Maschine zur Herstellung von Mischungen, die mindestens eine flüssige Phase enthalten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zur Herstellung von Mischungen, die mindestens eine flüssige Phase aufweisen, insbesondere pastöser Produkte.
Zur Herstellung bzw. Bearbeitung von Gemischen, welche mindestens eine flüssige Phase aufweisen, wurden bisher insbesondere zwei Typen von Geräten benutzt. Zur groben Durchmischung eines aus mehreren Phasen bestehenden Stoffsystems wurden Misch- oder Rührwerke verwendet, deren drehende Teile mit einer Tourenzahl in der Grössenordnung von 50 U/Min. rotieren.
Um den Zerteilungsgrad eines Gemisches zu vergrössern, hat man sich sogenannter Homogenisierbzw. Dispergiergeräte bedient, deren drehende Teile mit einer Tourenzahl in der Grössenordnung von 5000 UlMin. rotieren. Von diesen Gerätetypen war jeder in Form einer einzelnen Maschine mit eigenem Behälter für das Mischgut ausgebildet.
Es ist nun im allgemeinen so, dass zur Herstellung eines bestimmten Mischprodukts beide Geräte typen verwendet werden müssen. So wird das Mischgut beispielsweise oft zuerst in einem Mischwerk gut durchmischt und anschliessend, zur Erhöhung des Zerteilungsgrads, in einem Homogenisier- bzw. Dispergiergerät behandelt. Das Mischgut muss dabei (oft mehrmals) von dem Behälter der einen Maschine in den Behälter der anderen Maschine umgeschüttet werden, wonach die betreffenden Behälter und Apparateteile gereinigt werden müssen. Diese Arbeitsschritte bedingen nicht nur einen Mehraufwand und Zeitverlust, sondern das Umschütten bringt auch die Gefahr einer Verunreinigung des Produkts mit sich.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beheben. Dies geschieht gemäss der Erfindung dadurch, dass die beiden Gerätetypen in einer einzigen Maschine mit einem einzigen Behälter für das Mischgut kombiniert werden.
Die erfindungsgemässe Mischmaschine ist gekennzeichnet durch ein in einem Behälter arbeitendes und den grössten Teil des Behälterinnenraumes erfassendes Rührwerk mit mehreren quer zur Rotationsachse verlaufenden Schaufeln, deren Profil zur Ebene, in welcher die Schaufeln kreisen, schräg gestellt sind, und durch mindestens eine Homogenisiereinrichtung, welche das Mischgut in Achsrichtung des Rührwerks nach oben ausstösst.
Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Mischmaschine beschrieben.
Die Zeichnung stellt eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht der beispielsweisen Aus führungsform der erfindungsgemässen Mischmaschine dar.
Auf einem Fuss 1 ist eine Säule 2 verankert, die die übrigen Teile der Maschine trägt. An der Säule 2 ist in mittlerer Höhe eine Behälterstütze 3 (gestrichelte Linie) befestigt, die einen Behälter 5 um zwei seitliche Gelenkbolzen 4 (gestrichelter Kreis) kipp bar trägt. Der Behälter 5 ist mit einem Doppelmantel (5) versehen, durch den ein Erwärmungs- oder Kühlmedium 6 strömen gelassen werden kann (Zu führungs- bzw. Abführungsmittel nicht gezeichnet).
Der Behälterboden 7 wird von einem Homogenisierbzw. Dispergiergerät A durchsetzt. Das Gerät A weist einen zylindrischen Mittelteil 10 auf, der in einer entsprechenden Bohrung 11 des Behälterbodens 7 ruht. Der Mittelteil 10 besitzt auf der Unterseite einen am Behälterboden 7 festgeschraubten Flansch 12. In den Behälter 5 hinein ragt ein mittels kurzer Säulen 9 auf dem Mittelteil 10 befestigter Homogenisier- bzw. Dispergierkopf 8. Der Homo genisier- bzw. Dispergierkopf 8 ist auf seiner Ober seite mit Öffnungen (nicht sichtbar) versehen und birgt in seinem Innern ein Homogenisier- bzw.
Dispergiergerät.
Ein solches Gerät weist beispielsweise in einem vertikalen Rohrstutzen in Abstand vom oberen Rand eine undrehbare Statorplatte mit einer Vielzahl von achsparallelen Durchlassöffnungen und unmittelbar darunter ein hochtourig drehendes Werkzeug mit Pump- und Scherwirkung und weiter oben eine quer gelegene Prallplatte auf.
An der Unterseite des Flansches 12 ist ein Gehäuse 13 befestigt, das einen Elektromotor (nicht dargestellt) zum Antrieb des Rotors birgt. Das Ho mogenisier- bzw. Dispergiergerät arbeitet so, dass das Mischgut 25 zwischen den Säulen 9 hindurch angesaugt und zu den Öffnungen in der Oberseite des Homogenisierkopfs 8 wieder ausgestossen wird.
Am oberen Ende der Säule 2 und von dieser ge tragen, befindet sich eine Deckelstütze 14, welche hebbar an der Säule 2 befestigt ist. Die Deckelstütze 14 trägt ein Gehäuse 15, an welchem seinerseits ein Deckel 16 für den Behälter 5 befestigt ist.
Der Deckel 16 ist mit einem Vakuumstutzen 17 versehen, der durch einen Vakuumdeckel 18 abgeschlossen ist. Der Deckel weist auf der Unterseite seines Randes einen Dichtungsring 19 auf, mit Hilfe dessen er luftdicht auf den Behälter 5 aufgesetzt werden kann.
Der Deckel 16 wird von einem gegenläufigen Doppelrührwerk B durchsetzt. Ein in dem Gehäuse
15 befindlicher Elektromotor (nicht dargestellt) treibt über ein Getriebe (nicht dargestellt) zwei koaxiale Wellen (nicht dargestellt), von denen die eine hohl ist, gegensinnig an. Auf der äusseren koaxialen Welle sind zwei äussere Mischarme 20 aufgekeilt, die je einen Satz äusserer, schräggestellter Schaufeln 21 tragen. Die äusseren Schaufeln 21 sind so gestellt, dass sie in bewegtem Zustand (Drehung in Pfeilrichtung) von ihrer Vorderkante weg schräg nach unten verlaufen. Ausser den äusseren Schaufeln 21 weist jeder äussere Mischarm 20 einen Satz von Abstreifern 22 auf. Die Abstreifer 22 bestehen aus einem federnd biegsamen Material wie z.
B. die unter den Markennamen Teflon , Grilon bekannten Materialien oder Stahl und Schmiegen sich der Behälterwandung an. Die Abstreifer der beiden äusseren Mischarme 20 sind in der Höhe gegeneinander versetzt angeordnet, so dass sie im Laufe einer Umdrehung des äusseren Mischarms die ganze innere Behälterwandung überstreichen. Die innere koaxiale Welle ist zu einem inneren Mischarm 23 verlängert, welcher quer zur Rotationsachse verlaufende Schaufeln 24 aufweist, deren Profil zur Ebene, in welchen die Schaufeln kreisen, schräg gestellt sind. Die Schaufeln 24 sind in der Höhe so verteilt, dass sie sich im Betrieb in den Zwischenräumen zwischen den äusseren Schaufeln 21 bewegen.
Die inneren Schaufeln 24 sind so gestellt, dass sie im bewegten Zustand (Drehung in Pfeilrichtung) von ihrer Vorderkante weg schräg nach oben verlaufen.
Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ma schine sei am Beispiel einer aus einer flüssigen und mehreren festen Phasen bestehenden, herzustellenden Dispersion erläutert, wobei die einzelnen Phasen zuerst grob gemischt und die festen Phasen anschlie ssend in der Flüssigkeit dispergiert werden.
Die Komponenten des Mischguts werden bei abgehobenem Deckel 16 und aus dem Behälter 5 herausgehobenen Mischarmen 20, 23, d. h. bei gehobener Deckelstütze 14, einzeln in den Behälter 5 gegeben, wonach man durch Senken der Behälterstütze 14 die Mischarme 20, 23 in das Mischgut eintaucht und den Deckel 16 auf den Behälter 5 aufsetzt. Alsdann wird das Rühr- oder Mischwerk B in Bewegung gesetzt. Die äusseren Schaufeln 21 beför dem das Mischgut nach unten, die inneren Schaufeln 24 nach oben. Durch das Zusammenspiel der Bewegungen der Schaufeln 21, 24 bilden sich in dem Mischgut eine Zirkulation aus, die in der Gefässmitte nach oben und in der Nähe der Gefässwand nach unten verläuft. Durch das Zusammenwirken der Bewegungen der Schaufeln 21, 24, der äusseren Mischarme 20 und der Abstreifer 22 werden die einzelnen Komponenten des Mischguts kräftig durchmischt.
Die Abstreifer 22 verhindern insbesondere die Ausbildung ungemischter Zonen unmittelbar an der Behälterwandung. Die äusseren Mischarme 20 rotieren daher vorzugsweise mit 40 U;Min., während die Tourenzahl des inneren Mischarms 23 etwa 60 U;Min. beträgt.
Wenn der Mischprozess beendet ist, d. h. wenn durch das Mischwerk der Zerteilungsgrad der festen Komponenten nicht mehr weiter vergrössert werden kann, setzt man das Dispergiergerät A in Betrieb, während man das Mischwerk B weiter laufen lässt.
Das Dispergiergerät A saugt das Mischgut 25 unmittelbar über dem Behälterboden 7 an und stösst es nach der Bearbeitung in Achsrichtung des Mischwerkes B nach oben aus. Die Bewegung des Mischwerks sorgt dabei für eine gründliche Erneuerung des den Dispergierkopf 8 umgebenden Mischguts 25 (es ist zu beachten, dass die äusseren Mischarme 20 im unteren Teil den Dispergierkopf 8 umfassen) und gewährleistet dadurch eine Dispergierung des gesamten Mischguts 25. Die Tourenzahl der rotierenden Teile des Dispergiergeräts A liegt vorzugsweise zwischen 3000 und 10 000 UlMin.
Nachdem der Dispersionsprozess beendet ist, deckt man durch Heben der Deckelstütze 14 den Behälter 5 ab und hebt das Mischwerk aus dem Behälter 5 heraus. Das behandelte Mischgut 25 kann durch Kippen des Behälters 5 um die Gelenkbolzen 4 aus dem Behälter 5 entnommen und der Verwendung bzw. Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Natürlich kann der Misch- undi'oder Dispergierprozess unter Erwärmung oder Kühlung durchgeführt werden, wozu man zwischen dem Doppelmantel 5 des Behälters Dampf bzw. eine Kühlflüssigkeit 6 zirkulieren lässt.
Die Anordnung der beiden Geräte A und B in ein und denselben Behälter 5 erübrigt ein Umschütten des Mischguts zwischen aufeinanderfolgenden Misch- und Homogenisier- bzw. Dispergierprozessen. Dadurch werden die damit verbundenen Nachteile vermieden. Durch Evakuierung des Behälters über den Vakuumstutzen 17 können weitere Quellen der Verunreinigung ausgeschlossen werden, ja die ganze Behandlung des Mischguts kann unter beinahe sterilen Bedingungen durchgeführt werden.
Die Tatsache, dass das Mischwerk B gleichzeitig mit dem Homogenisier- bzw. Dispergiergerät betrieben werden kann, ermöglicht ausserdem eine gleichzeitige Homogenisierung bzw. Dispergierung grösserer Mengen pastöser Produkte, da das Mischwerk eine kräftige Zirkulation gewährleistet.
Es versteht sich, dass das erwähnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mannigfache Ab änderungen erlaubt.
So können die Abstreifer 22 an den äusseren Mischarmen 20 auswechselbar befestigt sein, und anstelle des oder zusätzlich zum Heiz- bzw. Kühlmantel kann der Behälter 5 eine elektrische Heizvorrichtung besitzen.
Anstelle eines doppelten Mischwerks kann ein einfaches vorgesehen sein, das nur einen Rotor aufweist.
Anstelle des einen Homogenisier- bzw. Dispergiergeräts können deren mehrere vorhanden sein.
Das Homogenisier- bzw. Dispergiergerät kann ferner durch Anbringung eines einstellbaren Mahlspaltes auch als Kolloidmühle ausgebildet sein.
Die Mischmaschine kann mit einem offenen oder geschlossenen Behälter versehen sein. Im Falle eines geschlossenen Behälters kann das Mischgut unter Über- oder Unterdruck bearbeitet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Homogenisier- bzw. Dispergiergerät in der Nähe des Behälterbodens angeordnet und wird von unten her angetrieben. Jedoch kann das Homo genisier- bzw. Dispergiergerät auch in der Nähe der durch den Rand des Behälters gehenden Ebene angeordnet sein und von oben betrieben werden, wobei aber auch ein derart angeordnetes Gerät das Mischgut nach oben ausstösst. Im Falle eines gegenläufigen Doppelmischwerks sind dann drei koaxiale Antriebswellen erforderlich.
Machine for the production of mixtures that contain at least one liquid phase
The present invention relates to a machine for producing mixtures which have at least one liquid phase, in particular pasty products.
For the production or processing of mixtures which have at least one liquid phase, two types of devices in particular have so far been used. For the coarse mixing of a material system consisting of several phases, mixers or agitators were used, the rotating parts of which with a number of revolutions in the order of magnitude of 50 rpm. rotate.
In order to increase the degree of division of a mixture, so-called homogenization or Dispersing devices operated whose rotating parts with a number of revolutions in the order of magnitude of 5000 UlMin. rotate. Each of these types of equipment was designed in the form of a single machine with its own container for the mix.
It is now generally the case that both types of equipment must be used to produce a certain mixed product. For example, the material to be mixed is often first thoroughly mixed in a mixer and then, to increase the degree of division, treated in a homogenizing or dispersing device. The mixed material has to be poured (often several times) from the container of one machine into the container of the other machine, after which the relevant container and apparatus parts have to be cleaned. These work steps not only result in additional work and loss of time, but pouring them also carries the risk of contaminating the product.
It is the aim of the present invention to remedy these drawbacks. This is done according to the invention in that the two types of device are combined in a single machine with a single container for the mixed material.
The mixing machine according to the invention is characterized by an agitator working in a container and covering most of the container interior, with several blades running transversely to the axis of rotation, the profile of which is inclined to the plane in which the blades circle, and by at least one homogenizing device which Ejects the mix upwards in the axial direction of the agitator.
An example embodiment of the mixing machine according to the invention is described below.
The drawing shows a partially sectional side view of the exemplary embodiment of the mixing machine according to the invention.
On a foot 1, a column 2 is anchored, which carries the other parts of the machine. A container support 3 (dashed line) is attached to the column 2 in the middle, which carries a container 5 to two lateral hinge pins 4 (dashed circle) tilt bar. The container 5 is provided with a double jacket (5) through which a heating or cooling medium 6 can be allowed to flow (supply or discharge means not shown).
The container bottom 7 is of a Homogenisierbzw. Dispersing device A interspersed. The device A has a cylindrical central part 10 which rests in a corresponding bore 11 in the container bottom 7. The middle part 10 has on the underside a flange 12 screwed to the container bottom 7. A homogenizing or dispersing head 8 attached to the middle part 10 by means of short columns 9 protrudes into the container 5. The homogenizing or dispersing head 8 is on its top side is provided with openings (not visible) and contains a homogenizing resp.
Dispersing device.
Such a device has, for example, in a vertical pipe socket at a distance from the upper edge a non-rotatable stator plate with a large number of axially parallel passage openings and immediately below a high-speed rotating tool with pumping and shear action and further above a transverse impact plate.
A housing 13 is attached to the underside of the flange 12 and houses an electric motor (not shown) for driving the rotor. The homogenizing or dispersing device works in such a way that the material to be mixed 25 is sucked in through the columns 9 and ejected again to the openings in the top of the homogenizing head 8.
At the upper end of the column 2 and from this ge carry, there is a cover support 14 which is attached to the column 2 can be lifted. The cover support 14 carries a housing 15 to which a cover 16 for the container 5 is in turn attached.
The cover 16 is provided with a vacuum connector 17 which is closed by a vacuum cover 18. The lid has a sealing ring 19 on the underside of its edge, with the aid of which it can be placed on the container 5 in an airtight manner.
A counter-rotating double agitator B passes through the cover 16. One in the case
15 located electric motor (not shown) drives two coaxial shafts (not shown), one of which is hollow, in opposite directions via a transmission (not shown). Two outer mixing arms 20 are keyed onto the outer coaxial shaft, each of which carries a set of outer, inclined blades 21. The outer blades 21 are set so that they run obliquely downwards away from their front edge in the moved state (rotation in the direction of the arrow). In addition to the outer blades 21, each outer mixing arm 20 has a set of scrapers 22. The wipers 22 are made of a resiliently flexible material such as.
B. the materials known under the brand names Teflon, Grilon or steel and nestle against the container wall. The scrapers of the two outer mixing arms 20 are arranged offset from one another in height so that they sweep over the entire inner container wall in the course of one revolution of the outer mixing arm. The inner coaxial shaft is extended to an inner mixing arm 23 which has blades 24 running transversely to the axis of rotation, the profile of which is inclined to the plane in which the blades rotate. The blades 24 are distributed in height in such a way that they move in the spaces between the outer blades 21 during operation.
The inner blades 24 are set such that they run obliquely upwards away from their front edge in the moved state (rotation in the direction of the arrow).
The operation of the machine described above is explained using the example of a dispersion to be produced consisting of one liquid and several solid phases, the individual phases first being roughly mixed and the solid phases then being dispersed in the liquid.
When the cover 16 is lifted and the mixing arms 20, 23, d. H. with the lid support 14 raised, individually placed in the container 5, after which the mixing arms 20, 23 are immersed in the mix by lowering the container support 14 and the lid 16 is placed on the container 5. The agitator or mixer B is then set in motion. The outer blades 21 convey the mix downwards, the inner blades 24 upwards. The interaction of the movements of the paddles 21, 24 creates a circulation in the mixed material, which runs upwards in the middle of the vessel and downwards in the vicinity of the vessel wall. The interaction of the movements of the blades 21, 24, the outer mixing arms 20 and the scrapers 22 vigorously mixes the individual components of the mix.
The scrapers 22 in particular prevent the formation of unmixed zones directly on the container wall. The outer mixing arms 20 therefore preferably rotate at 40 rpm, while the number of revolutions of the inner mixing arm 23 is approximately 60 rpm. amounts.
When the mixing process is finished, i. H. If the degree of division of the solid components can no longer be increased by the mixer, the dispersing device A is put into operation while the mixer B continues to run.
The dispersing device A sucks in the mix 25 directly above the container bottom 7 and, after processing, ejects it upwards in the axial direction of the mixer B. The movement of the mixer ensures a thorough renewal of the mix 25 surrounding the dispersing head 8 (it should be noted that the outer mixing arms 20 in the lower part encompass the dispersing head 8) and thereby ensures that the entire mix 25 is dispersed. The number of revolutions of the rotating Parts of the dispersing device A is preferably between 3000 and 10,000 U min.
After the dispersion process has ended, the container 5 is covered by lifting the cover support 14 and the mixer is lifted out of the container 5. The treated mix 25 can be removed from the container 5 by tilting the container 5 around the hinge pins 4 and supplied for use or further processing.
Of course, the mixing and dispersing process can be carried out with heating or cooling, for which purpose steam or a cooling liquid 6 is circulated between the double jacket 5 of the container.
The arrangement of the two devices A and B in one and the same container 5 makes it unnecessary to pour the material to be mixed between successive mixing and homogenizing or dispersing processes. This avoids the associated disadvantages. By evacuating the container via the vacuum connector 17, further sources of contamination can be excluded, and the entire treatment of the mixed material can be carried out under almost sterile conditions.
The fact that the mixer B can be operated at the same time as the homogenizing or dispersing device also enables a simultaneous homogenization or dispersion of larger quantities of pasty products, since the mixer ensures vigorous circulation.
It goes without saying that the mentioned embodiment of the present invention allows manifold changes.
The scrapers 22 can be exchangeably attached to the outer mixing arms 20, and instead of or in addition to the heating or cooling jacket, the container 5 can have an electrical heating device.
Instead of a double mixer, a single mixer can be provided which has only one rotor.
Instead of the one homogenizing or dispersing device, there can be several.
The homogenizing or dispersing device can also be designed as a colloid mill by attaching an adjustable grinding gap.
The mixing machine can be provided with an open or closed container. In the case of a closed container, the mix can be processed under positive or negative pressure.
In the embodiment described above, the homogenizing or dispersing device is arranged in the vicinity of the container bottom and is driven from below. However, the homogenizing or dispersing device can also be arranged in the vicinity of the plane passing through the edge of the container and operated from above, but such a device also ejects the mixed material upwards. In the case of a counter-rotating double mixer, three coaxial drive shafts are then required.