DE10204923C1 - Sonotrode disperser, e.g. for cleaning applications, has radial bridges connecting central receptor shaft to cylindrical body - Google Patents
Sonotrode disperser, e.g. for cleaning applications, has radial bridges connecting central receptor shaft to cylindrical bodyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sonotroden-Dispergier- Vorrichtung zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem Schwingkörper sowie einer Rezeptoreinrichtung zum Einleiten von Schwingungen in den Schwingkörper, wobei der Schwingkörper im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer ersten teilweise offenen sowie einer zweiten offenen Stirnfläche ausgebildet ist.The invention relates to a sonotrode dispersion Device for dispersing liquid to viscous Mixtures of substances, with a vibrating body and one Receptor device for introducing vibrations into the Vibrating body, the vibrating body essentially as Hollow cylinder with a first partially open and one second open end face is formed.
Sonotroden-Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik zu unterschiedlichsten Zwecken verwendet. So sind Sonotroden für Reinigungszwecke bekannt, wobei ein in einem Flüssigkeitsbad befindlicher Körper durch über die Sonotrode in die Flüssigkeit eingeleiteten Ultraschall gereinigt wird. Des weiteren sind Sonotroden für medizinische Zwecke bekannt, wobei Ultraschall entweder zur Diagnose oder zur Therapie in Teile des menschlichen Körpers eingeleitet wird.Sonotrode devices of the type mentioned are in the prior art for a wide variety of purposes used. So sonotrodes are known for cleaning purposes, a body in a liquid bath by being introduced into the liquid via the sonotrode Ultrasound is cleaned. There are also sonotrodes known for medical purposes, with ultrasound either for diagnosis or therapy in parts of the human Body is initiated.
Des weiteren sind im Stand der Technik Dispergiervorrichtungen bekannt, wobei diese Vorrichtungen in drei Kategorien unterteilbar sind. Diese sind zum einen die sogenannten dynamischen Dispergiervorrichtungen wie Scherkranzdispergierer, Kolloidmühlen, Rührwerke o. ä., mit einem Stator und einem oder mehr Rotoren. Darüber hinaus sind Hochdruckhomogenisatoren und statische Mischer bekannt.Furthermore, are in the prior art Dispersing devices known, these devices can be divided into three categories. On the one hand, these are the so-called dynamic dispersing devices such as Shear ring disperser, colloid mills, agitators or similar, with a stator and one or more rotors. Furthermore are high pressure homogenizers and static mixers known.
Sonotroden-Vorrichtungen zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische sind im Stand der Technik indes nicht bekannt.Sonotrode devices for dispersing liquid to viscous substance mixtures are state of the art not known, however.
Die bekannten Dispergiervorrichtungen zielen sämtlich darauf ab, einen möglichst großen Energieeintrag in die zu dispergierenden Substanzen zu erhalten, da dadurch eine kleine Partikelgröße und eine gleichmäßige Verteilung begünstigt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Energieeintrag bei den dynamischen Dispergiervorrichtungen ohne Potenzierung des Aufwandes nicht mehr steigerbar ist und somit in der Praxis aufgrund strömungstechnischer Vorgaben limitiert ist.The known dispersing devices all aim depends on the greatest possible energy input into the to obtain dispersing substances, as a result small particle size and even distribution is favored. However, it has been shown that the Energy input in the dynamic dispersing devices can no longer be increased without increasing the effort and thus in practice due to fluidic Is limited.
Aus DE 825 084 C ist eine Vorrichtung zum Schallschwingungsbehandeln von Stoffen, insbesondere zum Emulgieren von Flüssigkeiten bekannt, bei der eine gleichmäßige und intensive Beschallung dadurch erreicht ist, dass die Vorrichtung mit einem Durchtrittsspalt für die zu behandelnden Stoffe versehen ist, dessen Weite periodisch mit der Schallschwingungsfrequenz veränderbar ist.DE 825 084 C describes a device for Sound vibration treatment of fabrics, especially for Emulsifying liquids known at one uniform and intensive sound reinforcement achieved is that the device has a passage gap for the substances to be treated is provided, its width periodically changeable with the sound vibration frequency is.
Aus DE 17 72 035 U ist eine Dispergiervorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist indes eine Kombination mit herkömmlichen dynamischen Dispergiervorrichtungen mit einer oder mehr Rotor- und Statoreinheiten nicht ermöglicht.From DE 17 72 035 U a dispersing device is the known type. In this known However, the device is a combination with conventional ones dynamic dispersing devices with one or more Rotor and stator units not possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sonotroden-Vorrichtung zu schaffen, mittels derer ein effektives und gleichmäßiges Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische ermöglicht ist, wobei die Vorrichtung insbesondere in Kombination mit herkömmlichen dynamischen Dispergier vorrichtungen mit einer oder mehr Rotor- und Statoreinheiten verwendbar sein soll.The object of the invention is a sonotrode device to create by means of which an effective and uniform Dispersing liquid to viscous mixtures of substances is made possible, the device in particular in Combination with conventional dynamic dispersing devices with one or more rotor and Stator units should be usable.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die teilweise offene erste Stirnfläche eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege aufweist, die mit ihrem einen Ende mit der zentral angeordneten Rezeptoreinrichtung und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche des Hohlzylinders verbunden sind.For a device of the type mentioned above, this is Problem solved in that the partially open first End face a plurality of radially aligned webs has one end with the central arranged receptor device and with its other end are connected to the outer surface of the hollow cylinder.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch das Merkmal, dass die teilweise offene erste Stirnfläche eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege aufweist, die mit ihrem einen Ende mit der zentralen angeordneten Rezeptoreinrichtung und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche des Hohlzylinders verbunden sind, erreicht, dass erstmals eine Vorrichtung geschaffen ist, mittels derer ein Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische in einer als Hohlzylinder ausgebildeten Sonotrode ermöglicht ist. Aufgrund der besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sonotrode ist die Möglichkeit geschaffen, den als Sonotrode ausgebildeten Hohlzylinder als Stator zu verwenden und einen Dispergiervorgang insbesondere durch eine weitere dynamische Dispergiereinheit mit einem oder mehr Rotoren, die in und/oder um den Hohlzylinder angeordnet sind, zu unterstützen. Der Hohlzylinder ist dabei aufgrund seiner charakteristischen Ausbildung mit hoher Präzision geführt bewegbar.In the device according to the invention Feature that the partially open first face is a Has a plurality of radially aligned webs with one end arranged with the central one Receptor device and with its other end with the Lateral surface of the hollow cylinder are connected, that a device is created for the first time by means of dispersing liquid to viscous Substance mixtures in a hollow cylinder Sonotrode is enabled. Because of the special The configuration of the sonotrode according to the invention is Possibility created the trained as a sonotrode Hollow cylinder to use as a stator and one Dispersion process in particular by another dynamic dispersion unit with one or more rotors, which are arranged in and / or around the hollow cylinder support. The hollow cylinder is due to its characteristic training with high precision movable.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Hohlzylinder als Stator einer dynamischen Dispergiereinheit mit mindestens einem Rotor ausgebildet ist. Der mindestens eine Rotor ist dabei vorzugsweise in oder um den Hohlzylinder angeordnet, um einen Dispergiervorgang zu unterstützen.According to a first preferred embodiment of the The device according to the invention provides that the Hollow cylinder as the stator of a dynamic dispersion unit is formed with at least one rotor. The at least one rotor is preferably in or around the Hollow cylinder arranged to disperse support.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Hohlzylinder im Bereich seiner Mantelfläche eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Die Öffnungen sind dabei vorzugsweise als rechteckige Schlitze ausgebildet, die zwei lange sowie zwei kurze Seiten aufweisen, wobei die langen Seiten parallel zur Längsachse des Hohlzylinders ausgerichtet sind. Alternativ können die Öffnungen kreisförmig ausgebildet sein. According to another preferred embodiment of the The device according to the invention provides that the A plurality of hollow cylinders in the area of its lateral surface of openings. The openings are there preferably formed as rectangular slots, the two have long and two short sides, the long Sides parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder are aligned. Alternatively, the openings be circular.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Rezeptoreinrichtung als entlang ihrer Längsachse longitudinal schwingende Welle ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment of the The device according to the invention provides that the Receptor device as along its longitudinal axis longitudinally oscillating shaft is formed.
Die Rezeptoreinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise im Bereich ihres Schwingungsknotens mechanisch gelagert, um eine ungewünschte Energieausleitung bzw. Dämpfung der eingeleiteten Ultraschalls möglichst zu vermeiden.The receptor device of the device according to the invention is preferably in the area of its vibration node mechanically stored to avoid unwanted energy dissipation or attenuation of the ultrasound introduced as possible avoid.
Des weiteren ist die Rezeptoreinrichtung vorzugsweise einstückig mit dem Schwingkörper ausgebildet, um Energieverluste des in die Rezeptoreinrichtung eingeleiteten Ultraschalls zu vermeiden.Furthermore, the receptor device is preferred integrally formed with the vibrating body in order Energy loss of the in the receptor device to avoid introduced ultrasound.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Piezokristall als Konverter von elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen zum Einleiten in die Rezeptoreinrichtung vorgesehen ist. Der Piezokristall schwingt dabei vorzugsweise mit einer Frequenz von 20 bis 50 KHz.According to a further preferred embodiment of the The device according to the invention provides that a Piezo crystal as a converter of electrical vibrations into mechanical vibrations to introduce into the Receptor device is provided. The piezo crystal preferably vibrates at a frequency of 20 to 50 kHz.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:The device according to the invention is described below a preferred embodiment explained in the Figures of the drawing is shown. In it show:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg unten; Figure 1 shows a preferred embodiment of the device according to the invention in an oblique view from below.
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben. Fig. 2 shows the preferred embodiment of the device according to the invention shown in Fig. 1 in an oblique view from above.
Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eingebaut in eine dynamische Dispergiereinheit, in einer ersten Querschnittsansicht; Fig. 3 is illustrated in FIG 1 preferred embodiment of the device according to the invention, installed in a dynamic dispersing, in a first cross-sectional view.
Fig. 4 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eingebaut in eine dynamische Dispergiereinheit, in einer anderen Querschnittsansicht. Fig. 4 shows the preferred embodiment of the device according to the invention shown in Fig. 1, installed in a dynamic dispersion unit, in another cross-sectional view.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße Sonotroden-Dispergier-Vorrichtung 100 zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische weist einen Schwingkörper 110 sowie ein Rezeptoreinrichtung 120 zum Einleiten von Schwingungen in den Schwingkörper 110 auf, wobei der Schwingkörper 110 im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer ersten teilweise offenen Stirnfläche 130 sowie einer zweiten offenen Stirnfläche 140 ausgebildet ist.The sonotrode dispersing device 100 according to the invention for dispersing liquid to viscous substance mixtures shown in FIGS. 1 to 4 has a vibrating body 110 and a receptor device 120 for introducing vibrations into the vibrating body 110 , the vibrating body 110 essentially as a hollow cylinder with a first partially open end face 130 and a second open end face 140 is formed.
Der als Hohlzylinder ausgebildete Schwingkörper 110 weist im Bereich seiner Mantelfläche 111 eine Mehrzahl von Öffnungen 112 aufweist, wobei die Öffnungen 112 als rechteckige Schlitze ausgebildet sind. Die Schlitze 112 weisen dabei zwei lange sowie zwei kurze Seiten auf, wobei die langen Seiten parallel zur Längsachse 113 des Schwingkörpers 110 ausgerichtet sind.The oscillating body 110 designed as a hollow cylinder has a plurality of openings 112 in the area of its lateral surface 111 , the openings 112 being designed as rectangular slots. The slots 112 have two long and two short sides, the long sides being aligned parallel to the longitudinal axis 113 of the oscillating body 110 .
Der Schwingkörper 110 ist als Stator einer dynamischen Dispergiereinheit mit mindestens einem Rotor 150 sowie einem Rotor 160 ausgebildet, wobei der Rotor 150 in der Nachbarschaft der Mantelinnenfläche 111' angeordnet ist und der Rotor 160 in der Nachbarschaft der Mantelaußenfläche 111" des Schwingkörpers 110 angeordnet ist, wobei die Rotoren 150, 160 einen Dispergiervorgang unterstützend wirken. Jeder der Rotoren 150, 160 ist im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer geschlossenen, einen Boden 151, 161 bildenden Stirnfläche sowie einer offenen Stirnfläche ausgebildet, wobei jeder Rotor 150, 160 in dem Bereich der offenen Stirnfläche seiner Mantelfläche mit koaxial angeordneten Zähnen 152, 162 versehen ist.The vibrating body 110 is designed as a stator of a dynamic dispersion unit with at least one rotor 150 and a rotor 160 , the rotor 150 being arranged in the vicinity of the inner surface 111 'and the rotor 160 being in the vicinity of the outer surface 111 ''of the vibrating body 110 , wherein the rotors 150 , 160 support a dispersing process, each of the rotors 150 , 160 is essentially designed as a hollow cylinder with a closed end surface forming a bottom 151 , 161 and an open end surface, each rotor 150 , 160 in the region of the open one End face of its outer surface is provided with coaxially arranged teeth 152 , 162 .
Die teilweise offene erste Stirnfläche 130 des Schwingkörpers weist eine Mehrzahl radial ausgerichteter Stege 131, 132, 133 auf, die mit ihrem einen Ende mit der zentral angeordneten Rezeptoreinrichtung 120 und mit ihrem anderen Ende mit der Mantelfläche 111 des Schwingkörpers 110 verbunden sind. Die teilweise offene Stirnfläche 130 des Schwingkörpers 110 bildet eine Ausgangsöffnung für das dispergierte Produkt.The partially open first end face 130 of the vibrating body has a plurality of radially aligned webs 131 , 132 , 133 , which are connected at one end to the centrally arranged receptor device 120 and at the other end to the lateral surface 111 of the vibrating body 110 . The partially open end face 130 of the vibrating body 110 forms an exit opening for the dispersed product.
Die Rezeptoreinrichtung 120 ist als entlang ihrer Längsachse 113 longitudinal schwingende Welle ausgebildet und ist im Bereich ihres Schwingungsknotens 121 mechanisch gelagert. Die Lagerung ist in Richtung der Rotationsachse der als zusätzliche dynamische Dispergiereinheit wirkenden Rotoren 150, 160 mittels einer Verschiebeeinrichtung 170 innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar.The receptor device 120 is designed as a longitudinally oscillating shaft along its longitudinal axis 113 and is mechanically supported in the region of its oscillation node 121 . The bearing can be displaced in the direction of the axis of rotation of the rotors 150 , 160, which act as an additional dynamic dispersion unit, by means of a displacement device 170 within a predetermined stroke range and can be locked in any position.
Die Rezeptoreinrichtung 120 ist einstückig mit dem Schwingkörper 110 ausgebildet, um ein möglichst effektives Einleiten von Ultraschallschwingungen in den Sonotrodenschwingkörper 110 zu erreichen. Ein Piezokristall 180 ist als Konverter von elektrischen Schwingungen in mechanische Ultraschallschwingungen vorgesehen, wobei der Piezokristall mit einer Frequenz von 20 KHz schwingt.The receptor device 120 is formed in one piece with the vibrating body 110 in order to achieve the most effective possible introduction of ultrasonic vibrations into the sonotrode vibrating body 110 . A piezo crystal 180 is provided as a converter of electrical vibrations into mechanical ultrasonic vibrations, the piezo crystal vibrating at a frequency of 20 kHz.
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.The embodiment of the invention explained above serves merely for the purpose of better understanding the through the claims defined teaching according to the invention, which as not limited by the embodiment is.
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