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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von fließfähigen Gütern, insbesondere von Emulsionen und Dispersionen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannte Vorrichtungen werden zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von Gütern verwendet, wie zum Beispiel Emulsionen oder Dispersionen, die sich in der Regel aus mehreren, Bestandteilen zusammensetzen. Die unter anderem im Bereich der kosmetisch oder pharmazeutisch verarbeitenden Industrie zur Anwendung kommenden Emulsionen oder Dispersionen dienen beispielsweise als Ausgangprodukt für eine mögliche Weiterverarbeitung oder bilden häufig selbst ein herzustellendes, fertiges Endprodukt.
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Bekannte Vorrichtungen weisen beispielsweise einen Behälter auf, in dem verschiedene feste, oder fließfähige Bestandteile mithilfe von zum Beispiel einem Rührwerk zu einem Gut oder einem Medium mit einer homogenen Struktur verarbeitet werden. Üblicherweise befindet sich zusätzlich am tiefsten Punkt des Behälters eine Misch- und/oder Pumpeinrichtung, auch als Homogenisator bezeichnet. Solche Misch- und/oder Pumpeinrichtungen weisen in der Regel eine Saugseite für eine Entnahme des Gutes aus dem Behälter und eine Druckseite zum Abpumpen oder Wiedereinbringen beziehungsweise Einleiten des Gutes in den Behälter auf, die am unteren Bereich des Behälters angeschlossen ist. Zudem weisen die bekannten Vorrichtungen eine die Saugseite der Misch- und/oder Pumpeinrichtung mit einem unteren Bereich des Behälters verbindende Abführleitung auf. Zum Wiedereinleiten des Gutes ist die Druckseite der Misch- und/oder Pumpeinrichtung über zwei Rückführleitungen im Abstand zueinander jeweils an den Behälterboden des Behälters angeschlossen.
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Die im unteren Bereich des Behälters zum Einsatz kommenden Misch- und/oder Pumpeinrichtungen weisen insbesondere eine Rotor/Stator-Anordnung oder auch eine Rotor/Rotor-Anordnung oder auch nur einen Rotor auf. Mittels derartiger Anordnungen werden auf das durch die Misch- und/oder Pumpeinrichtung geleitete Gut entsprechende Scherkräfte aufgebracht, die zur vorteilhaft gleichmäßigen Verteilung der unterschiedlichen Bestandteile innerhalb des fließfähigen Gutes führen.
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Nach der
DE 299 17 365 U1 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt, wobei die Vorrichtung eine Misch- und/oder Pumpeinrichtung aufweist, die wenigstens eine die Druckseite der Mischeinrichtung mit dem Behälter verbindende Rückführleitung aufweist. Eine der Rückführleitungen mündet dabei im unteren Bereich des Behälters aus. Insbesondere bei einer sich im Behälter befindlichen Minderfüllmenge, die deutlich geringer ist und zum Beispiel weniger als ein Drittel der üblichen Nennfüllmenge des Behälters ausmachen kann, soll beim Umwälzen des Gutes über die mit dem unteren Bereich des Behälters verbundende Rückführleitung eine sichere Zirkulation des zu vermischenden Gutes im Behälter verwirklicht werden. An den bekannten Vorrichtungen, insbesondere innerhalb deren Behälter, kann es nach dem Zurückführen bzw. Wiedereinleiten des Gutes über die Rückführleitung wieder zu einer selbsttätigen Entmischung des Gutes kommen. Dieses trifft vornehmlich im Falle einer sich im Behälter befindlichen Minderfüllmenge, welche mit dem im Behälter befindlichen Rührwerk nicht in Bewegung gehalten werden können und aufgrund von strömungsberuhigten Zonen im Behälter auf.
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Aus
DE 10 2004 026 477 A1 ist eine Mischvorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeit in einem Mischbehälter bekannt, in dem Flüssigkeit aus dem Behälter entnommen, über einen geschlossenen Kreislauf geführt und über verschiedene Düsen in den Mischbehälter eingeleitet wird. Zwei der mit den Düsen verbundenen Rückführleitungen sind in einem unteren Bereich des Behälters angeschlossen.
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Aus
EP 0 801 974 A1 ist eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von Gütern bekannt, welche eine unterhalb eines Behälters angeordnete Rotor/Stator-Anordnung aufweist. Um einen zentralen Einlauf für die Rotor/Stator-Anordnung am Behälterboden herum sind mehrere mit einem Ringraum der Rotor/Stator-Anordnung druckseitig medienleitend verbundene Auslässe angeordnet. Die Auslassrichtungen der Auslässe weisen jeweils radial nach außen. Die Auslässe werden gleichzeitig geöffnet oder geschlossen.
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Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, dass unabhängig vom Füllstand innerhalb des Behälters stets eine gleichmäßige Durchmischung des Gutes gewährleistet werden kann.
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Die Erfindung löst die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, dadurch, dass die Rückführleitungen im Anschlussbereich an den Behälter mit jeweils einer die Ausströmrichtung der Rückführleitung beeinflussenden Blende ausgerüstet sind, wobei eine erste Blende zwei Einleitkanäle und eine zweite Blende nur einen Einleitkanal aufweist, wobei die erste Blende dazu eingerichtet ist, innerhalb des Behälters ein sich gegen einen Wandungsabschnitt der Behälterwandung aufstauendes Strömungsbild zu erzeugen und die zweite Blende dazu eingerichtet ist, innerhalb des Behälters ein trombenförmiges Strömungsbild zu erzeugen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich mithilfe von zwei Rückführleitungen, welche die Druckseite einer Misch- und/oder Pumpeinrichtung mit einem unteren Bereich des Behälters verbinden, auf vorteilhafte Weise eine das Gut vollständig innerhalb des Behälters bewegende Strömung erzeugt werden kann. Strömungsberuhigte Zonen, in denen das Gut nahezu unbewegt ist, entstehen somit nicht im Behälter. Mit der das Gut im Behälter bevorzugt fortlaufend bewegenden Strömung ist einer Entmischung des Gutes entgegenwirkt, welches somit eine vorzugsweise dauerhaft homogene Struktur beibehält. Über die im unteren Bereich des Behälters angeschlossenen Rückführleitungen lässt sich zudem das Umwälzen von Minderfüllmengen im Behälter gewährleisten, die mit einem üblicherweise im Behälter vorhandenen Rührwerk nicht mehr bewegt werden können. Die Rückführleitungen sind bevorzugt beabstandet zueinander am Behälter angeordnet, wodurch bevorzugt verschiedene Zonen bzw. Bereiche im Behälter in Strömung versetzt oder mit einer Strömung beaufschlagt werden. Dabei sind beide Rückführleitungen an den Behälterboden angeschlossen. Über die unmittelbar mit dem Behälterboden verbundenden und an der Innenseite des Behälterbodens ausmündenden Rückführleitungen lässt sich unabhängig von der Füllmenge innerhalb des Behälters eine erzwungene Strömung des darin befindlichen Gutes sicherstellen. Insbesondere bei Minderfüllmengen eines beispielsweise innerhalb des Behälters zu homogenisierenden und/oder dispergierenden Gutes ist eine vorteilhaft sichere Umwälzbewegung ermöglicht und damit ein ungewolltes Entmischen des fließfähigen Gutes vermieden. Bevorzugt ist hier jede Rückführleitung etwa senkrecht zu dem jeweils zugeordneten Anschlussbereich des Behälters ausgerichtet, wodurch sich auf konstruktiv einfache Weise eine medienleitende Verbindung zwischen einer jeweiligen Rückführleitung und dem Behälter gewährleisten lässt. Um eine vorbestimmte Strömungsrichtung des aus der Rückführleitung austretenden Gutes im Behälter zu erreichen, können die Rückführleitungen unter einem vorbestimmten Winkel bzw. schräg zu einem jeweils zugeordneten Wandungsabschnitt der Behälterwand im unteren Bereich des Behälters ausgerichtet sein. Auch kann bevorzugt ein zunächst im Wesentlichen festes Produkt durch Wärmezufuhr in dem Behälter verflüssigt und aufgeschmolzen werden. Hierbei wird Wärme über die Behälterinnenwand eingebracht. Durch die Erfindung lässt sich die Strömung intensivieren und in einen turbulenten Zustand bringen und dadurch die Wärmezufuhr erhöhen und den Aufschmelzvorgang beschleunigen. Bevorzugt kommt ein doppelwandiger Behälter mit einer Heizung zum Einsatz, mittels dem sich die in den Behälter einzugebenden und zu mischenden Güter auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmen lassen. Zwischen der Innen- und Außenwand des Behälters können dazu Heizelemente angeordnet sein oder das Aufheizen erfolgt mithilfe eines zwischen der Innen- und Außenwand des Behälters zirkulierenden Warmwasserstromes.
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Ferner sind beide der bevorzugt mit dem Behälterboden flüssigkeitsdicht verbundenden Rückführleitungen im Anschlussbereich an den Behälter jeweils mit einer die Ausströmrichtung der Rückführleitung beeinflussenden Blende ausgerüstet. Der Einsatz einer die Ausströmrichtung der Rückführleitungen beeinflussenden Blende stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, um die Strömungsrichtung der über die Rückführleitungen in den Behälter jeweils unmittelbar wiedereingeleiteten Förderteilmenge des fließfähigen Gutes zu verändern und in eine jeweils gewünschte Richtung umzulenken. Bevorzugt ist die Blende dazu eingerichtet, das jeweils aus der Rückführleitung in den Behälter einzubringende Gut derart umzulenken, dass dieses eine Strömungsrichtung erhält, die etwa parallel entlang der dazu benachbart angeordneten Innenwandung des Behälters ausgerichtet ist.
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Zudem weist die Vorrichtung eine erste Blende mit zwei Einleitkanälen und eine zweite Blende mit nur einem Einleitkanal auf. Mit der Verwendung von zwei Blenden, die vorzugsweise eine unterschiedliche Anzahl von Einleitkanälen für das Wiedereinleiten des Gutes in den Behälter aufweisen, ist eine vorteilhaft verbesserte Möglichkeit zum Erzeugen einer insbesondere den gesamten Behälterboden erfassenden Strömung gewährleistet. Bereiche innerhalb des Behälters, in denen keine Strömung oder eine deutlich reduzierte Strömung auftritt, ist dadurch auf vorteilhafte Weise entgegengewirkt.
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Damit ist zudem ein ungewolltes Entmischen des fließfähigen Gutes vermieden. Bevorzugt sind die Einleitkanäle der beiden Blenden derart im Behälterboden angeordnet, dass sie in unterschiedliche Richtungen weisen bzw. ausgerichtet sind.
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Gemäß der Erfindung ist die erste Blende dazu eingerichtet, mit dem über die erste Blende in den Behälter eingeleiteten Gut innerhalb des Behälters ein sich gegen einen Wandungsabschnitt der Behälterwandung aufstauendes Strömungsbild zu erzeugen. Entlang der Behälterwandung kann ein ungleichmäßiger Füllstand innerhalb des Behälters mit einem Füllstandsmaximum an einem Wandungsabschnitt und einem Füllstandsmaximum an dem gegenüberliegenden Wandungsabschnitt erzeugt werden. Das allein über die erste Blende erzeugte Strömungsbild weist, bezogen auf eine senkrecht durch den Behälter und parallel zur Ausströmrichtung gelegte Schnittebene, eine geneigte Füllstandsoberfläche innerhalb des Behälters auf.
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Wird hingegen das fließfähige Gut einzig durch die zweite Blende wieder in den Behälter zurückgefördert, bildet sich innerhalb des Behälters ein trombenförmiges Strömungsbild aus. Mit der zweiten Blende, welche bevorzugt nur mit einem Einleitkanal ausgerüstet ist, wird vorzugsweise eine tangential zur Mittenachse des Behälters gerichtete Strömung erzeugt, wodurch innerhalb des Behälters eine Trombe entsteht. Das trombenförmige Strömungsbild innerhalb des Behälters weist im Nahbereich der Innenseite der Behälterwandung das größte Füllstandsmaß auf, wobei in Richtung zur Mittenachse des Behälters ein Trichter entsteht der beispielsweise bis in die Abführleitung der Vorrichtung reichen kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in wenigstens einer der Rückführleitungen ein ihren Durchflussquerschnitt steuerbares Stellglied angeordnet. Vorzugsweise ist in beiden Rückführleitungen jeweils ein ihren Durchflussquerschnitt steuerbares Stellglied angeordnet. Der Einsatz eines Stellgliedes in den Rückführleitungen hat den Vorteil, dass die Rückführleitungen wahlweise einzeln oder auch gemeinsam zum Wiedereinleiten des durch die Misch- und/oder Pumpeinrichtung geführten Gutes verwendet werden können. Durch die entsprechend ansteuerbaren Rückführleitungen lassen sich bevorzugt unterschiedliche Strömungen beziehungsweise Strömungsbilder des Gutes innerhalb des Behälters erzeugen. Dabei ist mittels der innerhalb der Rückführleitungen angeordneten Stellglieder eine stufenlose Veränderung des Durchflussquerschnittes oder auch nur ein Schalten der Stellglieder zwischen jeweils einer vollständigen Auf- und einer Zu-Stellung möglich. Die Stellglieder können aufeinander abgestimmt und in Abhängigkeit der Produkte und jeweiligen Anwendung phasenweise ganz oder teilweise geöffnet beziehungsweise geschlossen werden oder im Ein/Aus-Betrieb getaktet werden, um vorteilhafte, den Prozess positiv beeinflussende Strömungszustände zu erzielen. Das oder die Stellglieder können auch als Ventil ausgebildet sein. Anstelle von Stellgliedern, mit denen der Durchflussquerschnitt der Rückführleitungen veränderbar ist, kann die Misch- und/oder Pumpeinrichtung alternativ zwei Misch- oder Pumpelemente aufweisen, die jeweils über eine Rückführleitung mit dem Behälter verbunden sind. Das wahlweise Wiedereinleiten des durch die Misch- und/oder Pumpeinrichtung geführten Gutes erfolgt somit durch das individuelle Ansteuern der jeweiligen Misch- oder Pumpelemente. Die Misch- und/oder Pumpeinrichtung ist vorzugsweise mit einer Rotor/Stator-Anordnung ausgerüstet, mithilfe der auf das durch die Misch- und/oder Pumpeinrichtung geführte Gut Scherkräfte ausgeübt werden, die eine vorteilhaft gleichmäßige Verteilung der das fließfähige Gut zum Beispiel ausbildenden, nicht löslichen Bestandteile bewirken.
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Alternativ oder optional zu einer an dem Behälterboden angeschlossenen Rückführleitung ist mindestens eine Rückführleitung an einen senkrecht ausgerichteten Wandabschnitt des Behälters angeschlossen. Über eine im unteren Bereich an einen senkrechten Wandabschnitt des Behälters angeschlossenen Rückführleitung lässt sich auf relativ einfache Weise eine Strömung des Gutes im Behälter erzeugen, die etwa parallel zum Behälterboden ausgerichtet ist. Die jeweilige Rückführleitung ist vorzugsweise etwa rechtwinklig oder schräg an einem jeweils zugeordneten Wandabschnitt des Behälters angeordnet. Mit einer etwa senkrecht am Wandabschnitt ausgerichteten Rückführleitung lässt sich bevorzugt eine auf den gegenüberliegenden Wandabschnitt gerichtete Strömung erzeugen. Bei einer schräg, bevorzugt in einen Winkelbereich zwischen 20 und 70 Grad zur Behälterwandung ausgerichteten Rückführleitung ist innerhalb des Behälters eine entlang der vorzugsweise zylindrischen Behälterwandung rotierende Strömung erzeugbar.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rückführleitung vorzugsweise ein in das Innere des Behälters hineinragendes Rohrstück aufweist. Über das an der Behälterinnenwand ins Innere vorstehende Rohrstück lässt sich auf einfache Weise eine gezielte Strömung im Behälterinneren erzeugen. Das in das Behälterinnere hineinragende Rohrstück ist beispielsweise ein verlängerter Abschnitt einer am Behälter angeschlossenen Rückführleitung. Bevorzugt weist das in das Behälterinnere hineinragende Rohrstück einen zur Behälterwandung gekrümmt ausgebildeten oder abgewinkelten Auslassbereich auf. Mit dem gekrümmten beziehungsweise abgewinkelten Auslassbereich lässt sich das in den Behälter eingebrachte Gut relativ einfach in eine vorbestimmte Richtung im Behälter umlenken. Damit lässt sich gezielt eine vorteilhafte Strömungscharakteristika im Behälter erzeugen. Der Auslassbereich ist zum Beispiel starr, also fest, oder auch beweglich ausgebildet. Über einen beweglich ausgebildeten Auslassbereich kann der Auslasswinkel und/oder die Auslassrichtung des in das Behälterinnere hineinragenden Rohrstücks an jeweils benötigte Strömungszustände angepasst werden.
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Das Rohrstück weist insbesondere eine Auslassöffnung auf, deren Öffnungsmaß relativ zum Querschnitt des Rohrstückes verringert ist. Die Auslassöffnung ist zu diesem Zweck vorzugsweise düsenförmig ausgebildet, wodurch mit dem verringernden Querschnitt der Auslassöffnung eine Beschleunigung des in den Behälter einzubringenden Gutes erreicht ist. Die Auslassöffnung kann diesbezüglich eine beliebige Formgebung aufweisen, wie zum Beispiel kreisförmig, oval oder auch rechteckig.
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Vorzugsweise weist jede Blende eine den freien Querschnitt der Rückführleitung teilweise versperrende Prallfläche und mindestens einen Einleitkanal auf, wobei der Einleitkanal, bezogen auf die Mittenachse der Blende, sich zumindest in radialer Richtung erstreckt. Innerhalb der Blende erfolgt durch die Prallfläche und den sich darin anschließenden Einleitkanal der Blende eine Umlenkung des Gutes im Anschlussbereich beziehungsweise Ausmündungsbereich der Rückführleitung am Behälter. Über den Einleitkanal, der bevorzugt einen geringeren Querschnitt aufweist als die Rückführleitung, ist neben einer Umlenkung gleichzeitig eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Vorzugsweise verläuft der in der Blende ausgebildete Einleitkanal zur Mittenachse der Blende in einem Winkel in einem Bereich zwischen 70 und 85 Grad, wodurch insbesondere eine Strömung innerhalb des Behälters erzeugt ist, die einen vorteilhaft großen Bereich entlang des Behälterbodens und somit auch des darüber befindlichen Gutes erfasst. Der Einleitkanal erstreckt sich innerhalb der Blende, insbesondere bezogen auf deren Mittenachse, sowohl in radialer als auch in axialer Richtung.
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Bevorzugt sind die erste und die zweite Blende, sofern das Gut gleichzeitig über beide Blenden in den Behälter wieder eingeleitet wird, dazu eingerichtet, gemeinsam innerhalb des Behälters ein turbulent ungerichtetes Strömungsbild zu erzeugen. Bei dieser Form des Wiedereinleitens in den Behälter entstehen innerhalb des fließfähigen Gutes eine Vielzahl von ungerichteten, nicht geordneten Strömungen bzw. Verwirbelungen, die wiederum vorzugsweise die gesamte Füllmenge des Gutes im Behälter in Bewegung versetzen. Durch Variieren der Durchflussmengen in den beiden Rückführleitungen und den sich damit jeweils verändernden Eintrittsmengen des wiedereingeleiteten Gutes in den Behälter können die verschiedensten, sich einander überlagernde Strömungsbilder innerhalb des Behälters erzeugt werden.
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Vorzugsweise weist der freie Querschnitt des Einleitkanals der zweiten Blende in Relation zum freien Querschnitt der beiden Einleitkanäle der ersten Blende ein Verhältnis im Bereich von 0,8 bis 1,2 auf. Über beide Blenden und deren Einleitkanäle wird somit etwa die gleiche Menge des fließfähigen Gutes pro Zeiteinheit wieder in den Behälter eingeleitet. Im Einströmbereich der zweiten Blende mit nur einem Einleitkanal ist eine vornehmlich punktuell wirkende und gleichzeitig relativ starke Strömung erzeugt. Hingegen wird mit der ersten Blende und ihren zwei Einleitkanälen, im Vergleich zu ersten Blende eine relativ breit gerichetete Strömung erzeugt.
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Der Behälter weist bevorzugt ein zylinderförmiges Gehäuse auf, dessen Mittenachse senkrecht zur horizontalen Grundebene ausgerichtet ist, wobei die Abführleitung der Mischeinrichtung koaxial zum Mittenbereich des etwa kreisförmigen Behälterbodens angeordnet ist, und wobei die Blenden der Rückführleitungen auf einem Teilkreisdurchmesser um die Abführleitung herum angeordnet sind. Die am Behälterboden angeordneten beziehungsweise in den Behälterboden eingelassenen Blenden weisen mit ihren Mittenbereichen einen Abstand zur Mittenachse des Behälters auf, der etwa gleich oder geringer ist als der halbe Innenwandradius des Behälters. Vorzugsweise können die Blenden mit ihren Einleitkanälen auch auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern am Behälterboden angeordnet sein.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei jeweils durch die Mittenachse des Behälters und durch einen Mittenbereich einer Blende verlaufende Geraden einen Winkel im Bereich von etwa 40 Grad einschließen. Die am Behälterboden angeordneten Blenden sind, im Vergleich zur Gesamtgröße des Behälterbodens in einem relativ geringen Abstand zueinander angeordnet. Somit erfolgt das Wiedereinleiten des fließfähigen Gutes über die beiden Rückführleitungen bevorzugt aus einem bestimmten Bereich des Behälterbodens.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Austrittsöffnungen der Einleitkanäle der ersten Blende vorzugsweise etwa im gleichen Abstand zu beiden Seiten der durch die Mittenachse des Behälters und durch den Mittenbereich der ersten Blende verlaufenden Gerade angeordnet. Mit der bevorzugten Ausrichtung der Einleitkanäle am Behälterboden lässt sich über die erste Blende auf vorteilhaft einfache Weise eine symmetrische Strömung beziehungsweise ein symmetrisches Strömungsbild innerhalb des Behälters generieren. Mit der erzeugten Strömung wird insbesondere die gesamte Menge des innerhalb des Behälters befindlichen, fließfähigen Gutes in Bewegung gehalten. Damit kann einer Entmischung des Gutes, welches sich aus unterschiedlichen Bestandteilen zusammensetzt, die in der Regel nicht miteinander lösbar sind, auf vorteilhafte Weise entgegengewirkt werden.
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Die Einleitkanäle der ersten Blende sind, bezogen auf die Mittenachse der vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Blende, in einem Winkelbereich von ungefähr 90 Grad zueinander ausgerichtet. Damit weist die im Bereich des Behälterbodens erzeugte Strömung des beispielsweise kontinuierlich umgewälzten, fließfähigen Gutes beim Wiedereinleiten in den Behälter eine vorteilhaft breite Wirkrichtung auf. Dabei ist speziell die erste Blende, deren Einleitkanäle insbesondere symmetrisch zu einer durch die Mittenachse des Behälters laufenden Gerade ausgerichtet sind, dazu eingerichtet, dass sich gegen den Wandungsabschnitt der Behälterwandung aufstauende Strömungsbild zu erzeugen.
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Dahingegen ist der Einleitkanal der zweiten Blende vorzugsweise im Wesentlichen tangential zur Mittenachse des Behälters ausgerichtet. Mittels des nur einen Einleitkanals in der zweiten Blende am Behälterboden lässt sich insbesondere eine ausreichend starke und gerichtete Strömung im Behälter erzeugen. Aufgrund der vorgegebenen Ausrichtung des einen Einleitkanales wird innerhalb des Behälters eine zur Behältermittenachse tangential ausgerichtete Strömung ausgebildet. Die zweite Blende mit ihrem im Wesentlichen tangential zur Mittenachse des Behälters verlaufenden Einleitkanal ist insbesondere dazu eingerichtet, innerhalb des Behälters das trombenförmige Strömungsbild des Gutes zu generieren.
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Vorzugsweise weisen die im Außmündungsbereich des Behälters beziehungsweise im Anschlussbereich der Rückführleitungen angeordneten Blenden eine im Wesentlichen bündig mit der Innenwandung des Behälters abschließende Einsatzfläche auf. Mit den bündig abschließenden Einsatzflächen ist ein vorteilhaft absatzloser Übergang zwischen der Blende und den die Blende umgebenden, benachbarten Wandabschnitt der Behälterwandung geschaffen. Somit werden die innerhalb des Behälters erzeugten Strömungen nicht durch vorstehende Wandungsteile im Strömungsverhalten beeinflusst. Turbolenzen oder Gegenströmungen, wodurch Bereiche mit reduzierter Strömung oder vollständig beruhigte Bereiche entstehen, sind dadurch mit Vorteil vermieden. Zudem weist jede Blende eine an die Formgebung der Behälterinnenfläche angepasste Einsatzfläche auf, womit das Strömungsverhalten erzeugten Strömungen des fließfähigen Gutes weiter verbessert ist, welches mithilfe der Blenden und deren Einleitkanäle wieder eingeleitet wird.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede Blende mit ihrem Einleitkanal um ihre Mittenachse verstellbeweglich in der Rückführleitung oder am Behälter aufgenommen ist. Mit der verstellbeweglichen Aufnahme bzw. Halterung der Blenden am Behälterboden können die Strömungen innerhalb des Behälters im Bedarfsfall verändert und damit eine zum Beispiel auf die Eigenschaften des fließfähigen Gutes angepasste Strömung innerhalb des Behälters generiert werden. Die Blenden können beispielsweise über Antriebsmittel in ihrer Ausrichtung verändert werden oder lassen sich gegebenenfalls auch von Hand verstellen. Vorzugsweise erfolgt nach dem Verstellen einer jeweiligen Blende das Fixieren der Blende in der jeweils voreingestellten Position. Mit dem Fixieren der Blenden soll gewährleistet werden, dass sich die Ausrichtung der entsprechend positionierten Blenden im Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht unbeabsichtigt verändert.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied innerhalb einer jeweiligen Rückführleitung ein Ventil ist. Der Einsatz eines Ventiles stellt eine vorteilhaft einfache Möglichkeit zur Ausbildung eines den Durchflussquerschnitt in den Rückführleitungen steuernden Stellgliedes dar. Als Ventil kann zum Beispiel ein Tellerventil Anwendung finden, dass innerhalb der Rückführleitung angeordnet ist und gleichzeitig mit Bereichen der Blende in eine den Durchflussquerschnitt versperrende abdichtende Anlage bringbar ist oder auch in eine den Durchflussquerschnitt freigebende Position bewegt werden kann. Bevorzugt kommt ein Ventil zur Anwendung, dessen Durchflussquerschnitt sich stufenlos verändern bzw. einstellen lässt.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Verfahren zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von fließfähigen Gütern, insbesondere von Emulsionen und Dispersionen umgesetzt werden, bei dem ein in einem Behälter aufgenommenes fließfähiges Gut einer Misch- und/oder Pumpeinrichtung zugeführt wird und anschließend nach dem Durchströmen der Misch- und/oder Pumpeinrichtung das Gut wahlweise über jeweils eine von zwei Rückführleitungen oder über beide Rückführleitungen gleichzeitig über den Behälterboden wieder in den Behälter eingeleitet wird.
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Mithilfe der Verfahrensschritte lässt sich, innerhalb eines Behälters einer Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von fließfähigen Gütern, bevorzugt das gesamte Gut in eine derart vorteilhafte Strömung versetzen beziehungsweise ein vorteilhaftes Strömungsbild des Gutes innerhalb des Behälters erzeugen, dass einem ungewollten oder selbsttätigen Entmischen des fließfähigen Gutes entgegengewirkt ist. Selbst Minderfüllmengen, die nicht mehr durch ein zum Beispiel im Inneren des Behälters angeordnetes Rührwerk in Strömung versetzt beziehungsweise umgewälzt werden, können durch ein gezieltes Wiedereinleiten des Gutes über wenigstens eine der Rückführleitungen und das Erzeugen bestimmter Strömungscharakteristika im Behälter in Bewegung gehalten werden. Durch das gezielte Einströmen des Gutes durch entweder die eine oder die andere Rückführleitung oder durch das gleichzeitige Durchströmen des Gutes durch beide Rückführleitungen kann beispielsweise ein sich gegen eine Wandungsabschnitt der Behälterwandung aufstauendes Strömungsbild, ein trombenförmiges Strömungsbild sowie ein turbulent ungerichtetes Strömungsbild generiert werden. Bevor das Gut wieder in den Behälter eingeleitet wird, erfolgt vorzugsweise im Ausmündungsbereich einer jeweiligen Rückführleitung durch eine in der Rückführleitung angeordnete Blende ein Umlenken beziehungsweise Ablenken der Strömungsrichtung in einem Winkel etwa quer zur Mittenachse der Rückführleitung. Bevorzugt wird das Gut über den Behälterboden in das Behälterinnere zurückgeleitet, wobei das Gut soweit umgelenkt wird dass es beim Wiedereintritt in den Behälter eine nahezu parallel zum Behälterboden gerichtete Strömung hat. Hinsichtlich der damit verbundenen Effekte und Vorteile wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Gut beim Durchströmen der Misch- und/oder Pumpeinrichtung vorzugsweise mithilfe einer Rotor/Stator-Anordnung, die Teil der Misch- und/oder Pumpeinrichtung ist, homogenisiert oder dispergiert wird. In diesem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt werden beim Durchströmen des Gutes durch die Misch- und/oder Pumpeinrichtung Scherkräfte auf das fließfähige Gut aufgebracht. Mit den auf das Gut einwirkenden Scherkräften kann eine vorteilhaft gleichmäßige Verteilung verschiedener im fließfähigen Gut vorhandener Bestandteile gewährleistet werden. Das Einbringen der Scherkräfte in das Gut erfolgt bevorzugt kontinuierlich während des gesamten Umwälzprozesses am Behälter.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
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1: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt;
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2: eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Behälters und einer daran angeschlossenen Misch- und/oder Pumpeinrichtung;
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2a: eine Draufsicht auf den Behälterboden des erfindungsgemäßen Behälters 1 und 2;
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3 und 3a: eine Seitenansicht und eine Draufsicht im Schnitt auf eine im Behälter erzeugte Trombe;
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4 und 4a: eine Seitenansicht und eine Draufsicht im Schnitt auf ein im Behälter alternativ erzeugbares Strömungsbild;
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5 und 5a: eine Seitenansicht und eine Draufsicht im Schnitt eines im Behälter erzeugbaren turbulent ungerichteten Strömungsbildes, und
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6: eine Detailansicht einer am Behälterboden angeordneten erfindungsgemäßen Blende im Schnitt.
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1 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von fließfähigen Gütern, welche einen Behälter 4 und eine am Behälter 4 angeschlossene Misch- und/oder Pumpeinrichtung 6 aufweist. Die nicht näher dargestellte Misch- und/oder Pumpeinrichtung weist eine Rotor/Stator-Anordnung auf, welche von einem Antriebsaggregat, wie zum Beispiel einem Elektromotor, angetrieben wird. Der Behälter 4 weist insbesondere eine zylindrische Form auf, wobei dessen Mittenachse M senkrecht zu einer Grundebene ausgerichtet ist. Der Behälter 4, an dem die Misch- und/oder Pumpeinrichtung 6 angeordnet ist, ist über ein Rahmengestell 8 in seiner Ausrichtung gehalten. Der Behälter 4 weist desweiteren eine beliebige Anzahl von Anschlüssen und Öffnungen 7, 7' im Bereich der Behälteroberseite auf, über die Messaggregate in den Behälter eingeführt oder die als Einfüllöffnung zum Einbringen der zu einem fließfähigen Gut zu verarbeitenden Materialien verwendet werden.
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2 ist eine perspektivische Schnittdarstellung des unteren Bereiches des Behälters 4 und der daran angeschlossenen Misch- und/oder Pumpeinrichtung 6, die deren Aufbau verdeutlichen soll. Der Behälter 4 weist einen Behälterboden 10 auf, der eine gewölbte Form hat, wobei der Behälterboden 10 in seinem Mittenbereich eine Öffnung 11 aufweist. Die Öffnung 11 ist mit einer Abführleitung 12 gekoppelt, welche die Saugseite der Misch- und/oder Pumpeinrichtung 6 mit dem Behälter 4 verbindet. Über die Abführleitung 12 wird das Gut am tiefsten Punkt des Behälters 4 heraus geleitet und strömt durch die Misch- und/oder Pumpeinrichtung 6 hindurch und gelangt auf deren Druckseite. Die Druckseite ist über zwei Rückführleitungen 14, 16 mit dem Behälter verbunden, über die das vorzugsweise unmittelbar zuvor durchmischte Gut wieder in den Behälter 4 eingeleitet wird. Die Rückführleitungen 14, 16 weisen im Anschlussbereich an den Behälter jeweils eine die Auströmrichtung der Rückführleitung beeinflussende Blende 18, 20 auf, über die das wiedereingeleitete Gut in vorgegebenen Eintrittsrichtungen in den Behälter einströmt und eine vorteilhaft wirkende Strömung des innerhalb des Behälters befindlichen Gutes erzielen lässt. Eine erste Blende 18 ist mit zwei Einleitkanälen 22, 24 ausgerüstet, und die zweite Blende 20 weist nur einen Einleitkanal 26 für das fließfähige Gut auf.
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Wie der 2a zu entnehmen, sind die Blenden 18, 20 auf einem Teilkreisdurchmesser um die Mittenachse M des Behälters 4 und damit auch der Abführleitung 12 angeordnet. Zwei durch die Mittenachse M des Behälters und eine jeweils durch den Mittenbereich einer Blende 18, 20 verlaufende Gerade G1 und G2 schließen einen Winkel im Bereich von etwa 40 Grad zueinander ein. Die Blenden 18, 20 sind in einem relativ geringen Abstand zueinander angeordnet. Die Einleitkanäle 22, 24 der ersten Blende 18 weisen Austrittsöffnungen auf, die im gleichen Abstand zu beiden Seiten der durch die Mittenachse M des Behälters und durch den Mittenbereich der ersten Blende 18 verlaufenden Gerade G1 angeordnet sind. Damit lässt sich eine vorteilhaft symmetrische Strömung innerhalb des Behälters erzeugen. Der Einleitkanal 26 der zweiten Blende 20 ist tangential zur Mittenachse M des Behälters 4 ausgerichtet, wodurch beim Austreten des Gutes über diese Blende eine vornehmlich tangential zur Mittenachse gerichtete Strömung erzeugt ist.
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Die 3 bis 5a zeigen die drei wesentlichen Betriebszustände der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2, welche sich in Abhängigkeit von der jeweils freigegebenen Rückführleitung 14, 16 ergeben. 3 und 3a zeigen den Fall, dass einzig die Rückführleitung 16 geöffnet ist und das fließfähige Gut über die Blende 20 und deren Einleitkanal 26 tangential zur Mittenachse M in den Behälter 4 einströmt. Wie aus der Schnittdarstellung der 3 ersichtlich entsteht innerhalb des Behälters 4 eine Trombe 27 mit einer trichterförmigen Vertiefung im Mittenbereich des Behälters. Die 4, 4a zeigen den Betriebszustand, in dem die Rückführleitung 14 geöffnet und die Rückführleitung 16 geschlossen ist. Dadurch strömt das Gut einzig über die erste Blende 18 mit ihren zwei Einleitkanälen 22, 24 in den Behälter. Durch die bevorzugt symmetrische Anordnung der Einleitkanäle, wie aus der Draufsicht 4a ersichtlich, ist im Behälter ein ebenfalls nahezu symmetrisches Strömungsbild erzeugt, was gleichzeitig eine sich gegen einen Wandungsabschnitt 28 der Behälterwandung aufstauende Strömung zur Folge hat (4).
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Die 5 und 5a zeigen den Betriebszustand der Vorrichtung 2, in dem beide Rückführleitungen 14, 16 geöffnet sind. Damit strömt das umzuwälzende Gut vorzugsweise gleichmäßig nach dem Durchströmen der Misch- und/oder Pumpeinrichtung 6 (2) über beide Blenden 18, 20 in den Behälter 4 ein. Dabei erfolgt eine Überlagerung der Strömungen, was zur Folge hat, dass innerhalb des Behälters 4 sich ein turbulent ungerichtetes Strömungsbild einstellt. Das sich im Behälter befindliche Gut, welches einer Minderfüllmenge eines üblicherweise in dem Behälter zu mischenden Gutes entspricht, weist keine eindeutig erkennbare oder gerichtete Strömung mehr auf. Stattdessen entstehen innerhalb des Gutes viele kleine Verwirbelungen 30, 30'. Die drei verschiedenen Betriebszustände können insbesondere in Abhängigkeit von dem zu verarbeitenden Gut eingestellt werden und sollen bewirken, dass sich das in den Behälter wiedereingeleitete Gut nicht selbsttätigt entmischt.
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In 6 ist beispielhaft eine Detailansicht der Blende 20 abgebildet. Die Blende hat einen zylindrischen Grundkörper 32 mit einer den freien Querschnitt der jeweils angeschlossenen Rückführleitung 14, 16 teilweise versperrenden Prallfläche 34. Desweiteren ist die Blende 20 mit einem Einleitkanal 26 ausgerüstet, über den die Umlenkung des in den Behälter 4 wiedereinzuleitenden Gutes vorgenommen wird. Der Einleitkanal 26 erstreckt sich zur Mittenachse W der Blende 20 in einem Winkelbereich zwischen 60 und 80 Grad. Der Einleitkanal erstreckt sich somit zur Mittenachse W der Blende in radialer und axialer Richtung. Die Blende 20 weist eine umlaufend bündig mit der Innenseite der Behälterwandung 36 abschließende Einsatzfläche 38 auf, welche zusätzlich an die Formgebung der die Einsatzfläche umgebenden Innenseite der Behälterwandung 36 angepasst ist. Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Einsatzfläche 38 weist eine konkave Kontur auf. Aufgrund der gewölbten Wandung des Behälterbodens 10 weist die Blende 20 mit ihrer Mittenachse W eine Neigung zur schematisch dargestellten Mittenachse M des Behälters 4 auf. Die Rückführleitung 16 kann beispielsweise mit der Blende 20 verschraubt sein.
