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Verfahren und Vorrichtung zur physikalischen Bearbeitung von Flüssigkeiten
unter sich oder in Verbindung mit Feststoffen und/oder Gasen Vorliegende Erfindung
betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur physikalischen Bearbeitung, wie Mischen,
Rühren, Verteilen, Zerkleinern, Zerreiben, Emulgieren, Dispergieren, Homogensieren,
von Flüssigkeiten unter sich oder in Verbindung mit Feststoffen und/oder Gasen,
bei denen das Arbeitsgut mittels umlaufender Flächen beschleunigt wird.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen ein schleudernd
wirkendes Rührwerkzeug von einem feststehenden oder auch gegenläufig umlaufenden
Gehäuse umgeben ist, in welchem sich Öffnungen befinden, die den Durchtritt des
von dem Rührwerkzeug geförderten Arbeitsgutes radial nach außen ermöglichen oder
aber deren Form eine Ablenkung der senkrecht zur Umlaufachse austretenden Flüssigkeit
in eine anders gerichtete Strömung bewirkt. Ein unmittelbarer Einfluß auf die radial
strömende oder umgelenkte Flüssigkeit ergibt sich dabei nicht, so daß die eintretenden
Wirkungen verhältnismäßig geringfügig und schwach sind.
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Man hat weiter in den Weg derartiger Flüssigkeiten enge Spalte geschaltet,
um auf diese Weise die erforderlichen Beeinflussungen zu erzielen. Aber auch diesen
Versuchen ist kein durchgreifender Erfolg beschieden gewesen, vielmehr entsprach
die Wirkung lediglich dem baulichen und betrieblichen Aufwand.
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Es ist auch schon bekanntgeworden, bei einer Misch-und Rühreinrichtung,
bei der das Arbeitsgut axial angesaugt, radial und peripher beschleunigt und hierauf
wieder axial umgelenkt wird, den sich an die Umlenkung anschließenden Austrittsraum
durch radial gestellte Leitflächen zu unterteilen, um auf diese Weise nicht nur
die periphere Geschwindigkeitskomponente des Arbeitsgutes zu beseitigen, sondern
im Arbeitsgut Wirbel und Wirbelströmungen zu erzeugen, durch welche die Rühr- und
Mischwirkung begünstigt werden soll. Scherkräfte werden dadurch auf das Gut nicht
ausgeübt, auch wird die Gesamtmasse des Gutes derartigen Wirkungen als Ganzes unterworfen.
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Es ist schließlich bekanntgeworden, Mischgut in Schichten umzubilden
und die Schichten zu verwirhelm. Die Schichtbildung wurde dabei jedoch durch allmähliche
Formveränderung der Masse des Gutes, also stetig durchgeführt. So hat man beispielsweise
den Rührkörper unterteilt und dabei die obere Rührkörperhälfte so ausgebildet, daß
das Gut etwa waagerecht ausgeschleudert wurde. Dagegen war die Austrittsrichtung
des Gutes aus der unteren Kreiselrührerhälfte senkrecht gerichtet, so daß die eine
Masse die andere Masse am Umfang des Rührers senkrecht oder annähernd senkrecht
durchkreuzt. Eine Auflösung des Gutes in einzelne dünne Schichten erfolgt also auch
bei derartigen Vorrichtungen nicht. Ebensowenig werden Scherkräfte ausgeübt, die
jedoch erforderlich sind, wenn man die Voraussetzungen für eine innige Mischung
verwirklichen will. Die angestrebten Wirkungen treten auch nicht bei den Mischvorrichtungen
auf, bei denen einem Einlauftrichter eine Schleuderscheibe in Verbindung mit einem
Prallring zugeordnet ist, um eine Ablenkung des senkrecht zur Umlaufachse austretenden
Flüssigkeitsgemisches zu bewirken. Auch hier fehlt wieder eine Aufteilung des Gutes
in dünne Schichten, die gleichzeitig oder unmittelbar anschließend starken Scherkräften
ausgesetzt werden.
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Dies trifft auch für die Vorrichtungen zu, bei denen eine Flüssigkeit
oder ein Flüssigkeitsgemisch mittels eines mit Rippen versehenen Rührkörpers beschleunigt
und in ein bei Zentrifugalpumpen übliches Spiralrohr übergeführt wird, an das sich
die Förderleitung zum Mischbehälter hin anschließt.
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Gemäß vorliegender Erfindung sollen diese Verhältnisse grundsätzlich
geändert werden.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur physikalischen Bearbeitung,
wie Mischen, Rühren, Verteilen, Zerkleinern, Zerreiben, Emulgieren, Dispergieren,
Homogenisieren, von Flüssigkeiten unter sich oder in Verbindung mit Feststoffen
und/oder Gasen, bei dem das Arbeitsgut mittels umlaufender Flächen radial und peripher
beschleunigt wird, kennzeichnet sich dadurch, daß im Verhältnis zur Masse des beschleunigten
Arbeitsgutes dünne Schichten aus diesem abgeschält, die dünnen Schichten je für
sich verwirbelt und die Wirbelströme wieder zur Masse des Arbeits-
gutes
vereinigt werden. Bei dem Abschälen kommt es zum Auftreten der erwünschten hohen
Scherkräfte, die damit auf das Gut wirksam werden; weiter wird durch die Aufteilung
des Gutes in Schichten erreicht, daß kein Teil des Gutes den Beeinflussungen entzogen
wird. Es entstehen außerordentlich hohe Wirbelgeschwindigkeiten, wobei durch die
zwischen den einzelnen Strömungsfäden auftretenden Geschwindigkeitsdifferenzen diejenigen
Umschichtungen eintreten, die für das Mischen, Rühren, Verteilen, Emulgieren, Homogenisieren
usw. erforderlich sind. Durch Bemessung der Wirbelraumauslässe und durch ihre Ausgestaltung
hat man es ferner in der Hand, auch die Verweilzeit des Arbeitsgutes in den Wirbelräumen
auf den Wert zu bringen, der erforderlich ist, um die genannten physikalischen Bearbeitungsvorgänge
vollständig durchzuführen.
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Das Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daR das beschleunigte
Arbeitsgut Wirbelräumen zugeführt wird, die an den Beschleunigungsraum radial angeschlossen,
durch Rotationsflächen begrenzt und in Richtung der Erzeugenden der Rotationsflächen
langgestreckt sind. Da diese Wirbel räume an einen gemeinsamen, peripher verlaufenden
Spaltraum zwischen einem umlaufenden und einem unbeweglich gehaltenen Teil der zur
Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung unmittelbar angeschlossen werden
können, besteht die Möglichkeit, das Verfahren so durchzuführen, daß die abgeteilten
dünnen Schichten den Wi rbelräumen gleichzeitig zugeführt werden. Dadurch treten
beim Eintritt des Arheitsgutes in die Wirbelräume starke Prallkräfte mit hoher Frequenz,
bedingt durch die Vielzahl der beschleunigenden Flächen und der Wirbelraumeinlässe,
auf. Diese Prallkräfte sind bei Zerkleinerungs-, Zerreibungs- und Zerreißungsvorgängen
von besonderer Wichtigkeit deshalb, weil sie in Verbindung mit hohen Scherkräften
auftreten.
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In den Wirbel räumen tritt eine Strömungsablenkung ein. die im Sinne
der durchzuführenden Arbeitsvorgänge wirkt. An den Austrittsenden der Wirbelräume
tritt das Arbeitsgut mit hoher Geschwindigkeit in Form rotierender Strahlen aus.
Diese rotierenden Strahlen erzeugen ihrerseits eine kräftige Mischung mit dem benachbarten
Behälterinhalt, so daß auch schwerere Feststoffteile aufgewirbelt und in den Arbeitsvorgang
einbezogen werden. Führt man das rbeitsgut dabei aus den Wirbelräumen im wesentlichen
in deren axialer Längsrichtung ab, so wird das Arbeitsgut in den Wirbelräumen im
wesentlichen an deren Rotationsflächen, ohne Bildung eines Kernes, entlanggeführt.
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Führt man das Arbeitsgut nur in einer Richtung aus den Wirbelräumen
heraus, so erhält man die bereits erwähnten kräftigen Durchwirbelungen des gesamten
Behälterramues, in welchem derartige Verfahren durchgeführt werden. Trotzdem kann
es erwünscht sein, das Arbeitsgut auch nach beiden Richtungen abzuführen.
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Im Wesen des Verfahrens liegt es weiter, daß das Arbeitsgut nach
dem Austritt aus den Wirbelräumen weiteren Behandlungen zugeführt werden kann. Das
geschieht im einfachsten Falle dadurch, daß das Arbeitsgut nach dem Austritt aus
der Längsrichtung der Wirbel räume abgelenkt wird. Man kann aber auch das Arbeitsgut
nach dem Austritt aus den Wirbelräumen durch enge, vorzugsweise veränderliche Spalte
führen, so daß hier nochmals hohe Scherkräfte auftreten, die die Zerkleinerungs-,
Zerreibungs- und Zerreißungsvorgänge fördern. Es besteht schließlich die NIöglichkeit.
das Arbeitsgut einer zusätzlichen Bewe-
gung, etwa einer kreisenden Verwirbelung,
Zerpackung, einem kreisenden Schnitt od. dgl., zu unterwerfen, um auf diese Weise
eine Nachbearbeitung des Arbeitsgutes zu erzielen, zumal der Rotor vorhanden ist,
der die Möglichkeit bietet, als Träger weiterer Bearbeitungswerkzeuge mit kreisender
Arbeitsbewegung zu dienen.
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In manchen Fällen kann es erwünscht sein, einen Teil des Arbeitsgutes
vor dem Austritt abzuzweigen und dem Verfahren erneut zu unterwerfen. Auch nach
dieser Rezirkulation kann das Arbeitsgut wieder weiteren Behandlungen unterworfen
werden, wenn das erforderlich ist.
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Die zur Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtungen kennzeichnen
sich vorzugsweise dadurch, daß im Stator einer Umlaufpumpe, vorzugsweise einer Kreiselpumpe,
in Richtung deren Antriebswelle verlaufende, durch Rotationsflächen begrenzte, als
Wirbelkammern wirksame Ausnehmungen angeordnet sind, die mit dem Läuferraum der
Pumpe über auf das Arbeitsgut abschälend wirksame Schlitze in der Statorwandung
in Verbindung stehen. Natürlich ist es nicht erforderlich, daß der Stator hierzu
aus einem Stück besteht. Man könnte beispielsweise auch an ein den Rotor umgebendes
Ringstück Einzelkammern ansetzen, die als derartige Wirbelkammern wirksam sind.
Ist dabei der in einer Ebene senkrecht zur Antriebswelle gemessene Abstand einer
Wirbelkammerachse, um welche die eine Wirbelkammer begrenzende Rotationsfläche läuft,
von der an den Pumpenläufer angrenzenden Statorwand kleiner als der Abstand der
Wirbelkammerachse von der Rotationsfläche, so erhält man in Ahhängigkeit von dieser
Differenz äußerst schmale Eintrittsschlitze für das in die Wirbelkammern eingeschleuderte
Arbeitsgut mit entsprechend scharfen Kanten, die somit im Verhältnis zur kreisenden
Masse des Arbeitsgutes dünne Schichten abschälen.
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Bemißt man die Höhe dieser Schlitze kleiner als die in gleicher Richtung
gemessene Höhe der Rippen des Pumpenläufers, so treten im Arbeitsgut notwendigerweise
Stauungen auf, die abdichtend wirken. Bemißt man dagegen die Höhe der Schlitze so,
daß sie annähernd der Statorhöhe entsprechen, so kann man durch Verwendung das Ganze
abschließender Deckel vor allem die Rezirkulationseinnchtungen unterbringen, die
in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel noch näher besprochen werden sollen.
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Ordnet man gegenüber den Austrittsöffnungen der Wirbelkammern eine
axial verstellbare Ringscheibe als Abdeckglied an, so wird hierdurch eine erste
Möglichkeit zur Nachbearbeitung von Arbeitsgut geschaffen, weil dann das Arbeitsgut
gezwungen wird, sich durch mehr oder weniger enge Spalte mit starken Umlenkungen
hindurchzuarbeiten, so-daß die gewünschten Umschichtung eintreten. Das Abdeckglied
kann aber auch am Pumpenläufer befestigt und hierbei in beliebiger Weise, beispielsweise
als Schlitze oder Schleuderscheibe, ausgebildet sein.
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Auch in bezug auf die Ausbildung der Wirbelkammern selbst bestehen
eine Reihe von Möglichkeiteil. Als Grundform derartiger Wirbelkammern wird man eine
hohlzylindrische Ausgestaltung derselben in Betracht ziehen müssen. Verwendet man
jedoch hohlkegelartige Ausbildungen, so erreicht man, je nachdem, ob sich die Hohlkegel
in Austrittsrichtung des Arbeitsgutes verjüngen oder erweitern, eine Zunahme bzw.
Abnahme der Wirbelgeschwindigkeiten. Man kann natürlich auch doppelkonische Ausbildungen
verwirklichen, so daß die Wirbelgeschwindigkeitszu- oder
-abnahmen
nur vorübergehend auftreten. Man kann weiter die Wirbelkammerwände mit Längs- oder
Querrippen und mit schraubengangförmigen Wülsten versehen, die in oder entgegengesetzt
zur Strömungsrichtung verlaufen, so daß die Prallwirkungen gesteigerbt werden können.
Weitere Möglichkeiten bestehen in der Anordnung von Einsatzkörpern, beispielsweise
Einsatzkegeln, so daß hierdurch die Randströmung begünstigt und die lQernströmung
ausgeschlossen wird.
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Bei den angegebenen Formen handelt es sich jedoch nur um beispielsweise
Angaben, die abweichende Formgebungen nicht ausschließen.
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Besonders zweckmäßig kann die Anordnung von Einrichtungen sein, die
aus den Wirbelkammern entlassenes Arbeitsgut den Wirbelkammern erneut zuführen,
so daß die bereits erwähnte Rezirkulation eintritt, die ebenfalls durch entsprechende
Ausbildung und Anordnung dieser Einrichtungen auf jeden Wert gebracht werden kann,
so daß beispielsweise nur ein Bruchteil des in der Vorrichtung befindlichen Gutes
austritt, während die Hauptmasse entsprechend der Geschwindigkeit des austretenden
Gutes den Bearbeitungsvorgängen mehr oder weniger lange unterworfen bleibt. Zu diesem
Zwecke kann der Stator einen vorteilhaft als Zufuhrstutzen für das Arbeitsgut ausgebildeten,
etwa als Deckel des Stators ausgestalteten Teil aufweisen, dessen konkav ausgenommene
innere Begrenzungsfläche die Wirbelkammerauslässe derartig übergreift, daß der vom
betrachteten Statorteil gebildete Hohlraum zum I,äufer hin offen ist. Befinden sich
dann beispielsweise zur Abführung von Arbeitsgut zwischen den Wirbelkammern im Rotor
Bohrungen, die das Arbeitsgut abführen, so wird nur derjenige Teil des Arbeitsgutes
über diese Bohrungen entlassen, der im Verhältnis der Querschnitte dieser Bohrungen
zum Auslaßquerschnitt im Deckelhohlraum auszutreten vermag. Man hat es also durch
Bemessung dieser Bohrungen in der Hand, die Größe der Rezirkulation beliebig einzustellen.
In den Bohrungen können sich beispielweise Düsen veränderlichen lichten Ouerschnittes
befinden, so daß auf diese Weise die Größe der Rezirkulation bei im übrigen unveränderter,
Vorrichtung einstellbar ist. An die Auslässe kann ein ringförmiger Sammelraum angeschlossen
sein, der gleichzeitig die tiefste Stelle der Vorrichtung ist, so daß sich die Vorrichtung
selbsttätig entleert, was in bestimmten Fällen wichtig werden kann. Darüber hinaus
kann man im Sammelraum unterhalb der Auslässe einen zur Nachbearbeitung des Arbeitsgutes
dienenden Teil des Läufers, etwa ein mit Schlagrippen besetztes Flügelrad, anordnen,
um auf diese Weise eine Nachbearbeitung des Arbeitsgutes zu erzielen, die in manchen
Fällen wünschenswert ist. Diese Läuferteile bilden gleichzeitig eine Art I,abyrinthdichtung
im Verhältnis zum Stator, so daß der Austritt unbearbeiteten Gutes ausgeschlossen
ist.
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Die Zeichnung gibt beispielsweise Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung
wieder. Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Vorrichtung,
bei welcher die Wirbelkammern nach beiden Seiten hin ofen sind; Fig. 2 entspricht
einem waagerechten Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 gibt eine Vorrichtung
mit gleichzeitiger Nachbearbeitung des Arbeitsgutes wieder durch veränderliche Regelung
der Austrittsquerschnitte der Wirbelkammern mit einstellbarer Spaltbildung; Fig.
4 zeigt eine Vorrichtung mit Wirbelkammern, die nur einen einseitigen Austritt aufweisen;
Fig.
5 zeigt zum Unterschied zu der Ausführung nach Fig. 1 nach oben und unten geöffnete
Einlässe, so daß sich diese Ausführungsform besonders gut zur Durchmischung von
Stoffen eignet, deren spezifische Gewichte große Unterschiede aufweisen; Fig. 6
zeigt eine Vorrichtung, bei der der Pumpenläufer zwecks gleichzeitiger Nachbearbeitung
des Arbeitsgutes mit einer Schlitzscheibe versehen ist; Fig. 7 entspricht einer
Draufsicht auf Fig. 6, in Pfeilrichtung VII gesehen; Fig. 8 veranschaulicht konisch
erweiterte Wirbelkammern; Fig. 9 entspricht einem Querschnitt nach der Linie IX-IX
der Fig. 8; Fig. 10 gibt eine Ausführungsform wie der, bei der eine Rezirkulation
des Arbeitsgutes stattfindet; Fig. 11 entspricht im oberen Teil einem waagerechten
Schnitt nach LinieN-X, im unteren Teil einem waagerechten Schnitt nach I,inie XI-XI
der Fig. 10.
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Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt
es sich um ein zur physikalischen Bearbeitung von Stoffen dienende Vorrichtung,
die aus dem umlaufenden Pumpenläufer 1 mit der Antriebswelle 2 besteht. Der Pumpenläufer
weist eine Einsaugöffnung 3 für das zu behandelnde Arbeitsgut auf. Der Läufer ist
an seinem äußeren Umfang mit Rippen 4 besetzt, die in Fig. 2 als geradlinig verlaufende
Flügel erkennbar sind, die aber auch gekrümmt ausgeführt sein können, um entsprechend
den Erkenntnissen der Hydrodynamik günstige Strömungsverhältnisse und geringe Verluste
aufzuweisen. Um den Pumpenläufer 1 bis 4 liegt der Stator 5, der die Grundform eines
nach unten offenen Topfes besitzt, durch dessen Öffnung6 die Antriebswelle2 des
Läufers 1 hindurchgeführt ist. Streben 7, die etwa als im Verband drehfeste Zugstangen
ausgeführt sind, halten den Stator an seinem Platze. Die verhältnismäßig dick ausgeführte
Seitenwand des Stators 5 enthält eine Reihe von durch Rotationsflächen begrenzten,
als Wirbelkammern wirksamen Ausnehmungen 8, die bei einfachster Ausführung als zylindrische
Ausbohrungen der dicken Seitenwände des Stators 5 ausgeführt sind.
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Der Durchmesser der die Wirbelkammern 8 begrenzenden Rotationsfläche
9 ist dabei so bestimmt, daß er etwas größer ist als der Abstand der Wirbelkammerachse
von der inneren Statorwandung 10. Dadurch bilden sich in der Statorwandung 10 eine
Reihe schlitzförmiger Öffnungen 11 mit scharfen Kanten 12. 13 aus, so daß die Kanten
12 bei dem angegebenen Richtungssinn 14 des Läufers 1 bis 4 als schneidend und abschälend
wirsame Eintrittskanten arbeiten. Die Schlitze 11 erstrecken sich dabei auf eine
Höhe, die kleiner ist als die Höhe der Rippen 4 im Pumpenläufer 1 bis 4. Dagegen
verlaufen die Wirbelkammern 8 durch die gesamte Höhe des Stators hindurch. Zwischen
dem Pumpenläufer 1 bis 4 und der inneren Statorwandung 10 befindet sich der als
Ringspalt ausgebildete Läuferraum 15 der Pumpe. Bestehen die der Behandlung zu untenverfenden
Stoffe aus Gasen, so münden in die Einsaugöffnung3 entsprechend angeordnete Gaseinführungsrohre
ein, so daß die gasförmige Komponente. gleichgültig, ob sie aus einem oder mehreren
Gasen besteht, durch den angesaugten Flüssigkeitsstrom mit erfaßt und auf diese
Weise in die Bearbeitungsvorgänge einbezogen wird.
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Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung
ist folgende: Das in einem Behälter befindliche Arbeitsgut wird in dem Läufer 1
bis 4 radial und peripher beschleunigt. Dabei erfolgt bereits im Saugraum 16 des
Läufers
eine Durebwirbelung und Vormischung des Lautes Beim Austritt
aus dem Läufer gelangt das Arbeitsgut in den Ringspalt 15. Dabei treten nochmals
Umschichtungen und Drosselungen deshalb auf, weil die Strömungsquerschnitte sprunghaft
abnehmen. Nach dieser Durcharbeitung des Arbeitsgutes, die durch entsprechende Bestimmung
der Größe des Ringspaltes 15 auf jeden gewünschten Wert gebracht werden kann, tritt
das Arheitsgut mit den hohen, durch die Pfeile 17 angedeuteten Strömungsgeschwindigkeiten
über die Schlitze 11 in die von den Kotationsflächen 9 begrenzten Ausnehmungen 8
ein, die sich als Wirbelkammern deshalb auswirken. weil das durch die scharfen Kanten
12 in dünner Schicht abgeschälte Arbeitsgut aus der Strömungsrichtung 17 in die
Strömungsrichtung 18 umgelenkt wird. Durch die Umsetzung der Strömungsgeschwindigkeit
17 in die Winkelgeschwindigkeit 18 nimmt letztere, da die Erümmungshalbmesser der
Rotationsflächen 9 sehr klein sind, äußerst hohe Werte an, die einen geordneten
Strömungsverlauf unmöglich machen, so daß es zu den starken Wirbelungen kommt, zu
deren Erzeugung die Kammern 8 vorgesehen sind. Die in den Kammern 8 auftretenden
Durchwirbelungen reichen im allgemeinen völlig aus, um die L3earbeitung des Arbeitsgutes
abzuschließen, zumal dieses oben und unten über die Auslaßquerschnitte 19, 20 aus
den Wirbelkammern 8 mit den hohen \\'irbelgeschwindiglieiten 21 austritt. Diese
\ETirbelgeschwindigkeiten übertragen sich auf den gesamten Inhalt des Behälters.
so daß nach kurzer Zeit der gesamte Behälterinhalt bearbeitet ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 dadurch, daß ein Teil des austretenden Arbeitsgutes einer Nachbearbeitung
unterzogen wird. Zu diesem Zweck ist auf dem nahenartigen Ansatz 22 des Stators
5 als Abdeckglied eine Ringscheibe 23 mittels eines Gewindes 24 aufgeschraubt. so
daß der Spalt 25 zwisehen den Austrittsöffnungen 19 der Wirbelkammern 8 und der
diesem Querschnitt zugewandten Begrenzungsfläche 26 der Ringscheibe 23 veränderlich
einstellbar ist. Es erfolgt also eine Umlenkung des austretenden Arbeitsgutes senkrecht
zur Achse der Antriebswelle 2 mit einer geringen Neigung nach unten, wie dies die
Pfeilrichtung 27 veranschaulicht. Durch entsprechende Ausbildung der Ringscheibe
23 und der Lage der die Austrittsöffnungen enthaltenden Begrenzung 29 des Stators
5 kann man auch jede andere Ablenl;ung. beispielsweise senkrecht zur Achse der Antriebswelle
2 verlaufende Richtung einstellen. Weiter hat man es durch Größe der Einstellung
des Spaltes 25 in der Hand, im Arbeitsgut entsprechend hohe Scheerkräfte einzustellen,
wobei die Begrenzungsfläche 26 der Ringscheibe 23 auch als Prallfläche wirkt.
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Bei dem Ausiührungsbeispiel nach Fig. 4 sind die \\ irhelliammern
8 in Richtung zur Antriebswelle 2 nach oben zu geschlossen. so daß nur die nach
unten offenen Austrittsquerschnitte 30 der Wirbelkammern vorhanderl sind.
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Zur Verhinderung des Einsaugens von Flüssigkeit von der Ölerseite
her sind bei den Ausführungen nach den Fig. t bis 9 die Schlitze 11 nicht bis zur
oberen Austrittsöffnung des Läufers 1 bis 4 durchgeführt. so daß an der mit 31 bezeichneten
Ringfläche eine Stauung auftritt. die das Eindringen von Arbeitsgut über den Ouerschnitt
6 und den sich anschließenden Ringspalt 32 verhindert.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entspricht demjenigen nach Fig.
1 mit dem Unterschied, daß der Pumpenläufer 1 bis 4 auch auf der oberen Seite Ein-
saugöffnungen
aufweist, so daß also Arbeitsgut außer durch die untere Einsaugöffnung 3 auch über
die Mittelöffnung 6 des Stators 5 und die Öffnungen 33 des Rotors eingesaugt wird.
Derartige Ausführungen eignen sich besonders gut zur Bearbeitung von Stoffen, deren
spezifischen Gewichte größere Unterschiede aufweisen.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 sind im Wege des bei 30
austretenden Arbeitsgutes weitere Nachbearheitungswerkzeuge vorgesehen. Diese bestehen
aus einer mit dem Pumpenläufer 1 bis 4 verbundenen Schlitzscheibe 34, deren wirksame
Flügel 35 unmittelbar unterhalb des Auslaßquerschnittes 30 umlaufen. Das bei 30
austretende Arbeitsgut unterliegt also nochmals kräftigen Prall- und Scheerwirkungen.
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Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 entspricht demjenigen
nach Fig. 4 mit dem Unterschied, daß die Wirbelkammern 36 eine hohlkegelige Begrenzung
37 aufweisen, so daß die Geschwindigkeit des Arbeitsgutes zu den Austrittsquerschnitten
38 zu abnimmt. Dadurch entstehen Stauwirkungen in den Wirbelkammern 36, die Rückwirkungen
auf die Vorgänge im Ringspalt 15 haben.
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Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Ausführung des Gerätes. bei der eine
kräftige Rezirkulation des Arbeitsgutes erfolgt. Die von unten ankommende Antriebswelle
39 trägt den Pumpenläufer 40 mit den Rippen 41. Der Stator 42 enthält wieder die
als Wirbelkammern wirksamen Ausnehmungen 43 in Form zylindrischer Bohrungen. Ein
dem Stator zugehöriger Deckel 44 schließt den Stator so nach oben ab, daß eine ringformig-konkave
Ausnehmung 45 im Statordeckelstück 44 die Austrittsquerschnitte 46 der Wirbelkammern
43 überdeckt. Gleichzeitig bildet das Statordeckelstück 44 den Zuführungsstutzen
47 für das Arbeitsgut. In die Wirbelkammern 43 sind die nach Art von Spitzkegeln
ausgeführten Einsatzkörper 48 eingesetzt, so daß Wirbel räume entstehen. die außen
von einem Zylindermantel, innen von einem Regelmantel begrenzt sind. Zwischen den
die Wirbelkammern 43 bildenden Bohrungen befinden sich weitere Bohrungen 49, die
zur Abführung bereits bearbeiteten Arbeitsgutes dienen. Die Bohrungen 49 münden
in einen ringförmigen Sammelraum 50, der im Statorunterteil 51 vorgesehen ist, wobei
dieser Statorunterteil gleichzeitig die Stopfbüchse 52 für die Antriebswelle 39
mit der Stopfbüchsenbrille 53 ummantelt. Im Statorunterteil 51 ist ein Auslaß 54
für das fertighearbeitete Arbeitsgut vorgesehen. Tu dem ringförmigen Sammelraum
50 läuft ein Flügelrad 55 des Pumpenläufers 40 um. Das Flügelrad 55 ist mit Schlagrippen
56 besetzt, um zu erreichen, daß das aus den Bohrungen 49 in den Sammelraum 50 übertretende
Arbeitsgut einer nochmaligen Bearbeitung unterzogen wird. Der Pumpenläufer 40 ist
auf seiner Unterseite labyrinthmäßig ausgebildet, um zu verhindern, daß das Arbeitsgut
aus dem Sammelraum 50 zur Stopfbüchsenanordnung gelangen kann. Dadurch. daß der
Auslaß 54 den tiefstgelegenen Hohlraum bildet, der mit den Hohlräumen 50, 49 und
45 in Verbindung steht, kann sich die Vorrichtung selbsttätig entleeren.
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Die Wirkungsweise des Gerätes nach den Fig. 10 und 11 ist folgende:
Die zu behandelnden Stoffe treten durch den Zuführungsstutzen 47 drucklos oder unter
Druck in die Vorrichtung ein. Das Arbeitsgut wird hierauf von den Rippen 41 des
Pumpenläufers 40 erfaßt und in den Ringspalt 60 zwischen Pumpenläufer und dem Stator
42, 44, 51 geschleudert. Über die sich anschließenden Schlitze 61 in der Statorwand
mit den scharfen Eintrittskanten
62 gelangt das Arbeitsgut in die
Wirbelkammern 43. Das über die Querschnitte 46 in den Raum 45 übertretende Arbeitsgut
strömt dann zum groPaen Teil wieder in den Saugraum 63 des Pumpenläufers ein, so
daß es im Wege der Rezirkulation wieder von den Rippen 41 des Läufers erfaßt und
nochmals durch die Wirbelkammern 43 getrieben wird.
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Lediglich ein geringer Teil des Arbeitsgutes kann aus dem Raum 45
in die Bohrungen 49 übertreten, so daß es in den Bereich der Schlagrippen 56 kommt.
Nachdem es durch diese nochmals erfaßt und bearbeitet worden ist, gelangt es in
den ringförmigen Sammelraum 50 und von hier aus in den Auslaß 54.
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Im Gerät nach den Fig. 10 und 11 tritt also eine mehrfach nacheinander
geschaltete Behandlung des Arbeitsgutes ein, wobei man es durch Bemessung der Querschnittsverhältnisse,
insbesondere des Raumes 45 im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt der Bohrungen 49,
aber auch des Sammelraumes 50 in der Hand hat, das Gut so lange in dem Bearbeitungswerkzeug
rezirkulieren lassen zu können, wie dies mit Rücksicht auf den Bearbeitungsgrad
erforderlich ist.
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Es liegt im Wesen der Erfindung, daß sie in gegenüber den Ausführungsbeispielen
mannigfach abgewandelter Form verwirklicht werden kann. So ist es nicht notwendig,
daß die Wirbelkammern durch einheitlich ausgebildete Rotationsflächen begrenzt sind.
Man könnte die Wirbelkammerbegrenzungen auch als Rotationsflächen mit verschiedener
Neigung ausbilden.
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Beispielsweise bestände die Möglichkeit, den Mittelteil jeder Wirbelkammer
als einen Hohlzylinder, die beiden Enden dagegen durch Hohlkegel auszubilden, wobei
die Neigungen der Kegelmäntel gleich- oder entgegengerichtet sein können. Auch ist
es nicht erforderlich, daß die Rotationsfläche ebenmäßig verläuft. Sie könnte auch
kurvenmäßig ausgebildet sein. Auch kann die Rotationsfläche mit verschiedenen Abständen
von der Wirbelkammerachse verlaufen, so daß die Wirbelkammern stufenartige Vorsprünge
und Erweiterungen aufweisen würden.
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An die Stelle der zur Nachbearbeitung dienenden Mittel könnten auch
solche treten, die eine Vorbearbeitung des Gutes durchführen. Das könnte beispielsweise
dadurch geschehen, daß in dem als Ringspalt ausgebildeten Läuferraum zwischen Rotor
und Stator feststehende Ringstücke mit düsenartigen Durchlässen, Spalten Schlitzen,
Löchern usw. vorgesehen werden, oder es besteht die weitere Möglichkeit, diese Ringstücke
mit Schlagrippen oder sonstigen, zur Vorbearbeitung des Gutes führenden Vorsprüngen
zu besetzen, wobei die Vorsprünge selbst Durchlässe für das Arbeitsgut aufweisen,
wenn diese Durchlässe nicht zwischen den Vorsprüngen oder dadurch vorgesehen sind,
daß das Arbeitsgut durch völlig geschlossene Ausbildung des Schlagringes axial abgelenkt
und unter enger Spaltbildung um das Einsatzringstück herum getrieben wird.
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PATENTANSPRtJCHE 1. Verfahren zur physikalischen Bearbeitung, wie
Mischen, Rühren, Verteilen, Zerkleinern, Zerreiben, Emulgieren, Dispergieren, Homogenisieren,
von Flüssigkeiten unter sich oder in Verbindung mit Feststoffen und/oder Gasen,
bei dem das Arbeitsgut mittels umlaufender Flächen radial und peripher beschleunigt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Verhältnis zur Masse des beschleunigten Arbeitsgutes
dünne Schichten aus diesem unter Auftreten entsprechend hoher Scherkräfte abgeschält,
die so erzeugten dünnen Schichten unabhän-
gig von der Verwirbelung der anderen abgeschälten
Schichten für sich verwirbelt und die Wirbelströme wieder zur Masse des Arbeitsgutes
vereinigt werden.