CH359346A

CH359346A - Zerkleinerungs-, Misch- und Homogenisiervorrichtung

Info

Publication number: CH359346A
Authority: CH
Inventors: Peter Prof Em Ing Chem Willems
Original assignee: Forsch Inst Professor Ing Chem
Priority date: 1957-11-06
Filing date: 1957-11-06
Publication date: 1961-12-31

Description

Zerkleinerungs-, Misch- und Homogenisiervorrichtung
Von den bekannten Vorrichtungen zum Auflösen, Mischen, Homogenisieren, Dispergieren, Zerfasern, Mahlen oder dergleichen werden manche Stoffe wegen ihrer besonderen Eigenschaften, wie Zähigkeit, Thixotropie, Festigkeit usw., nicht zufriedenstellend intensiv oder nicht wirtschaftlich bearbeitet.

Durch die schweizerischen Patentschriften Nummern 311794 und 336249 sind Vorrichtungen bekanntgeworden, welche der Bearbeitung von pump- fähigem Gut dienen, das von aneinander vorbei, fliegenden koaxialen Zahnkränzen mit radialen, pumpenden Flanken zerschlagen wird. Gerade in diesen Vorrichtungen wurde festgestellt, dass manche Stoffe, besonders solche einer sehr zähen Struktur, von den aneinander vorbeifliegenden Zähnen nicht zerschert werden. Deshalb werden solche stückigen Stoffe vielfach während längerer Zeit auf der Innenseite des Stators der betreffenden Vorrichtungen herumgeschleift, bis durch weitere Anlagerungen von stückigem Material Verstopfungen der Vorrichtung eintreten. Dann füllt sich auch der zentrale Zuführungsraum der Vorrichtung und dieselbe wird betriebsunfähig.

Man hat deshalb, z. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 972058, für schwer zu bearbeitende Stoffe die Verwendung von Vorrichtungen vorgeschlagen, welche durch die Anwendung von Scheibenfräsern, wie sie in der Metallbearbeitung dienen, gekennzeichnet sind. Diese Vorrichtungen arbeiten dergestalt, dass die an der Peripherie einer Scheibe sitzenden Werkzeuge mit ihren scharfen Kanten an zahnförmigen oder U-förmigen Statorwerkzeugen vorbeilaufen, welche konzentrisch um den Scheibenfräser und in peripherem Abstand voneinander angeordnet sind, wodurch eine besonders intensive Bearbeitung des Gutes erfolgen soll.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass diese Vorrichtungen ihren Zweck nicht oder nur sehr unvollkommen erfüllen, weil der als Rotor vorg & schlagene, aus der Metallbearbeitung entlehnte Scheibenfräser den beabsichtigten intensiven Pumpvorgang nicht zustande bringt. Dies ist in der Hauptsache darauf zurückzuführen, dass die als Nabe dienende zentrale Scheibe, die diese Art Fräser kennzeichnet, keine zentrale Ansaugung des Gutes zulässt, wodurch eine unvollständige Füllung der Zwischenräume zwischen den Fräswerkzeugen und eine verminderte Radialbeschleunigung des Gutes verursacht wird.

Ausserdem haben die vorgeschlagenen peripheren Statorwerkzeuge weder eine wirksame Prall-oder Scherarbeit noch Turbulenz zur Folge, weil die freien peripheren Lücken des Stators das Gut grösstenteils unbearbeitet durchströmen lassen. Die vorgeschlagenen radialen Ansätze der U-Körper hindern dazu noch die axiale Ansaugung des Gutes und vermindern die Leistung.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile. Sie betrifft eine Zerkleinerungs-, Misch- und Homogenisiervorrichtung, insbesondere zum Aufschliessen und Homogenisieren von Stoffen hoher Zähflüssigkeit und zum Aufteilen bzw. Zerschneiden von stückigen, körnigen oder faserigen Stoffen, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, an seinem Umfang nach Art eines Fräsers mit schneidenden Werkzeugen bestückten Rotor, der mit einem ihn umschliessenden, einen Teil des Gehäuses bildenden Werkzeugring zusammenarbeitet, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge des Rotors radiale Schaufeln aufweisen, die um einen als Saugkammer dienenden, zentralen Hohlraum herum angeordnet sind.

Der Begriff radiale Schaufeln ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht im Sinne von radial gerichteten, sondern im Sinne von radial wirkenden Schaufeln - im Gegensatz zu axial wirkenden Schaufeln - zu verstehen, so dass von ihm auch Schaufeln umfasst werden, die von der radialen Richtung abweichen, also vorwärts oder rückwärts gekrümmt sind.

Durch zweckentsprechend zahlreiche Anordnung genannter Rotor- und Statorwerkzeuge und dementsprechende Drehzahlregulierung kann die Frequenz der sich in der Vorrichtung ab spielen den verschiedenartigen Effekte je nach Bedarf niedrig oder hoch sein und so dem Gut und dem Zweck angepasst werden. So ist insbesondere bei genügend hoher relativ entgegengesetzter Umlaufgeschwlndig- keit zwischen Rotor und Stator die Erzeugung hoher und sehr hoher Frequenzen bis zu Ultraschallwerten und -wirkungen möglich. Dadurch kann die erfindungsgemässe Vorrichtung sowohl langsame Mischprozesse zäher, thixotroper oder auch trockener Güter, als auch die sehr schnelle Bearbeitung leichten Gutes durchführen und gegebenenfalls gashaltige Gemische entgasen.

In der Zeichnung sind einige beispielsweise Aus führungsformen dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3-11 Varianten zu Fig. 2 und
Fig. 12-25 Darstellungen weiterer Ausführungsformen.

In Fig. 1 ist an der auf nicht dargestellte Weise angetriebenen Rotorwelle 1 die Rotorscheibe 2 drehsteif befestigt, die an ihrer Unterseite mit radialen Schaufeln 3 versehen ist. Die peripheren Enden der radialen Schaufeln 3 sind als mit einer Schneidkante versehene Werkzeuge ausgebildet, so dass der Rotor an seinem Umfang nach Art eines Fräsers mit schneidenden Werkzeugen bestückt ist. Der Rotor ist von einem Gehäuse 4 umgeben, dessen Mantel beim gezeigten Ausführungsbeispiel zylindrisch ist; er könnte jedoch auch eine konische oder abgerundete Form haben. Das Gehäuse 4 liegt zum Rotor koaxial oder annähernd koaxial, so dass wenigstens ein Teil der Werkzeuge des Rotors mit ihren freien Enden nahe oder an der peripheren Innenwandung des Gehäuses 4 enden. Das Gehäuse 4 ist vorzugsweise stillstehend, z.

B. durch ein Rohr 5, durch Stäbe oder andere bekannte Mittel so befestigt, dass die radialen Schaufeln 3 des Rotors innerhalb des Gehäuses 4 wie die Flügel einer Zentrifugalpumpe arbeiten, wenn die Vorrichtung in einem pumpfähigen Medium durch Drehung des Rotors in Betrieb ge setzt wird.

Die Werkzeuge des Rotors sitzen an den peripheren Enden der radialen Schaufeln 3, die um einen als Saugkammer dienenden, zentralen Hohlraum 6 herum angeordnet sind. Die Innenkanten der radialen
Schaufeln 3 verlaufen koaxial oder in einem Winkel zur Achse der Vorrichtung, so dass die Saugkammer
6 im Längsschnitt gesehen zylindrisch oder konisch erscheint. Der Längsschnitt der Saugkammer 6 könnte aber auch eine andere Form, z. B. diejenige einer Glocke, haben, solange die Saugkammer 6 als solche wirksam bleibt. Die Form der Saugkammer 6 wird nach Bedarf durch die Form der nach der Achse gerichteten Enden der radialen Schaufeln 3, die z. B. auch gezahnt oder gewellt sein könnten, bestimmt.

Die pumpenden Flanken der radialen Schaufeln 3 verlaufen in Richtung von der Achse zur Peripherie vorzugsweise radial, um eine möglichst hohe tangentiale/zentrifugale Beschleunigung des Gutes während der Bearbeitung zu sichern. Die pumpenden Flanken oder auch die ganzen radialen Schaufeln 3 können aber auch ganz oder teilweise abweichend vom Radius, und zwar in der Drehrichtung des Rotors oder entgegengesetzt zu ihr geneigt oder abgebogen sein, wenn die besondere Struktur, z. B. Härte und/oder Zähigkeit bzw. Pumpfähigkeit, des Gutes dieses erfordern.

Die peripheren Enden der Rotorwerkzeuge werden angeschärft, z. B. so, wie dieses von den Metallfräsern her bekannt ist. Dadurch wird ein sicheres Schneiden und Scheren etwaiger fester Teile des Gutes bewirkt. Die schneidenden Rotorwerkzeuge können aus den radialen Schaufeln 3 als Verlängerung ausgezogen oder beweglich an ihnen angesetzt sein. Im letzteren Falle werden sie am peripheren Ende der radialen Schaufeln 3 durch an sich bekannte Mittel so angelenkt, dass sie während des Betriebes durch ihre Masse zentrifugal gegen die Innenwandung des peripheren Gehäusemantels 4 gedrückt werden und dadurch scherend und reibend mit der Gehäusewandung, beginnend von ihrem in die Drehrichtung weisenden Ende, eng zusammenarbeiten.

Der periphere Gehäusemantel 4 weist radiale Durchbrechungen, z. B. in Form von Schlitzen 7 (Fig. 2) oder Bohrungen 8 (Fig. 3), die gegebenenfalls Siebfeinheit haben können, auf.

Wenn das Gut mehr quetschend und/oder reibend, mehr homogenisierend und mischend bearbeitet werden soll, können die peripheren Enden der Rotorwerkzeuge gerauht, gerillt oder gezahnt sein.

Dieser Rauhung, Rillung oder Zahnung entsprechend kann auch die Innenwandung des mit den Rotorwerkzeugen zusammenarbeitenden Gehäusemantels gestaltet sein. Eine derartige Anordnung ist z. B. für die verfeinernde Bearbeitung von Zellstoff in der Papiererzeugung und für ähnliche Zwecke oder andere Faserstoffe wertvoll.

Der gesamte Rotor oder insbesondere seine radialen Schaufeln 3 können ganz oder teilweise aus elastischem Material, z. B. Kunststoff, hergestellt sein, so dass sie mit ihrem peripheren Ende dauernd elastisch gegen die Innenwandung des Gehäusemantels 4 reibend drücken. Die gegebenenfalls aus demselben Material bestehenden Rotorwerkzeuge können zum mindesten im Bereich ihrer Schneiden aus einem Material bestehen, das gegen Abnützung widerstandsfähiger ist als das Material der übrigen Vorrichtungsteile, z. B. aus Hartmetall, Stein, hartem Kunststoff usw.

Die Rotorwerkzeuge laufen in einem Raum um, der radial vom Gehäusemantel und axial von zwei Ringscheiben 9, 10 des Gehäuses 4 begrenzt ist und somit U-förmigen Querschnitt aufweist. Das Gut wird von den radialen Schaufeln 3 in diesen Raum zentrifugal geschleudert und so unter der der Umlaufgeschwindigkeit der radialen Schaufeln 3 bzw. der an ihnen befestigten Werkzeuge entsprechenden Beschleunigung und Druckerhöhung gegen und durch die Durchbrechungen 7 der Gehäusewandung gepresst.

Wenn nur eine Ringscheibe vorhanden ist, laufen die Rotorwerkzeuge in einem Raum von L-förmigem Querschnitt um.

Es hat sich für viele Fälle als vorteilhaft herausgestellt, den axialen Abstand der vorgenannten Ringscheiben 9, 10 nach ihrer Peripherie hin kleiner zu gestalten, so dass also der Raum zwischen den beiden Ringscheiben nach der Peripherie hin doppelkonisch wird, wie dies in Fig. 1 punktiert angedeutet ist.

Dementsprechend werden dann auch die Rotorwerkzeuge nach der Peripherie hin der doppelkonischen Innenform des Gehäuses 4 angepasst. Dabei ist es von Vorteil, wenn der radiale Durchgangsquerschnitt zwischen den beiden Ringscheiben 9, 10 von innen nach aussen konstant bleibt. Je nach der Art des zu behandelnden Gutes kann der Zahlenwert des radialen Durchgangsquerschnittes zwischen den beiden Ringscheiben 9, 10 gegen die Peripherie hin etwas grösser oder kleiner sein. Der wenigstens annähernd gleichbleibende radiale Durchgangsquerschnitt zwischen den beiden Ringscheiben 9, 10 bewirkt, dass die peripheren Zwischenräume zwischen den radialen Schaufeln 3 überall gleichmässig mit Gut gefüllt sind.

Die Rotorwelle 1 könnte auch in der entgegengesetzten axialen Richtung verlaufen und von unten angetrieben werden.

Auch könnten sowohl die Rotorwelle 1 als auch das Gehäuse 4 durch an sich bekannte Mittel relativ zueinander entgegengesetzt angetrieben werden. Das Gehäuse 4 braucht also nicht in jedem Falle stillstehend zu sein.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung von einem Behälter 11 umgeben. Die Rotorwelle kann über dem Gut im Rohr 5 oder an der Behälterwandung oder ausserhalb des Behälters 11, z. B. an dem nicht dargestellten Antrieb der Vorrichtung, gelagert sein. Die Rotorwelle 1 hat dann, soweit sie mit dem Gut in Berührung kommt, keine Lagerung, so dass kein Lagerabrieb, Dichtungsmaterial oder Schmierstoff mit dem Gut in Berührung kommt. Die Rotorwelle 1 könnte jedoch auch beiderseits der Rotorscheibe 2 gelagert sein, z. B. mittels einer Verlängerung der Welle durch den Rotor hindurch zum Behälterboden.

Um bei einer eventuellen Verbiegung des freien Wellenendes eine unerwünschte radiale Berührung zwischen Rotor und Gehäuse zu verhindern, kann in der Nähe des Rotors am Gehäuse ein Auffangring 12 angeordnet werden, der den radialen Ausschlag der Rotorwelle 1 abfängt, ehe derselbe zu einer Kollision zwischen Rotor und Gehäuse führt. Zu diesem Zweck wird das radiale Spiel zwischen Rotorwelle 1 und Auffangring 12 geringer bemessen als das radiale Spiel zwischen dem Rotor und dem peripheren Mantel des Gehäuses 4. So wird bei unvorhergesehenen Biegungsschwingungen des fliegend gelagerten Rotors eine vorübergehende Notlagerung hergestellt, die nach dem Abklingen der Biegungsschwingungen wieder ausser Funktion tritt. Der Auffangring 12 kann z.

B. aus einem widerstandlsfähi- gen und chemisch beständigen Kunststoff oder auch aus Metall mit geringem Reibungswert bestehen.

Die Fig. 1 zeigt am Einlass des Gutes in die Vorrichtung messerartige Verlängerungen 13 und 14, die am Rotor bzw. am Gehäuse sitzen und so wie die Klingen einer Schere zusammenarbeiten und die der Saugkammer 6 zuströmenden groben Bestandteile des Gutes zerscheren und zerkleinern, bevor diese zu einer Verstopfung der Saugkammer 6 führen können. Ahnliche Verlängerungen 15 und 16 können vor die Saugkammer 6 und in die Umgebung der Einlassöffnung ragen und der Vorzerkleinerung klumpigen Gutes dienen.

Wenn Gemische mit sehr verschieden schweren Phasen verarbeitet werden, können für den direkten Eintritt der leichteren Phase, die im allgemeinen oben schwimmt, in das Gehäuse 4 ein oder mehrere Einlassöffnungen 17 führen, durch welche das leichtere Gut von oben angesaugt und innerhalb der Vorrichtung mit der von unten durch die zentrale Saugkammer 6 eintretenden schwereren Phase in der Vorrichtung zusammengeführt und gemeinsam verarbeitet wird.

Wie Fig. 2 erkennen lässt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Werkzeuge des Rotors von den mit einer Schneidkante versehenen peripheren Enden der radialen Schaufeln 3 gebildet. Zur Erzielung einer grösseren statischen Festigkeit nimmt der Querschnitt der radialen Schaufeln von aussen nach innen zu.

Als mit den Werkzeugen des Rotors zusammenarbeitende Gegenwerkzeuge dienen die zwischen den radialen Durchbrechungen 7 des Gehäuses 4 stehengebliebenen Stege bzw. deren axiale Kanten.

In Fig. 3 ist die den Eintritt in die Saugkammer 6 umgebende Ringscheibe 10 an ihrem inneren Umfang mit ungefähr radial verlaufenden Schlitzen 18 und Zähnen 19 versehen, an welchen insbesondere gröbere Anteile des in die Saugkammer 6 einströmenden Gutes zerschert werden; die Schlitze und Zähne könnten auch eine Form gemäss Fig. 4, 5 oder 6 aufweisen.

In Fig. 6 ist die Ringscheibe 10 mit axial vorstehenden scherenden Vorsprüngen 26, in Fig. 7 mit axialen Durchbrechungen 25 versehen, an denen das durch die radialen Schaufeln 3 gepumpte Gut zer schert wird. Die radialen Schaufeln 3 bzw. ihre als schneidende Werkzeuge ausgebildeten peripheren Enden könnten mit ebensolchen oder ähnlichen reibenden Vorsprüngen versehen werden, die mit den Scheiben 9, 10 zusammenwirken. In den Fig. 7 und 9 bilden die mit einer Schneidkante versehenen peripheren Enden der radialen Schaufeln 3 einen Vorsprung 64, der nötigenfalls gezahnt sein kann.

In Fig. 8 sind die radialen Schaufeln 3 vorwärts gekrümmt, wobei die Schneide des als Werkzeug ausgebildeten peripheren Endes der Schaufel direkt an die Hohlwölbung angeformt oder angeschliffen ist.

In Fig. 9 ist mindestens ein Teil der Rotorschaufeln 3 so ausgebildet, dass die pumpenden Flanken von der Saugkammer 6 nach der Peripherie hin zunehmend entgegen der Drehrichtung abgebogen sind, um die Radialkomponente der Beschleunigung und den Druck des Gutes gegen die Durchbrechungen 7 des Gehäuses 4 zu steigern. Die Vorsprünge 64 an den peripheren Enden der radialen Schaufeln 3 besorgen die Zerkleinerungsarbeit der Partikel des Gutes an den axialen Kanten der zwischen den Durchbrechungen 7 des Gehäuses 4 stehengebliebenen Stege.

In Fig. 10 ist am peripheren Ende einer jeden radialen Schaufel 3 ein mit einer Schneidkante versehenes Organ 20 mittels eines Langloches 21 radial beweglich gelagert, so dass es im Betriebe durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenwandung des peripheren Gehäusemantels gepresst wird und mit ihr gleichzeitig scherend und reibend zusammenwirkt.

In ähnlicher Weise könnten auch an ihren peripheren Enden als mit Schneidkanten versehene Werkzeuge ausgebildete radiale Schaufeln durch an sich bekannte Mittel an der Rotorscheibe 2 radial verschiebbar angeordnet sein.

In Fig. 11 ist am peripheren Ende jeder radialen Schaufel 3 ein mit einer Schneidkante versehenes Organ 22 um eine zur Rotorachse parallel verlaufende Achse drehbar gelagert. Die Schneidkante des Organs 22 wirkt mit der peripheren Innenwandung des Gehäusemantels scherend und reibend zusammen. Ausserdem weist das Organ 22 radiale Durchbrechungen 23 auf, durch welche das von der vor aus eilenden Schneidkante bis zu einem gewissen Grade durch Scherung aufgeschlossene Gut von der Saugkammer 6 hindurch in den Reibspalt zwischen dem Organ 22 und der peripheren Innenwandung des Gehäusemantels gelangt und zerschert und zerrieben wird. Durch die Anlenkung des Organs 22 an die Schaufeln 3 füllt sich die von den beiden gebildete Ecke 24 mit Gut, welches das Organ 22 mit erhöhtem Zentrifugaldruck gegen die periphere Innenwandung des Gehäusemantels presst.

Das Organ 22 kann auch das ganze Segment der peripheren Gehäusewandung zwischen zwei hintereinanderfolgenden radialen Schaufeln 3 ausfüllen. Die vorauseilende Schneidkante des Organs 22 wirkt scherend, während die bei Drehung des Rotors nach der Schneidkante folgenden Durchbrechungen 23 das abgefräste Gut radial durchtreten lassen, wodurch es in den Druck- und Reibspalt zwischen dem Organ 22 und der peripheren Innenwandung des Gehäusemantels gelangt und dort zerrieben wird.

Das Organ 22 kann auch noch Vorsprünge und Rillen aufweisen, welche mit entsprechenden Vorsprüngen und Rillen in der peripheren Innenwandung des Gehäusemantels scherend und reibend zusammenwirken.

Wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, kann mehr scherende oder mehr reibende Wirkung durch Veränderung der Feinheit der Teilung der radialen Durchbrechungen 7 bzw. der zwischen ihnen stehengebliebenen Stege des Gehäuses 4 erzielt werden.

Fig. 12 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel einer zweiflutigen Vorrichtung. Auf der Rotorwelle 1 ist eine axial durchbrochene Scheibe 31 mittels Speichen 32 befestigt. Die Scheibe 31 trägt die bis vor die periphere Innenwandung des Gehäuses 4 reichenden radialen Schaufeln 3, 300, deren peripheren Enden als mit Schneidkanten versehene Werkzeuge ausgebildet sind. Den unteren axialen Abschluss des Gehäuses 4 bildet die Ringscheibe 10. Dieselbe umschliesst den zentralen Einlass für das Gut zur Saugkammer 6 des Rotors. Die unteren Schaufeln 3 des Rotors tragen messerartige axiale Verlängerungen 33, welche mit radialen Vorsprüngen 34 und/oder mit axialen, stillstehenden oder relativ entgegengesetzt laufenden messerartigen Verlängerungen 35 am Innenrand der Ringscheibe 10 scherend zusammenarbeiten.

Das Gehäuse 4 ist an seiner Oberseite mit axialen Durchbrechungen 36 versehen, durch welche das Gut in die obere Saugkammer 600 gesaugt wird, wobei es zum Teil durch die axialen Durchbrechungen zwischen den Speichen 32 auch in die untere Saugkammer 6 gelangt und sich so mit dem Gut bereits in der letzteren roh vermischt. Das Rohr 5 kann ebenfalls Einlassöffnungen 37 aufweisen, die in das Gehäuse 4 führen.

In Fig. 12 ist durch gestrichelte Linien ein Beispiel eines peripheren Koliektorgehäuses 38 angedeutet. Dieses Kollektorgehäuse 38 kann das Gehäuse 4 der Vorrichtung an seiner Peripherie umgeben. Es fängt das aus der Vorrichtung austretende Gut auf und führt es durch einen rohrförmigen Auslass 39 ab. Auf diese Weise kann die Vorrichtung das Gut kontinuierlich ansaugen und ausstossen.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem unten angesetzten Zuführungsrohr 27, durch welches eine vollkommene Füllung der Saugkammer 6 auch bei grösseren Niveau-Unterschieden erreicht wird. In das am Gehäuse 4 befestigte Zuführungsrohr 27 ist eine aus dem Schraubenflügelrad 28 und dem Leitschaufelrad 29 bestehende Axialpumpe eingebaut. Der Antrieb der Pumpe erfolgt durch die Verlängerung 30 der Rotorwelle 1.

Fig. 14 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel, gemäss welchem die Vorrichtung in einem Behälter 40, z. B. für Haushaltzwecke oder auch für die gewerbliche Produktion, eingebaut ist. Die Rotorwelle 1 trägt an ihrem oberen Ende die Rotorscheibe 41 mit den um die zentrale Saugkammer 6 herum angeordneten, an ihren peripheren Enden als mit einer Schneidkante versehene Werkzeuge ausgebildeten radialen Schaufeln 3. Die Rotorwelle 1 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzt, so dass die Rotorscheibe 41 mit den radialen Schaufeln 3 um die Saugkammer 6 rotiert. Der Rotor ist von einem stillstehenden konischen, nach oben offenen Gehäuse 4 umgeben, das radiale Durchbrechungen 42 aufweist.

Der Rotor ist mit axialen, je nach Bedarf geformten, messerartigen Verlängerungen 43 versehen, die mit ebensolchen, auf dem konischen Gehäusemantel sitzenden messerartigen Verlängerungen 44 schneidend und scherend zusammenarbeiten. In dem ringförmigen Raum zwischen dem konischen Mantel des Gehäuses 4 und dem Behälter 40 sind Leitschaufeln 45 angebracht, welche eine kreisende Strömung des Gutes längs der Behälterwandung abbremsen und das aus dem Gehäuse 4 während des Betriebes ausströmende Gut ungefähr senkrecht nach oben ablenken, so dass es im Kreislauf wieder in die Saugkammer 6 zurückströmt und erneut durch die Vorrichtung getrieben wird.

Fig. 15 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die beiden Ringscheiben 46 und 47 des Gehäuses an ihrer Peripherie so eng zusammenlaufen, dass nur ein peripherer Ringspalt 48 verbleibt, welcher das Gut, wenn es unter hohem Druck und Beschleunigung an der Peripherie hint ausgeschleudert wird, zu einer dünnen Ringschicht zusammenpresst, aus welcher es infolge der nach dem Austritt aus dem Ringspalt 48 erfolgenden plötzlichen Expansion die Vorrichtung in fein zerstäubter Form verlässt. Der Ringspalt 48 kann nötigenfalls durch Verbindungen zwischen den äusseren Rändern der beiden Ringscheiben 46, 47 unterbrochen sein, so dass anstelle eines zusammenhängenden peripheren Ringspaltes kurze Schlitze oder nötigenfalls auch als Düsen wirkende radiale oder annähernd radiale Durchbrechungen entstehen.

Im Inneren des Gehäuses, dicht vor dem peripheren Ringspalt 48, kann ein konzentrischer, beispielsweise dreieckigen Querschnitt aufweisender ringförmiger Einsatz 49 vorgesehen sein. Dieser lässt zwischen seinen konisch zusammenlaufenden, den Innenflächen der Ringscheiben 46, 47 zugekehrten Oberflächen und den Ringscheiben 46, 47 je einen zweckentsprechend engen Spalt 50 bzw. 51 frei, durch welchen das Gut auf seinem Wege zum peripheren Ringspalt 48 des Gehäuses gepresst wird, wonach sich die beiden vor dem Ringspalt 48 wieder zusammentreffenden dünnen Schichten im peripheren Ringspalt 48 unter hohem Druck vereinen.

Dadurch tritt gleichzeitig eine von Hochdruckdüsen her bekannte, sehr intensive Homogenisierung und Zerstäubung des Gutes ein. Der sich auf diese Weise im und um den Ringspalt 48 abspielende hochwirksame Kontakt kann auch zur Durchführung chemischer Prozesse verschiedener Art ausgewertet werden.

Der im Gehäuse angebrachte ringförmige Einsatz 49, dessen Querschnitt auch rhombisch sein könnte, kann zum mindesten an seinem inneren Umfang mit im wesentlichen axial verlaufenden Lamellen 53 versehen sein, die peripher durch Schlitze 52 voneinander getrennt sind. Die in Fig. 15 dreieckförmigen Lamellen 53 könnten auch abgerundet sein oder axiale bzw. konische, gezackte oder wellenförmige Ränder aufweisen und/oder von solcher Feinheit sein, dass sie beim Aufprall des Gutes an ihre Kanten in Schwingungen versetzt werden, welche sowohl der Eigenfrequenz der Lamellen entsprechen als auch Interferenzschwingungen erzeugen, deren Frequenz von den Impulsen der an ihnen vorbeifliegenden Rotorwerkzeuge abhängt. Die Wirkung dieser Anordnung entspricht dem Schall oder Ultraschall-Effekt sehr kurzer Stimmgabeln.

Die so oder ähnlich gestalteten, schwingenden Lamellen können auch selbständig, auf jede andere bekannte Art, zwischen den beiden Ringscheiben 46, 47 befestigt sein und als Erzeuger von Schall- und Ultraschall-Schwingungen wirken (vergl. auch Fig. 20 und 21). Die untere Ringscheibe 47 ist an ihrem inneren Rand mit im wesentlichen axial verlaufen den, messerartigen Verlängerungen 54 versehen, an welchen ebensolche messerartige Verlängerungen 55, die an den radialen Schaufeln 3 sitzen, scherend vorbeifliegen.

Fig. 16 zeigt eine in einen Behälter 56 eingebaute Vorrichtung. Diese Vorrichtung ist ebenfalls zweiflutig ausgebildet. Die periphere Gehäusewandung 4 ist durch eine innere Ringscheibe 57 in einen oberen und einen unteren Teil 58 und 59 unterteilt. Die Scheibe des Rotors, welche die radialen Schaufeln 3 trägt, ist axial durchbrochen, so dass das von oben und von unten kommende Gut sich schon innerhalb der Vorrichtung vermischen kann.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 17 ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut, nur reicht die Scheibe 60 des Rotors, welche die radialen Schaufeln 3 trägt, bis ungefähr an das periphere Ende der letzteren.

Auch diese Vorrichtung besitzt am oberen und unteren Eintritt des Gutes am Gehäuse 4 und an den radialen Schaufeln 3 des Rotors sitzende, scherend zusammenarbeitende, messerartige Verlängerungen 61 und 62, die eine Vorzerkleinerung grober Bestandteile des Gutes besorgen. Der Antrieb der zentralen Rotorwelle 1 kann, wie dargestellt, von oben oder auch von unten erfolgen, je nach dem, nach welcher Seite die Antriebswelle zum Antrieb führt.

Die Fig. 18 und 19 zeigen im Längs- bzw. Querschnitt auf einem im Querschnitt vierkantigen ringförmigen Einsatz 66, welcher zwischen den Ringscheiben 67 und 68 befestigt ist, schwingungsfähige Lamellen 69, deren jede in nur an der Wurzel zusammenhängende Quadranten geteilt ist. Dadurch werden die Quadranten im einzelnen weiter in Schwingungen versetzt und es wird gegebenenfalls durch Interferenzen eine höhere Schwingungsfrequenz erzeugt. Je zwei benachbarte Lamellen 69 sind peripher durch einen radial verlaufenden Spalt 70 voneinander getrennt.

In den Fig. 20 und 21 ist im Längs- bzw. Querschnitt eine Ausführungsform der Vorrichtung gezeigt, bei der der ringförmige Einsatz 76 aus drei koaxialen, sich unter Freilassung radialer Zwischenräume umschliessenden, mit Durchbrechungen 70 versehenen Zylindern besteht. Die Zylinder sind so gegeneinander versetzt, dass jeweils die zwischen zwei Durchbrechungen stehengebliebenen, als feine Lamellen 69' ausgebildeten Stege gegenüber dem inneren Zylinder auf Lücke stehen. Das durch eine Durchbrechung 70 radial hindurchzischende Gut stösst also auf die Kante der zum nächstgrösseren Zylinder gehörenden Lamellen und wird dadurch nach beiden Seiten zerstäubt.

Da aber auch aus beiden seitlichen Richtungen gleichzeitig zerstäubtes Gut dagegenströmt, tritt eine innige Vermischung ein und diese Mischung geht nun gemeinsam durch die Durchbrechungen 70 des mittleren Zylinders radial hindurch, wonach sie mit hoher Geschwindigkeit erneut auf die Kante der Lamellen 69' des äussersten Zylinders stösst, wo sich der Zerstäubungsund Homogenisierungsvorgang wiederholt. Diese Vorrichtung dient besonders bei sehr schwierigen Homogenisierprozessen und zur Erzielung sehr hoher Feinheit, z. B. bei Milch usw.

Die Fig. 22 bis 25 stellen im Längs- bzw. Querschnitt und in zwei Teilfiguren ein Ausführungsbeispiel dar, bei welchem der ringförmige Einsatz 71 aus koaxialen, sich unter Freilassung radialer Zwischenräume 74 umschliessenden, mit radialen Bohrungen 73 versehenen, gegebenenfalls siebfeinen Zylindern besteht. Durch die Abnahme des radialen Durchtrittsquerschnittes zwischen den Schaufeln 3 gegen die Peripherie hin entsteht vor dem innersten durchbohrten Zylinder ein plötzlicher hoher Uber- druck infolge des plötzlich verringerten Gesamtdurchlassquerschnittes (weil die Stege 72 zwischen den Bohrungen 73 einen Teil des Durchlassquerschnittes versperren).

Der den innersten Zylinder umschliessende, in Durchströmrichtung nächste Zylinder ist so gegen den innersten Zylinder gedreht, dass die Bohrungen 73 sich mit den Stegen 72 decken und das Gut, welches aus den Bohrungen 73 des innersten Zylinders radial austritt, gegen die Stege 72 stösst und durch den engen radialen Zwischenraum 74 zwischen dem innersten und dem nächsten Zylinder seitlich gepeitscht wird, bis es durch die versetzten Bohrungen 73 des zweiten Zylinders radial hindurchtreten kann. Vom zweiten zum dritten Zylinder usw. spielt sich wiederum derselbe Vorgang ab, so dass bis zum äussersten Zylinder das Gut immer wieder zwischen den einzelnen Zylindern sich zum nächsten umgebenden Zylinder seinen Weg suchen muss.

Fig. 23 zeigt im Detail vier solche Zylinder mit gegeneinander versetzten Bohrungen 73 und Stegen 72 und den radialen Zwischenräumen 74, durch welche das Gut sich hindurchzwängen muss, um die Bohrungen 73 des nächsten Zylinders zu finden. Fig. 24 zeigt einen einzelnen durchlöcherten Zylinder und Fig. 25 sieben solcher Zylinder, bei welchen die Versetzung der Bohrunge

Claims

PATENTANSPRUCH Zerkleinerungs-, Misch- und Homogenisiervorrichtung, insbesondere zum Aufschliessen und Homogenisieren von Stoffen hoher Zähflüssigkeit und zum Aufteilen bzw. Zerschneiden von stückigen, körnigen oder faserigen Stoffen, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, an seinem Umfang nach Art eines Fräsers mit schneidenden Werkzeugen bestückten Rotor, der mit einem ihn umschliessenden, einen Teil des Gehäuses bildenden Werkzeugring zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge des Rotors radiale Schaufeln (3) aufweisen, die um einen als Saugkammer dienenden, zentralen Hohlraum (6) herum angeordnet sind.

UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge des Rotors in einem radial vom Werkzeugring und axial von einer Ringscheibe des Gehäuses (4) begrenzten Raum umlaufen (Fig. 14).

2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge des Rotors in einem radial vom Werkzeugring und axial von zwei Ringscheiben (9, 10 bzw. 46, 47 bzw. 67, 68) des Gehäuses (4) begrenzten Raum umlaufen.

3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige axiale Abstand der beiden Ringscheiben (9, 10 bzw. 46, 47 bzw. 67, 68) nach der Peripherie hin abnimmt.

4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Durchgangsquerschnitt zwischen den beiden Ringscheiben (9, 10 bzw. 46, 47 bzw. 67, 68) von innen nach aussen konstant bleibt.

5. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Eintritt in die Saugkammer (6) gegenüberliegende Ringscheibe (9) mindestens eine Einlassöffnung (17) in den von den Werkzeugen des Rotors durchlaufenen Raum aufweist.

6. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Eintritt in die Saugkammer (6) umgebende Ringscheibe (10) an ihrem inneren Umfang mit Vorsprüngen (19), z. B. Zähnen, versehen ist.

7. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Eintritt in die Saugkammer (6) umgebende Ringscheibe (10) an der dem Raum, in welchem die Werkzeuge umlaufen, zugewandten Seite Unebenheiten, z. B. axiale Vorsprünge, Durchbrechungen oder Blindlöcher, aufweist.

8. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Werkzeuge des Rotors an der den Unebenheiten der Ringscheibe (10) zugewandten Seite ebenfalls mit Unebenheiten versehen ist.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugring des Gehäuses (4) aus dem mit radialen Durchbrechungen (7, 8) versehenen Gehäusemantel besteht.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Enden der radialen Schaufeln (3) mit Schneidkanten versehen sind.

11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Schneidkante versehenen peripheren Enden der radialen Schaufeln (3) einen Vorsprung (64) bilden.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge des Rotors mit mindestens einer Schneidkante versehene Organe (20, 22) aufweisen, die an den peripheren Enden der radialen Schaufeln (3) gelagert sind.

13. Vorrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Organe (20) an den peripheren Enden der Schaufeln (3) radial beweglich gelagert sind.

14. Vorrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Organe (22) an den peripheren Enden der Schaufeln (3) um eine zur Rotorachse parallel verlaufende Achse drehbar gelagert sind.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge des Rotors an ihrer peripheren Aussenfläche Unebenheiten aufweisen, z. B. durchbrochen, gerauht, gerillt oder gezahnt sind.

16. Vorrichtung nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugring des Gehäuses (4) bzw. seine Werkzeuge an ihrer peripheren Innenfläche ebenfalls Unebenheiten aufweisen.

17. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugring des Gehäuses (4) aus einem zwischen den beiden Ringscheiben (46, 47 bzw. 67, 68) angeordneten ringförmigen Einsatz (49 bzw. 66 bzw. 71 bzw. 76) besteht.

18. Vorrichtung nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatz (71 bzw.

76) aus mindestens zwei koaxialen, sich unter Freilassung radialer Zwischenräume (74) umschliessenden, mit Durchbrechungen (70 bzw. 73) versehenen Zylindern besteht.

19. Vorrichtung nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder aus Siebgewebe oder Siebfolie bestehen.

20. Vorrichtung nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen (70 bzw.

73) je zweier benachbarter Zylinder auf Lücke gegeneinander versetzt sind.

21. Vorrichtung nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen der Zylinder im wesentlichen axial verlaufende Schlitze (70) sind.

22. Vorrichtung nach Unteranspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens am innersten Zylinder die zwischen den Schlitzen (70) stehengebliebe- nen Stege Lamellen (69') von solcher Feinheit sind, dass sie beim Aufprall des Gutes auf ihre Kanten in Schwingungen versetzt werden können.

23. Vorrichtung nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest an seinem inneren Umfang mit im wesentlichen axial verlaufenden Lamellen (53 bzw. 69) versehene ringförmige Einsatz (49 bzw. 66) von den beiden Ringscheiben (46, 47 bzw. 67, 68) im Abstand gehalten ist.

24. Vorrichtung nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (69) des ringförmigen Einsatzes (66) in mehrere Teile, z. B. Quadranten, unterteilt sind.

25. Vorrichtung nach Unteranspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (69) von solcher Feinheit sind, dass sie beim Aufprall des Gutes auf ihre Kanten in Schwingungen versetzt werden können.

26. Vorrichtung nach den Unteransprüchen 3 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Ränder der beiden Ringscheiben (46, 47) einen engen Ringspalt zwischen sich einschliessen, der eine plötzliche Expansion des austretenden Gutes ermöglicht.

27. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie zweiflutig ausgebildet ist (Fig. 12, 16, 17).

28. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Schaufeln (3) mindestens teilweise elastisch sind.

29. Vorrichtung nach Unteranspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Schaufeln (3) aus nichtmetallischem Material, z. B. Kunststoff, bestehen.

30. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge zum mindesten im Bereich ihrer Schneiden aus einem Material bestehen, das gegen Abnützung widerstandsfähiger ist als das Material der übrigen Vorrichtungsteile.

31. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der radialen Schaufeln (3) eine in den Einlass zur Saugkammer (6) bzw. durch diesen hindurch nach aussen tretende, messerartige Verlängerung (13 bzw. 15 bzw.

33 bzw. 43 bzw. 55 bzw. 62) aufweist.

32. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die messerartige Verlängerung (13 bzw. 15 bzw. 33 bzw. 43 bzw. 55 bzw. 62) mit einer entsprechenden, am Gehäuse (4) vorgesehenen Verlängerung (14 bzw. 16 bzw. 35 bzw. 44 bzw. 54 bzw. 61) scherend zusammenarbeitet.

33. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Gehäuse (4) drehbar angeordnet ist.

34. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) zur Verhinderung einer unenvünschten Berührung zwischen Werkzeugen und Gehäuse (4) in der Nähe der Werkzeuge durch einen Auffangring (12) hindurchtritt.

35. Vorrichtung nach Unteranspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangring (12) aus Kunst stoff oder Metall 1 besteht.

36. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) von einem Rohr (5) umgeben ist, das eine oder mehrere Einlassöffnungen (37) aufweist.

37. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) nur ausserhalb des vom Gut erreichbaren Raumes gelagert ist.

38. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) im Bereich seiner Austrittsöffnungen von einem Kollektorgehäuse (38) umgeben ist.

39. Vorrichtung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein am Einlass zur Saugkammer (6) angeschlossenes Zuführungsrohr (27).

40. Vorrichtung nach Unteranspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zuführungsrohr (27) eine Axialpumpe eingebaut ist.

41. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) mit Rotor in einem Behälter (11 bzw. 40 bzw. 56) eingebaut ist.

42. Vorrichtung nach Unteranspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass im Raum zwischen dem Gehäuse (4) und der Wandung des Behälters (40) Leitschaufeln (45) vorgesehen sind.

43. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung von der Achse zur Peripherie verlaufenden Kanten der Werkzeuge des Rotors schneidend ausgebildet sind.