DE10204921C1 - Dispergier-Vorrichtung - Google Patents
Dispergier-VorrichtungInfo
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Abstract
Bei einer Vorrichtung zum Dispergieren insbesondere zähflüssiger Substanzen, mit einem Behälter mit einer oder mehr Öffnungen zum Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer oder mehr Öffnungen zum Ausleiten der dispergierten Substanzen sowie mindestens einem Rotor und einem Stator, wobei der mindestens eine Rotor zum Zweck des Dispergierens von in den Behälter eingeleiteten Substanzen gegenüber dem Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, wird ein schnelles und genau dosierbares Einleiten und mengenmäßiges Regeln von Substanzen dadurch ermöglicht, dass der Stator in Richtung der Rotationsachse des Rotors reziprozierbar gelagert ist und mittels einer Verschiebeeinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren
insbesondere flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische,
mit einem Behälter mit einer oder mehreren Öffnungen zum
Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer
oder mehreren Öffnungen zum Ausleiten der dispergierten
Substanzen, sowie mindestens einem Rotor und einem Stator,
wobei der mindestens eine Rotor zum Zweck des Dispergierens
von in den Behälter eingeleiteten Substanzen gegenüber dem
Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist.
Dispergier-Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden
im Stand der Technik in der Regel dazu verwendet, flüssige
Substanzen mit anderen flüssigen oder pulverförmigen
Substanzen so zu mischen, dass eine im wesentlichen
homogene desagglomerierte Masse entsteht. Die bekannten
Dispergier-Vorrichtungen weisen jedoch durchwegs den
Nachteil auf, dass insbesondere ein schnelles Einleiten von
Substanzen nicht gewährleistet ist. Ferner kann bei den
bekannten dynamischen Vorrichtungen während eines
Dispergiervorgangs der Energieeintrag in die zu
dispergierenden Substanzen nur über eine Drehzahländerung
eines Rotors gesteuert werden. Eine Änderung des
Energieeintrages darüber hinaus wäre nur mit zusätzlichen
Einrichtungen wie dem Einbau anderer Dispergierwerkzeuge
möglich. In Frage kämen dabei mehrstufige Werkzeuge oder
ähnliche. Hierzu wäre indes eine Demontage der betreffenden
Dispergiereinrichtung notwendig.
Eine Dispergier-Vorrichtung der eingangs genannten Art ist
aus DE 296 08 713 U1 bekannt. Um hochviskose Stoffe in
kürzer Zeit zu vermischen sind bei dieser Vorrichtung Zähne
und/oder Ansätze vorgesehen, die so ausgebildet sind, dass
sich bei Verstellung des Axialabstandes zwischen Rotor und
Stator das Scherspaltvolumen überproportional ändert.
Aus DE 825 084 C ist des weiteren eine Vorrichtung zum
Schallschwingungsbehandeln von Stoffen bekannt, bei der zum
Zweck einer gleichmäßigen intensiven Beschallung ein
Durchtrittsspalt für die zu behandelnden Stoffe vorgesehen
ist, dessen Weite periodisch mit Schallschwingungsfrequenz
veränderbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dispergier-Vorrichtung
zu schaffen, mittels derer ein schnelles
Einleiten von Substanzen ermöglicht ist, wobei ein
Energieeintrag unabhängig von einer Rotordrehzahl änderbar
ist.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe dadurch gelöst, dass der Stator in Richtung der
Rotationsachse des Rotors reziprozierbar gelagert ist und
mittels einer Verschiebeeinrichtung innerhalb eines
vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in
beliebiger Position arretierbar ist, wobei die
Verschiebeeinrichtung ein an der Außenwand des Behälters
vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei unter Bildung
eines lichten Zwischenraumes im Abstand parallel
angeordneten Einzelgewinden enthält und eine beide
Einzelgewinde abdeckende Mutter entlang dem Doppel-
Außengewinde drehbar verschiebbar ist, wobei der Stator
über einen durch ein Langloch in der Behälterwand geführten
Dorn mit der Mutter verbunden ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Flanschvorrichtung wird durch das
Merkmal, dass der Stator in Richtung der Rotationsachse des
Rotors reziprozierbar gelagert ist und mittels einer
Verschiebeeinrichtung innerhalb eines vorgegebenen
Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position
arretierbar ist, wobei die Verschiebeeinrichtung ein an der
Außenwand des Behälters vorgesehenes Doppel-Außengewinde
mit zwei unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im
Abstand parallel angeordneten Einzelgewinden enthält und
eine beide Einzelgewinde abdeckende Mutter entlang dem
Doppel-Außengewinde drehbar verschiebbar ist, wobei der
Stator über einen durch ein Langloch in der Behälterwand
geführten Dorn mit der Mutter verbunden ist, erreicht, dass
eine Dispergier-Vorrichtung geschaffen ist, mittels derer
durch axiales Verschieben des Stators aus der
Dispergierzone eine intensive Pumpwirkung erzeugt wird.
Dadurch ist gewährleistet, dass einzuleitende Substanzen
entsprechend ihres Benetzungsverhaltens entweder
scherintensiv oder seht schnell eingetragen werden können.
Ferner wird der Energieeintrag in das zu bearbeitende
Produkt je nach Eingriff des Stators in die Dispergierzone
beeinflusst. Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum einen eine sehr robuste und zum anderen
eine sehr genaue Steuerung der Position des hin- und her
beweglich gelagerten Stators sichergestellt ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der
Rotor mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist. Die
koaxial angeordneten Zähne können durch ihre Formgebung die
Pumpeigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung
unterstützen. Ferner können am Rotorboden rückwärtig
ausgebildete Pumpflügel angebracht sein. Auch der Stator
ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen mit koaxial
angeordneten Zähnen versehen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die
Dispergiereinheit mit anderen Werkzeugen bestückt ist.
Diese können konisch oder flach ausgebildete Mahlwerkzeuge
sein. Ferner können die koaxial verzahnten
Dispergierwerkzeuge auch mehrstufig ausgeführt sein.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der
Stator im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise
offenen und einer offenen Stirnfläche ausgebildet ist. Im
Zusammenspiel mit einem derartig ausgestalteten Stator
sind zwei Rotoren vorgesehen, von denen einer in der
Nachbarschaft der äußeren Mantelfläche des Stators und ein
anderer in der Nachbarschaft der inneren Mantelfläche des
Stators angeordnet ist. Ein Rotor ist dabei vorzugsweise im
wesentlichen als Hohlzylinder mit einer offenen und einer
geschlossenen, einen Boden bildenden Stirnfläche
ausgebildet, wobei die geschlossene Stirnfläche des Rotors
der teilweise offenen Stirnfläche des Stators im
Betriebszustand gegenübersteht und wobei ein Rotor im
Bereich der offenen Stirnfläche vorzugsweise mit koaxial
angeordneten Zähnen versehen ist. Die teilweise offene
Stirnfläche des Stators kann eine Ausgangsöffnung für das
dispergierte Produkt bilden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind innerhalb des
Behälters vorzugsweise ein oder mehr Vormischflügel
vorgesehen, die auf einer Welle gelagert sind, die entlang
der Längsachse des Behälters ausgerichtet ist.
Um eine große Füllmenge in den Behälter einleiten zu können
ist der vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildete Behälter
senkrecht positioniert, wobei oberhalb des Behälters ein
Container mit einem oberen zylindrischen Teil und einem
unteren konischen oder kugelausschnittförmigen Teil
vorgesehen ist, wobei der konische oder
kugelausschnittförmige Teil in einen oberen Teil des
Behälters, bzw. in eine offene Stirnfläche des Behälters
mündet. Um eine Vormischung sicherzustellen, ist in dem
Container dabei vorzugsweise ein Rührwerk vorgesehen.
Um eine Mehrfachverarbeitung der in dem Behälter zu
dispergierenden Substanzen zu erreichen ist bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise ein Rohrsystem
vorgesehen, das ausgehend von einer Öffnung zum Ausleiten
dispergierter Substanzen in dem konischen oder
kugelausschnittförmigen Teil des Containers mündet, wobei
diese Ausführungsform bei kleineren Füllmengen des
Behälters bevorzugt wird. Zum gleichen Zweck ist alternativ
oder zusätzlich ein Rohrsystem vorgesehen, das ausgehend
von einer Öffnung zum Ausleiten dispergierter Substanzen in
dem zylindrischen Teil des Containers mündet. Diese
Ausführungsform wird bei größeren Füllmengen des Behälters
bevorzugt.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der
Stator als Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist. Die
Ultraschall-Sonotrode kann dabei im wesentlichen als
Hohlzylinder mit einer teilweise offenen und einer offenen
Stirnfläche ausgebildet sein, wobei sie bei Einleiten
transversaler Ultraschallschwingungen in die teilweise
offene Stirnfläche automatisch mindestens eine
Schwingungsform annimmt, bei der sich der Abstand der
Zylinderwand von der zentralen Zylinderlängsachse
periodisch ändert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand
einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den
Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnitts
ansicht;
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1
dargestellten bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
Querschnittsansicht;
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 2
dargestellten bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
Querschnittsansicht.
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 3
dargestellten bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
Querschnittsansicht.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße
Vorrichtung 100 zum Dispergieren insbesondere flüssiger bis
zähflüssiger Substanzen weist einen Behälter 200 mit einer
Öffnung 210 zum Einleiten der zu dispergierenden Substanzen
sowie einer Öffnung 220 zum Ausleiten der dispergierten
Substanzen auf und enthält zwei Rotoren 150, 160 und einen
Stator 110, wobei die Rotoren 150, 160 zum Zweck des
Dispergierens von in den Behälter 200 eingeleiteten
Substanzen gegenüber dem Stator 110 jeweils um eine
Rotationsachse 155, 165 drehbar gelagert sind. Der Stator
110 ist erfindungswesentlich in Richtung der Rotationsachse
155 des Rotors 150 reziprozierbar gelagert und mittels
einer Verschiebeeinrichtung 170 innerhalb eines
vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und kann dabei in
beliebiger Position lösbar arretiert werden. Durch die
Pumpwirkung, die bei einem mittels der
Verschiebeeinrichtung 170 bewirkten Verschiebevorgang
erzeugt wird, können einzuleitende Substanzen entsprechend
ihres Benetzungsverhaltens sehr genau steuerbar langsam
oder schnell eingetragen werden.
Die Verschiebeeinrichtung 170 enthält ein an der Außenwand
des Behälters vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei
unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im Abstand
parallel angeordneten Einzelgewinden 171, 172, wobei eine
beide Einzelgewinde 171, 172 abdeckende Mutter 173 entlang
dem Doppel-Außengewinde drehbar verschiebbar ist und der
Stator 110 über einen durch ein Langloch 210 in der Wand
des Behälters 200 geführten Dorn 220 mit der Mutter 173
verbunden ist.
Die beiden Rotoren 150, 160 sind im wesentlichen als
Hohlzylinder mit einer geschlossenen, einen Boden 151, 161
bildenden Stirnfläche sowie einer offenen Stirnfläche 152,
162 ausgebildet und im Bereich der offenen Stirnfläche 152
ihrer Mantelfläche mit koaxial angeordneten Zähnen
versehen. Einer der Rotoren 150 ist dabei in der
Nachbarschaft der äußeren Mantelfläche des Stators 110
angeordnet und der andere Rotor 160 ist in der
Nachbarschaft der inneren Mantelfläche des Stators 110
angeordnet.
Der Stator 110 ist ebenfalls im wesentlichen als
Hohlzylinder ausgeführt und weist eine teilweise offene
Stirnfläche 111 und eine offene Stirnfläche 112 auf. Der
Stator 110 ist im Bereich seiner Mantelfläche mit koaxial
angeordneten Zähnen versehen, die als Schlitze in der
Mantelfläche ausgebildet sind, die ein zu dispergierendes
Substrat zu passieren vermag.
Innerhalb des Behälters sind Vormischflügel 300, 310
vorgesehen, die auf einer Welle 330 gelagert sind, die
entlang der Längsachse 230 des Behälters 200 ausgerichtet
ist, wobei oberhalb des Behälters 200 ein Container 400 mit
einem oberen zylindrischen Teil 410 und einem unteren
konischen Teil 420 vorgesehen ist, und in dem Container 400
ein Rührwerk 430 vorgesehen ist, wobei der konische Teil
420 des Containers 400 in einen oberen Teil 240 des
Behälters 200 mündet.
Ein Rohrsystem 500 mündet ausgehend von einer Öffnung 430
zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem konischen
Teil 420 des Containers 400, und ein weiteres Rohrsystem
510 mündet ausgehend von einer Öffnung 440 zum Ausleiten
dispergierter Substanzen in dem zylindrischen Teil 410 des
Containers 400.
Die dargestellte erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung
weist die Besonderheit auf, dass der Stator 110 als
Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist, wobei die
Ultraschall-Sonotrode im wesentlichen als Hohlzylinder mit
einer teilweise offenen und einer offenen Stirnfläche
ausgebildet ist und bei Einleiten von Ultraschall
schwingungen mindestens eine Schwingungsform annimmt, in
der sich der Abstand der Zylinderwand von der zentralen
Zylinderlängsachse periodisch ändert.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient
lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch
die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als
solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt
ist.
Claims (16)
1. Vorrichtung (100) zum Dispergieren insbesondere
flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem
Behälter (200) mit einer oder mehreren Öffnungen (210) zum
Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer
oder mehreren Öffnungen (220) zum Ausleiten der dispergierten
Substanzen, sowie mindestens einem Rotor (150, 160) und
einem Stator (110), wobei der mindestens eine Rotor (150,
160) zum Zweck des Dispergierens von in den Behälter (200)
eingeleiteten Substanzen gegenüber dem Stator (110) um eine
Rotationsachse (155, 165) drehbar gelagert ist, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stator (110) in Richtung der
Rotationsachse (155, 165) des Rotors (110) reziprozierbar
gelagert ist und mittels einer Verschiebeeinrichtung (170)
innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und
dabei in beliebiger Position arretierbar ist, wobei die
Verschiebeeinrichtung (170) ein an der Außenwand des
Behälters (200) vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei
unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im Abstand
parallel angeordneten Einzelgewinden (171, 172) enthält und
eine beide Einzelgewinde (171, 172) abdeckende Mutter (173)
entlang dem Doppel-Außengewinde drehbar verschiebbar ist,
wobei der Stator (110) über einen durch ein Langloch (210)
in der Behälterwand geführten Dorn (220) mit der Mutter
(173) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (150, 160) im
wesentlichen als Hohlzylinder mit einer offenen und einer
geschlossenen, einen Boden (151, 161) bildenden Stirnfläche
(152, 162) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (150, 160) im Bereich der offenen
Stirnfläche (152, 162)) mit koaxial angeordneten Zähnen
versehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) im
wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise offenen
(111) und einer offenen (112) Stirnfläche ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der Stator (110) im Bereich der offenen Stirnfläche
(112) mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der Stator (110) im Bereich der Mantelfläche des
Hohlzylinders mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotoren (150, 160)
vorgesehen sind, von denen einer in der Nachbarschaft der
äußeren Mantelfläche des Stators (110) und ein anderer in
der Nachbarschaft der inneren Mantelfläche des Stators
(110) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Stator (110) sowie
dem mindestens einem Rotor (150, 160) gebildete
Dispergiereinheit zusätzlich mit konisch oder flach
ausgebildeten Mahlwerkzeugen versehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die koaxial verzahnten
Dispergierwerkzeuge mehrstufig ausgeführt sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behälters (200)
ein oder mehrere Vormischflügel (300, 310) vorgesehen sind,
die auf einer Welle (330) gelagert sind, die entlang der
Längsachse (230) des Behälters (200) ausgerichtet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Behälters (200)
ein Container (400) mit einem oberen zylindrischen Teil
(410) und einem unteren konischen Teil (420) vorgesehen
ist, wobei der konische Teil (420) in einen oberen Teil
(240) des Behälters (200) mündet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Container (400) ein Rührwerk (430) vorgesehen
ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrsystem (500)
vorgesehen ist, das ausgehend von einer Öffnung (430, 440)
zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem konischen
Teil (420) des Containers (400) mündet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrsystem (500)
vorgesehen ist, das ausgehend von einer Öffnung (430, 440)
zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem zylindrischen
Teil (410) des Containers mündet.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) als
Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ultraschall-Sonotrode im wesentlichen als
Hohlzylinder mit einer teilweise offenen und einer offenen
Stirnfläche ausgebildet ist und bei Einleiten von
Ultraschallschwingungen mindestens eine Schwingungsform
aufweist, bei der sich der Abstand der Zylinderwand von der
zentralen Zylinderlängsachse periodisch ändert.
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