lösungsmittel oder der Harzlosung oder gegebenenfalls auch einem andern Bindemittel zugegeben und der Dispergierarbeit ausgesetzt werden.
Zur Befestigung der Zusatzeinrichtung ist der untere Rand des kapselfomnigen Anschlussstüekes 17 mit federnden Lappen 27 versehen, welche auf dem obern Rand der äussern Zerkleinerungsorgane 8 aufklemmbar sind. Die Schale 18 kann auch eine andere als die in Fig. 6 dargestellte Gestalt haben. Sie kann auch an kleinen Konsolen 22 der Innenwan- dung des Behälters 13 befestigt sein (links in Fig. 6).
Der Behälter 13 kann z. B. mit Dampf, Elektrizität, Kühlwasser oder andern bekannten Mitteln je nach Bedarf beheizt oder gekühlt werden.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung der Fig. 6 ist im übrigen im wesentlichen gleich, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschrieben.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 weisen die beiden Halter je einen Doppelkranz von als Zerkleinerungsorgane ausgebildeten Zähnen auf. Der innere Halter sitzt fest auf der Zentralwelle 5 und hat einen scheibenförmigen Halterteil 9 und einen peripheren Ring 28, der durch Arme 20 mit dem Teil 9 verbunden ist. Der Ring 28 trägt einen innern Zahnkranz mit Zerkleinerungsorganen 4. Die Aussenkanten der Zerkleinerungsorgane 4 sind axial gerichtet und tragen am untern Ende einen Ring 25, ielcher den innern Zahnkranz 8 des ruhenden äussern Halters überbrückt. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist die radiale Ausdehnung der Zerkleine rungsorgane 4 grouper als diejenige der Zähne 8.
Damit wird eine Verbreiterung der in der Drehrichtung vorauslaufenden Flanke der Zerkleinerungsorgane 4 erreieht, was eine ver stärkte Pumpenwirkung ergibt. Diese Organe ersetzen also eine Zentrifugalpumpe. Die mit den Zerkleinerungsorganen 4 zusammenarbei tenden Zähne 8 des ruhenden äussern Kranzes sitzen zusammen mit den ZÏhnen 8a des äussersten Zahnkranzes an einem zur Drehachse koaxialen Ring 14, der durch Arme 12a mit einer zentralen, am Ende der Hülse 2 sitzenden und mit dieser verschraubten AIuffe 7'verbunden ist. Innerhalb der Muffe 7'bzw. der Hülse 2 ist ein Kugellager 24 für die Zen tralwelle 5 bzw. eine Packung 11 vorgesehen, welche das Innere von Muffe 7' und Hülse 2 abdichtet.
Zwischen den beiden ZahnkrÏnzen des einen Halters befindet sieh jeweils ein Zahnkranz des andern Halters, wo bei die Zähne 8 und 8a der stillstehenden Kränze sowie die Zerkleinerungsorgane 4 des Innenkranzes hängend, die Zähne 4a des äussern beweglichen Kranzes dagegen stehend angeordnet sind. Benachbarte Zahnkränze berühren sieh nieht. Anstatt Arme 20 mit da zwisehenliegenden Uffnungen 23 vorzusehen, kann man auch den Boden als gesehlossenen, glockenf¯rmigen Halter ohne Íffnungen ausbilden.
Die Zerkleinerungsorgane 4 des Innenkranzes tragen messerförmige Verlänge- rungen der Organe 4 bildende Zerkleine rungsorgane 10, die auch hakenförmig oder sonstwie ausgebildet sein können und deren Enden in axialer Richtung zum Angriff des Outes frei zugänglich sind. Diese Verlängerungen 10 sind, wie Fig. 8 reehts zeigt, am übrigen Teil der Zerkleinerungsorgane 4 an gesehraubt, können jedoeh aueh als Messer oder Haken 10a (links in Fig. 8) oder der gleiehen am übrigen Teil der Organe 4 oder am 25 angegossen sein. Die Verlängerun gen 10 bzw. 10 divergieren naeh unten und liegen auf einem Kegelmantel.
Wie Fig. 7 zeigt, ist die Teilung bei den innersten, am rotierenden Halter angeordneten Zerkleinerungsorganen 4 ein Vielfaches der Teilung bei den diese innersten, rotie rendez Organe 4 umgebenden, am andern Halter angeordneten Zerkleinerungsorganen 8.
Das hat den Vorteil, dass grosse klumpige Be standteile, die in den Zuführungsraum eingetreten sind und zwischen zwei benachbarte Organe 4 gelangen, von diesen mitgenommen und an den Organen 8 zerrieben werden. Ahn- liches ist übrigens möglieh beim Beispiel nach Fig. 2.
Die Vorrichtung der Fig. 7 und 8 kann entweder wie in Fig. 1 als Tauchgerät Verwendung finden, oder sie kann, wie in Fig. 6, stehend im Boden eines Behälters eingebaut sein.
Durch die Doppelzahnkränze wird die im Zusammenhang mit Fig. 1 geschilderte Mischund Dispergierwirkung vervielfacht, also eine Vergrösserung der Leistung erreieht, indem das von den Organen 4 erfasste und dabei durch die hohe Prallwirkung zerkleinerte und vermischte Gut gegen die radial liegenden Flanken der Organe 8 und von diesen gegen die radial liegenden Flanken der Organe 4a und so weiter im Zickzackweg geschleudert wird, bis es am Aussenkranz 8a austritt. Die Zirkulation des Gutes ist in Fig. 8 durch Pfeile xg veransehaulieht. Anstatt zwei Zahnkränze pro Halter können deren mehr vorgesehen sein.
Das GerÏt gemäss Fig. 9 bis 12a gestattet. auf Grund seiner Kleinheit beispielsweise die Herstellung kleiner Mengen von Dispersionen oder Emulsionen in einem relativ enghalsigen Kolben, einer Flasche, einem kleinen Becherglas, nötigenfalls auch in einem Reagensglas (mit nur 12-20 mm Durchmesser) oder dgl.
Gemäss Fig. 10 besitzt das Gerä. t einen nach unten geöffneten, drehbaren, von einem Motor oder dergleichen angetriebenen Halter 30 mit einem Kranz von Zerkleinerungsorganen, welcher wegen der Kleinheit des Gerätes vorzugsweise nur zwei bis zechs als Zähne ausgebildete Zerkleinerungsorgane 31 aufweist. Der drehbare Halter 30 einschliesslich der zentral angeordneten Antriebswelle 5 ist von einem rohrförmigen Halter 32 umgeben, der nach unten zu offen ist und unten über die Zähne 31 hinausragt. Im vorzugsweise aus hochwertigem Material bestehenden rohrför- migen Halter 32 sind in der Höhe der Zähne 31 Löcher, z. B. Schlitze 33 oder dergleichen, vorgesehen.
Die Kanten der zwischen den Sehlitzen 33 liegenden, stillstehende Zerkleine rungsorgane bildenden Stege 34 wirken mit den hoehtourig rotierenden Zähnen 31 sche rend und bewirken durch hochfrequente Prallsehläge eine intensive Bearbeitung, Zerteilung, Quetschung und Homogenisierung des Gemiches. Die Stege 34 können dabei einseitig entgegen der Drehrichtung des rotierenden Halters 30 eventuell Anschärfungen erhalten, um im Zusammenwirken mit den eventuell gleichfalls angeschärften Flanken der Zähne 31 eine noeh wirkungsvollere Zerscherung fester Teile des Gemisches zu bewirken.
Die freien Enden der Zähne 31 sind in axialer Richtung für den Angriff des Gutes frei zu gänglich zur Vorzerkleinerung des letzteren.
Um eventuell zu grobe Bestandteile des Gemisches aus dem Innern des ruhenden Halters fernzuhalten, ist der rohrförmige Halter 32 nach unten zu verlängert und mit im Vergleich zu den Schlitzen 33 breiter gehaltenen Saugöffnungen 35 versehen. Schliesslieh sind noch im untern Rand des Halters 32 Aus- sparungen 36 vorgesehen, wobei die zwischen diesen liegenden Teile 37 als Füsse zur Abstützung des Gerätes gegenüber dem Behälter- boden dienen können und gleichfalls den Eintritt zu grober Bestandteile des Gemisches in das Innere verhindern. Die Verlängerung mit den Sehlitzen 35 kann auch weggelassen werden. Der rohrförmige Halter 32 ermöglicht weiter in konstruktiv einfacher Weise die Anordnung einer Dichtung und der Lagerung 38 für die zentrale Antriebswelle 5.
Die eingetragenen Pfeile deuten die Zirkulation des Gemisches an. Der Misch-und Dispergiervorgang ist im wesentlichen gleich, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.
An Stelle von Zähnen treten beim ruhenden Halter die Stege 34.
Fig. 11 zeigt die Vorrichtung an einem Stativ 43. Sie taucht in einen Becher 44 ein, an dessen Stelle ein strichliert angedeutetes Reagensglas 45 treten konnte.
Da die relativ kleine Ausführungsform der Dispergiervorriehtung gemäss Fig. 9 bis 12a z. B. für ärztliche, pharmazeutische und biologische Zweeke Verwendung finden soll, kann sie mit einer Einrichtung zum Sterilisieren desjenigen Geräteteils versehen werden, weleher in das zu dispergierende Material getaucht wird, also des rohrformigen Halters 32 mit den darin befindlichen Teilen. Diese Sterilisiervorriehtung besteht aus einer Hülse 39 aus Metall oder einem andern geeigneten Material, innerhalb welcher sich ein elektrischer Heizwiderstand 41 befindet, dessen Temperatur gegebenenfalls durch einen Thermostaten überwacht werden kann.
Es ist auch möglieh, die Hülse durch eine offene Heizflamme auf die zur sicheren Sterilisation erforderliche Temperatur zu bringen, wobei sich diese Tem peratur auf die Dispergiervorrichtung über- trägt. Nach dem Erkalten sehützt die Hülse 39 die Dispergiervorrichtung gegen eine Infektion. Sie umsehliesst die letztere und wird erst vor dem erneuten Gebrauch der Dispergiervorrichtung von dieser abgezogen. Die Festlegung der Hülse 39 gegenüber dem Halter 32 erfolgt über Klemmittel 42 am obern Hülsenrand.
Die Zerkleinerungsorgane des äussern Halters brauchen nicht unbedingt Zähne oder zwisehen länglichen Sehlitzen liegende Stege zu sein, sondern können aueh die zwischen runden oder noch andersgeformten Locher liegenden Teile eines mantelförmigen Halters, also z. B. eines Siebes aus Bleeh oder Folie sein, wobei dieses Sieb gegebenenfalls kleinste Lochweiten aufweisen kann.
Bei allen gezeigten Beispielen könnte auch der äussere Halter rotierend, und zwar entgegengesetzt dem Drehsinn des innern Halters, vorgesehen sein.
Die Wirkung der gezeigten Ausführungsformen wäehst mit steigender relativer LTmlaufgeschwindigkeit. Sie kann also sowohl durch Erhöhung der Drehzahl tindloder durch Vergrösserung des Durchmessers des durch die Zerkleinerungsorgane gebildeten Kranzes gesteigert werden. Eine Steigerung der Wirkung ist ferner auch durch Erhöhung der Zahl der Zerkleinerungsorgane erreichbar.
Die Vergrösserung des Durehmessers des Organkranzes wird womöglich in erster Linie zur Steigerung der Effektivleistung, besonders auch in qualitativer Hinsicht, vorgezogen.
Die Drehzahl des rotierenden Halters kann auch sehr hoch, z. B. 50000 UT./Minute und hoher gewählt werden, wenn notig unter Verwendung einer tSbersetzung zwisehen dem Antrieb und der Welle des rotierenden Kranzes.
Hat z. B. der rotierende Kranz sechs Organe, der andere Kranz zwölf Organe und beträgt die relative Drehzahl 25000 U. lMinute, so erhält man eine Seherfrequenz von 30000 Sek. (30 kHz). Diese Frequenz kann durch Regulierung der Drehzahl nach Bedarf ge ändert werden. Eine sonst gleiche Vorrich- tung hat bei je drei Organkränzen pro Halter und je zwanzig Organen pro Kranz bei 30 000 U./Minute eine Scherfrequenz von 1000 000 Sek. (1000 kHz).
Verlängerungen 10, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 3, 4, 5, 6 und 8 beschrieben sind und welche jede beliebige zum Schneiden günstige Form haben können, können auch im Beispiel der Fig. 1 und andern Verwenclung finden. Wenn erwünscht, können auch die ruhenden Kränze mit solchen Verlängerungen versehen werden. Diese Verlängerungen wirken dann zusammen mit den Verlängerungen des rotierenden Kranzes als Scher-oder Reisswerkzeuge. Schliesslich konnte man auch mehr als nur zwei ineinanderliegende Halter mit Zerkleinerungsorganen vorsehen, von denen nur ein Teil oder alle drehbar vorgesehen sein können.
Als Antriebsvorrichtung können ausser hochtourigen Elektromotoren auch Luftturbinen und andere Antriebsmittel Verwendung finden.
Die Organe benachbarter Kränze berühren sich in keinem der Beispiele. Die Zahl der Zerkleinerungsorgane kann beliebig gewahlt werden.
Mixing and dispersing device.
The present invention relates to a mixing and dispensing device with two holders arranged coaxially to one another, of which at least one is rotatable and which are arranged around a central supply space for the material to be treated small. have executive organs, at least some of which cooperate visionary.
There are already Vorriehtungen of this kind, z. B. according to patent no. 288154. 3vlan devices of this type can give such a number of comminuting organs and one holder such a rotational speed that possibly T.
Tltrasonic effects occur. The material to be treated passes from the feed space by means of the centrifugal force caused by the rotation into the area of the comminuting organs that are working together and, due to impact blows from the flanks and shear effects between the comminuting organs, is subjected to intensive processing, division, crushing and thorough mixing, if necessary until it is converted into stable ones Suspensions and colloidal solutions may be subjected to ongoing physico-chemical effects in parallel and, after processing, ejected at the periphery of the external organs.
In the known devices, the ends of the holders carry the comminuting organs on their sides facing each other, so that these organs sit between the ends as if in a housing delimited by the floors. Therefore, these devices are only suitable for liquid items to be treated or those with smaller solid constituents, since the item can only reach the supply space through special openings with a limited clear width in the holder bases.
However, there is a need in various fields for a mixing and dispersing device which is also suitable for processing mixtures of liquid and solid components of a coarser structure.
The present invention now aims to obviate the inadequacy of said devices.
The mixing and dispersing device according to the invention is characterized in that on the inlet side of the central feed space the free ends of at least a part of the rotating comminuting members are freely accessible in the axial direction for attacking the material moving to the feed space.
In certain embodiments, the material can have solid constituents that are larger than the clear width of the entry into the central supply space and yet are pre-shredded by the ends of the rotating shredding members that are freely accessible in the axial direction.
With an appropriate design of the inventive device z. B. whole lumps of chemical raw materials, such as. B. kaolin, resins, color pigments, but also fruit, sugar beets, potatoes llSW. can be comminuted and dispersed and homogenized with a liquid in one operation. Until now, such lumps had to be pre-crushed before they were brought into the mixing and dispersing device.
The accompanying drawing shows several exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
Fig. 1 is a partially sectional view of a first embodiment.
FIG. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1.
3 to 6 show four variants in vertical section.
7 and 8 illustrate a further embodiment, FIG. 7 showing a section along the line VII-VII of FIG. 8, which is a partially sectioned plan view.
9 to 12a represent a further embodiment, wherein
Fig. 9 shows this device with an electrically heated sleeve (the latter in section).
10 and 10a show this dispersing device without the heatable sterilizing sleeve in longitudinal section and in cross section corresponding to section X-X in FIG. 10, and
11 shows the same device attached to a laboratory stand.
FIGS. 12 and 12a are a view of the device introduced into a beaker or a cross section through the same corresponding to section XII-XII of FIG. 12.
In the embodiment according to FIG. 1, a high-speed electric lIotor 1 with handle 6, speed controller and switch 3 is arranged at the upper end of a sleeve 2 to drive the central shaft 5. At the free end of the sleeve 2, a holder 7 with arms 12 is attached, each of which carries an axially directed tooth 8 which forms a comminuting member and which teeth 8 together form a toothed ring concentric to the axis of rotation.
In this stationary ring of crushing organs there is a rotatable, inner ring of crushing organs which are arranged on the holder 9. This holder is fastened to the shaft 5 coaxially with respect to the latter and has arms which carry the axially directed comminuting organs designed as teeth 4. The inner, rotatable teeth 4 enclose a central supply space, the entry side of which is at the bottom. On this entry side, the free ends of the rotating teeth 4 are freely accessible in the axial direction and can thus attack material coming into their area for pre-shredding.
The sprockets do not touch each other, but they are so close to each other that they still leave enough space to allow the processed goods to pass through with sight, crushing and impact.
The holders could also form solid or openwork discs or gloeks.
Depending on the material to be processed, the teeth are to be sharpened on the side leading in the direction of rotation of the inner holder.
The teeth have a rectangular cross-section (FIG. 2) and, in their simplest form, can be cut off at their free end at right angles or at an acute angle. The cross-section of the teeth can also be square, oval, round or semicircular, trapezoidal or different.
For use, the device designed as a thawing device is grasped at the handle 6 and thawed with the lower end of the sleeve 2 in a container in the mixture to be processed and put into operation. As a result, the teeth 4 of the inner ring rotate relative to the teeth 8 of the outer ring.
The goods located within the rotating inner ring are thus set in a tendril rotation and thrown around between the organs 4 of the inner ring and pressed against the teeth 8 of the outer ring and, especially due to the impact against the approximately radial flanks of the teeth 8, crumbled and sheared . At a sufficiently high speed of the comminuting organs or their flanks, which are relatively flying past one another, tensile stresses occur in the material, which lead to cavitation.
At the same time, in particular, the already finer part of the material between the teeth 4 and 8 is ground up to a very high degree of fine and finally thrown through the gaps between the teeth 8 through into the container. Hand in hand with this goes hand in hand with an intimate duration, if necessary up to the transfer of the goods into stable suspensions or colloidal solutions.
The physico-former effects occurring during work, such as in particular electrical charging, oxidation, destruction, depolymerization, coagulation and precipitation and the like, as well as chemical reactions etc., can be the main or additional purposes of processing the goods and, as required, by Warming.
Cooling, additives during the operation of reagents or other raw materials or also controlled by catalysts. Such processes are accelerated, facilitated or even made possible in the first place by the intensive effect of the device.
As a result of the negative pressure in the inner ring and the overpressure at the periphery of the outer ring, the material thrown out into the container is brought to a continuous mixture and to a steady return to the inner toothed ring for the purpose of renewed and increasingly finer comminution until the desired level has been reached. The device according to FIGS. 1 and 2 can also be attached to a tripod or to containers. Since the supply space enclosed by the inner wreath is freely accessible from one side over the entire inner diameter of the inner wreath, solid components can be processed whose dimensions are as large as the opening of the inner wreath.
Since the free ends of the rotating teeth 4 are freely accessible in the axial direction, that is, they are undisturbed near the outside, solid constituents arriving in their area can be pre-crushed until they can enter the supply space.
3, 4 and 5, the central supply space is not downwardly open, but upwardly open and the free ends of the rotating teeth 4 are freely accessible from above in the axial direction.
The gear rims are located inside a treatment container 13 (FIG. 3), the sleeve 2 carrying the outer ring being screwed to the container 13. The central rotating shaft 5, which carries the inner ring, is again mounted in the sleeve 2. 3, 4 and 5, for example, knife-shaped extensions 10 of the crushing organs designed as teeth 4 are shown on the inner rim, which form a straight or curved extension of the teeth depending on the purpose and type of goods.
The extensions serve to pre-shred solid components, especially if they are much larger than the clear width of the entrance to the feed space. Curved extensions also have an effect on the circulation in the container, so that the course of these extensions may also have to be based on the shape and the width of the container.
In the embodiment according to FIG. 4, the teeth 4 and 8 of the two rims lie on a conical surface which opens near the top and which is arranged coaxially to the axis of rotation.
This shape allows coarse pieces of material to be picked up more easily in the inner rim. In the embodiment according to FIG. 5, the teeth 4 of the inner ring also have knife-shaped extensions 10. The different bending of these extensions serves the purpose of allowing all layers of the material flowing into the inner ring as well as that from the outer part To capture wreath flowing out and on the container wall rising goods.
In the embodiment according to FIG. 6, the rings are again arranged with their opening facing up in the interior of a standing container 13 3. The mixture in the container 13 is sucked into the inner ring, driven by the motor 1 and seated on the shaft 5. The outer holder is fastened in a manner similar to that in FIG. 3. The container 13 can, if desired, be heatable.
A regulating switch 15 which can be actuated manually or automatically is used to set a constant speed of the motor or also for intermittent, periodic or aperiodic up and down regulation of the speed. This possibility can also be provided in the preceding and following examples.
The freely accessible in the axial direction ends of the teeth 4 of the inner ring are alternately extended ver by hooks or knives, which serve the purpose described above. The comminuting organs designed as teeth 4 and 8 also lie on a conical surface, as in FIG. 4.
In FIG. 6 an additional device is also shown which forms a plate-shaped shell 18 with a connection piece 17.
This device is intended to avoid the known disadvantages of agitators when sticky resins or similar substances are dissolved in solvents, whereby the resins loosened and softened on their surface require exceptionally high force due to their high adhesion to the rotating agitators and to the container and for locking of the whole mixer. The additional device is intended to carry the resin to be dissolved and to reserve the space around and in the wreaths exclusively for the purpose of the solution.
The resin lying on the plate 18 is washed around by the solvent. When the dispersing device is put into operation, the solvent is sucked down with a strong flow in the direction of the arrows X and flows in just as strongly from above in the middle part of the container. Here it penetrates through holes 19 in the bottom of the horizontally lying plate 18 into the connecting piece 17 and into the inner rim, which ejects it through the outer rim against the container wall. It then rises up the latter, flows around the edge of the plate 18 through the gap 21 and again passes through the resin and through the holes 19 into the inner rim, etc.
The solvent dissolves the resin and is continuously enriched with resin. The same device is also used for pigmenting resin solutions. and / or other binders by simply adding the pigments to the solvent or the resin solution standing above the plate or optionally also to another binder and exposing them to the dispersing work.
To fasten the additional device, the lower edge of the capsule-like connection piece 17 is provided with resilient tabs 27 which can be clamped onto the upper edge of the outer comminuting members 8. The shell 18 can also have a shape other than that shown in FIG. It can also be attached to small consoles 22 on the inner wall of the container 13 (on the left in FIG. 6).
The container 13 can, for. B. be heated or cooled with steam, electricity, cooling water or other known means as required.
The mode of operation of the device of FIG. 6 is otherwise essentially the same as that described in connection with FIGS. 1 and 2.
In the embodiment according to FIGS. 7 and 8, the two holders each have a double ring of teeth designed as comminuting organs. The inner holder is firmly seated on the central shaft 5 and has a disc-shaped holder part 9 and a peripheral ring 28 which is connected to the part 9 by arms 20. The ring 28 carries an inner ring gear with crushing organs 4. The outer edges of the crushing organs 4 are axially directed and carry a ring 25 at the lower end, which bridges the inner ring gear 8 of the stationary outer holder. As can be seen from FIG. 7, the radial extension of the crushing organs 4 is grouper than that of the teeth 8.
So that a widening of the leading edge in the direction of rotation of the comminuting members 4 is achieved, which results in a ver increased pumping effect. So these organs replace a centrifugal pump. The teeth 8 of the stationary outer ring working together with the crushing organs 4 sit together with the teeth 8a of the outermost toothed ring on a ring 14 which is coaxial with the axis of rotation and which is connected by arms 12a to a central AIuffe 7 at the end of the sleeve 2 and screwed to it 'connected is. Within the socket 7 'or. the sleeve 2, a ball bearing 24 for the Zen tralwelle 5 or a pack 11 is provided, which seals the interior of the sleeve 7 'and sleeve 2.
Between the two sprockets of one holder there is a sprocket of the other holder, where the teeth 8 and 8a of the stationary sprockets and the comminuting organs 4 of the inner rim are suspended, while the teeth 4a of the outer movable rim are arranged standing. Do not touch neighboring sprockets. Instead of providing arms 20 with openings 23 between them, the base can also be designed as a closed, bell-shaped holder without openings.
The crushing organs 4 of the inner ring carry knife-shaped extensions of the organs 4 forming crushing organs 10, which can also be hook-shaped or otherwise designed and the ends of which are freely accessible in the axial direction to attack the outer. These extensions 10 are, as shown in FIG. 8 right, on the remaining part of the comminuting organs 4, but can also be cast on as a knife or hook 10a (left in FIG. 8) or on the remaining part of the organs 4 or 25 . The extensions 10 and 10 diverge near the bottom and lie on a cone shell.
As FIG. 7 shows, the division in the innermost comminuting organs 4 arranged on the rotating holder is a multiple of the division in the comminuting organs 8 surrounding these innermost rotating organs 4 and arranged on the other holder.
This has the advantage that large lumpy components that have entered the supply space and get between two adjacent organs 4 are carried along by them and ground on organs 8. The same is also possible with the example according to FIG. 2.
The device of FIGS. 7 and 8 can either be used as a diving device, as in FIG. 1, or, as in FIG. 6, it can be installed upright in the bottom of a container.
The mixing and dispersing effect described in connection with FIG. 1 is multiplied by the double gear rims, i.e. an increase in performance is achieved in that the material captured by the organs 4 and thereby comminuted and mixed by the high impact effect against the radially lying flanks of the organs 8 and from this is thrown against the radially lying flanks of the organs 4a and so on in a zigzag path until it emerges at the outer rim 8a. The circulation of the material is indicated in Fig. 8 by arrows xg. Instead of two ring gears per holder, more can be provided.
The device according to Fig. 9 to 12a is permitted. Due to its small size, for example, the production of small amounts of dispersions or emulsions in a relatively narrow-necked flask, a bottle, a small beaker, if necessary also in a test tube (with a diameter of only 12-20 mm) or the like.
According to FIG. 10, the device has. t a downwardly open, rotatable holder 30 driven by a motor or the like with a ring of comminuting organs, which because of the small size of the device preferably has only two to six comminuting organs 31 designed as teeth. The rotatable holder 30 including the centrally arranged drive shaft 5 is surrounded by a tubular holder 32 which is open at the bottom and protrudes below the teeth 31. In the tubular holder 32, which is preferably made of high quality material, there are holes 31 at the level of the teeth, e.g. B. slots 33 or the like are provided.
The edges of the lying between the seat strands 33, stationary shredding organs forming webs 34 act with the high-speed rotating teeth 31 and cause intensive processing, division, squeezing and homogenization of the mixture through high-frequency impact strikes. The webs 34 can be sharpened on one side against the direction of rotation of the rotating holder 30 in order to effect an even more effective shearing of solid parts of the mixture in cooperation with the possibly also sharpened flanks of the teeth 31.
The free ends of the teeth 31 are freely accessible in the axial direction for attacking the material to pre-shred the latter.
In order to keep any too coarse constituents of the mixture away from the interior of the stationary holder, the tubular holder 32 is extended downwards and provided with suction openings 35 that are wider than the slots 33. Finally, recesses 36 are also provided in the lower edge of the holder 32, whereby the parts 37 lying between these can serve as feet to support the device against the container bottom and likewise prevent the entry of too coarse constituents of the mixture into the interior. The extension with the seat braids 35 can also be omitted. The tubular holder 32 also enables a seal and the bearing 38 for the central drive shaft 5 to be arranged in a structurally simple manner.
The arrows shown indicate the circulation of the mixture. The mixing and dispersing process is essentially the same as described in connection with FIG.
In the case of the stationary holder, the webs 34 take the place of teeth.
11 shows the device on a stand 43. It is immersed in a beaker 44, in the place of which a test tube 45 indicated by dashed lines could be used.
Since the relatively small embodiment of the dispersing device according to FIGS. B. for medical, pharmaceutical and biological purposes use, it can be provided with a device for sterilizing that part of the device which is immersed in the material to be dispersed, so the tubular holder 32 with the parts located therein. This Sterilisiervorriehtung consists of a sleeve 39 made of metal or some other suitable material, within which there is an electrical heating resistor 41, the temperature of which can be monitored by a thermostat if necessary.
It is also possible to bring the sleeve to the temperature required for safe sterilization by means of an open heating flame, this temperature being transferred to the dispersing device. After cooling, the sleeve 39 protects the dispersing device against infection. It surrounds the latter and is only removed from the dispersing device before it is used again. The fixing of the sleeve 39 with respect to the holder 32 takes place via clamping means 42 on the upper edge of the sleeve.
The comminuting organs of the outer holder do not necessarily need to be teeth or webs lying between elongated seat strands, but can also be the parts of a jacket-shaped holder lying between round or differently shaped holes, e.g. B. be a screen made of sheet metal or foil, this screen can optionally have the smallest hole sizes.
In all of the examples shown, the outer holder could also be provided to rotate, namely in the opposite direction to the direction of rotation of the inner holder.
The effect of the embodiments shown increases with increasing relative running speed. It can therefore be increased either by increasing the speed or by increasing the diameter of the ring formed by the comminuting members. An increase in the effect can also be achieved by increasing the number of comminuting organs.
The enlargement of the diameter of the organ wreath may be preferred primarily to increase the effective performance, especially in terms of quality.
The speed of the rotating holder can also be very high, e.g. B. 50000 UT./Minute and higher can be selected, if necessary, using a transmission between the drive and the shaft of the rotating ring.
Has z. For example, if the rotating ring has six organs, the other ring has twelve organs, and the relative speed is 25,000 rpm, then one obtains a viewing frequency of 30,000 seconds (30 kHz). This frequency can be changed as required by regulating the speed. An otherwise identical device has a shear frequency of 1000,000 seconds (1000 kHz) with three organ wreaths per holder and twenty organs per wreath at 30,000 rpm.
Extensions 10, as they are described in connection with FIGS. 3, 4, 5, 6 and 8 and which can have any suitable shape for cutting, can also be used in the example of FIG. 1 and others. If desired, the stationary wreaths can also be provided with such extensions. These extensions then act together with the extensions of the rotating ring as shearing or tearing tools. Finally, it was also possible to provide more than just two nested holders with comminuting organs, of which only some or all can be provided rotatably.
In addition to high-speed electric motors, air turbines and other drive means can also be used as the drive device.
The organs of neighboring wreaths do not touch in any of the examples. The number of crushing organs can be chosen as desired.