DE1142841B - Vorrichtung zum Homogenisieren fliessfaehiger Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe oder Stoffgemische, bei der eine langgestreckte Mischkammer durch in die Oberfläche eines als Rotationskörper ausgebildeten Domes und in die Innenwand eines den Dorn eng umschließenden Gehäuses eingearbeitete Nuten gebildet wird und am Eingang und Ausgang der Mischkammer eine Einlaß- bzw. Auslaß-Öffnung vorgesehen ist.

Es ist eine Vorrichtung zum Homogenisieren von fließfähigen Stoffen bekannt, die auf der Dornoberfläche und der Innenfläche des Gehäuses in Schraubenrichtung verteilt angeordnete Mischzähne aufweist. Diese bilden nur Bruchstücke von Schraubennuten, die folglich die Stoffe mehr oder weniger unter gleichzeitiger Förderung in axialer Richtung umrühren. Dabei gelangen die Stoffe durch die Lücken zwischen den Mischzähnen stellenweise zwanglos, also unbeeinflußt von einer Zone der Mischkammer in die andere. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Homogenisieren schließt sich an eine zylindrische Förderschnecke mit schraubenförmiger Fördernut eine ebenfalls zylindrische Reibwalze an. Beide sind von einem zylindrischen Ge häuse mit glatter Innenfläche eng umschlossen. Die Reibwalze weist eine zweigängige Nut mit in entgegengesetzten Richtungen abnehmender Nutentiefe auf. Dadurch werden die zu mischenden Stoffe mit abnehmendem Nutenquerschnitt zwischen die zylindrischen Stege und die zylindrische Innenwand gedrückt und dort zerrieben. Es ist auch eine Vorrichtung zum Emulgieren von Flüssigkeiten mit festen Stoffen bekannt, deren Gehäuse eine zylindrische oder konische, glatte Innenfläche aufweist, die eine Förderschnecke mit engem Spiel umgibt und nach der Förderseite der eine gleichförmige Nut aufweisenden Schnecke hin allseitig geschlossen bzw. verschließbar ist, so daß das Gut bei der Rotation der Schnecke unter Druck gesetzt und der Förderrichtung der Schnecke entgegen durch den schmalen Spalt, der durch das Spiel zwischen Dorn und Schneckengehäuse besteht, zur Eingangsseite der Schnecke zurückgedrückt wird.

Man kennt auch schon derartige Vorrichtungen, bei denen sowohl der drehbare Dorn als auch die den Dorn eng umschließende Innenfläche des Gehäuses durchlaufende Nuten aufweisen. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art weist der Dorn eine schraubenförmige Nut mit in Förderrichtung abnehmender Steigung und Ganghöhe und das Gehäuse eine Nut mit gegenläufiger Steigung auf, deren Steigung aber proportional mit der Steigung des Dornes

Vorrichtung zum Homogenisieren
fließfähiger Stoffe

Anmelder:

Frenkel C-D Aktiengesellschaft,
Vaduz (Liechtenstein)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-lng. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. August 1957 (Nr. 26 691)

Dr.-Ing. Meyer S. Frenkel, London,
ist als Erfinder genannt worden

abnimmt. Dadurch verengt sich der Misch- oder Preßraum progressiv.

Schließlich ist auch bei solchen Vorrichtungen bekannt, den Ausgang der Mischkammer bei Bedarf zu schließen und den konischen Dorn axial zu verstellen, um dadurch das Spiel zwischen den Stegen des Dornes und der glatten Innenfläche des Gehäuses bedarfsweise zu verändern.

Um die Homogenisierung noch intensiver zu gestalten, hat man schon bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Dorn- und Gehäusenuten so ausgebildet, daß ihre Querschnitte sich in Richtung der Längsachse der Mischkammer stetig zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert — vorzugsweise Null — ändern, und zwar in einander entgegengesetztem Sinne. Die Förderung des Arbeitsgutes vom Eingang zum Ausgang erfolgt dabei durch entsprechende Drehung des Doms und/oder des Gehäuses. In einem Falle sind die beiden Nuten gegenläufig, und die Drehung erfolgt derart, daß beide Nuten in der gleichen Richtung fördern.

Bei dieser Anordnung kann die Summe der Querschnitte der Dom- und Gehäusenuten über die axiale Länge der Vorrichtung im wesentlichen konstant bleiben oder auch variieren. Das Gut führt wegen der sich gegenläufig ändernden Querschnitte von Dorn- und Gehäusenut neben den in üblichen

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Schneckenpressen auftretenden Bewegungen zusätzlich eine solche senkrecht zur Drehachse des Doms aus. Durch diese in der Praxis relativ komplizierten Bewegungsvorgänge des Gutes wird eine außerordentlich gute Durchmischung und Durcharbeitung des Gutes erzielt. Diese erfolgt nicht nur durch Reibwirkung zwischen mit engem Spiel aneinander vorbeistreichenden Flächen von Dorn und Gehäuse, sondern vor allem durch intensive Bewegung des

Druckschwankung hervorgerufen, die eine Knetwirkung zur Folge hat.

Mit der neuen Vorrichtung können verschiedene Arten von fließfähigen Stoffen, wie teigige Massen, Kolloide. Suspensionen, zähe oder niedrigviskose Flüssigkeiten oder Dämpfe und Gase sowie Mischungen dieser Stoffe, homogenisiert werden. Dabei wird unter Homogenisieren eine Erhöhung der Gleichförmigkeit des Gutes verstanden, sei es unter Beein-

Gutes innerhalb der Nuten und durch ständigen io flussung der Teilchengröße, der Dichte, der Tempeschichtweisen Gutaustausch zwischen den nebenein- ratur, der Stoffverteilung oder der Aggregatzustände, anderliegenden Nuten von Dorn und Gehäuse. Durch die in der neuen Vorrichtung erzielbaren

komplexen Vorgänge ist die Vorrichtung äußerst vielseitig verwendbar, so daß beispielsweise mit ein

Eine übermäßige Erwärmung durch große Wandreibung in engen Spalten wird also vermieden. Da

durch, daß das Gut schichtweise von der Nut mit 15 und derselben Vorrichtung zerkleinert, gemischt, ge

kleiner werdendem Querschnitt in die Nut mit wachsendem Querschnitt abgegeben wird, werden laufend zunächst engbenachbarte Gutteilchen getrennt und weit auseinandergeführt. Dieser Austausch- und Mischprozeß erfaßt das gesamte Gut, insbesondere dann, wenn die Gangtiefe sowohl des Domes als auch des Gehäuses stellenweise den Wert Null annimmt.

Eine andere bereits vorgeschlagene Ausführungsform dieser Vorrichtung sieht vor, daß die beiden 25 delte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung;
Nuten gleichläufig sind, wobei die Drehrichtung so Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung

knetet und'oder stranggepreßt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine solche Vorrichtung, die diskontinuierlich betrieben wird; Fig. 3, 4 und 5 sind Längsschnitte durch abgewan-

gewählt ist, daß beide Nuten in entgegengesetzten Richtungen, und zwar jeweils zum Ende mit dem kleineren Querschnitt hin, fördern. Hier findet an jeder Stelle der Mischkammer ein schichtweiser Austausch des Stoffes zwischen den beiden Nuten in beiden Richtungen statt, so daß das Arbeitsgut in den Nuten in kreisende Bewegung gerät und noch intensiver als bei der ersten Ausführungsform durchmischt oder homogenisiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art zum

mit doppeltwirkendem Dorn;

Fig. 7 ist ein Querschnitt durch eine Vorrichtung mit einem Kegelwinkel der Mischkammer von 180°;

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf das feststehende Bauteil der Vorrichtung nach Fig. 7:

Fig. 9 zeigt eine abgewandelte Vorrichtung der Art von Fig. 7.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist einen drehbaren Dorn 1 mit schraubenförmiger Nut 6 und ein Gehäuse 2 mit geradlinigen Nuten 8 auf. Diese Vorrichtung kann als kontinuierlicher Mischer, als

Homogenisieren von fließfähigen Stoffen zu schaffen, Schneckenpresse, als Schneidemaschine und für viele bei der mit einem einfacheren Aufbau nahezu die andere Zwecke verwendet werden. Der Stoff wird gleiche intensive Mischwirkung erzielt wird. Diese 40 durch einen Trichter 3 in den Förderabschnitt 4 des Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Nuten im Doms eingeführt und geht dann durch den Misch-Dorn schraubenförmig und im Gehäuse axial ent- abschnitt 5, in dem der Querschnitt der von den lang einer Mantellinie oder im Gehäuse schrauben- Stegen 7 begrenzten Nut 6 von einem Maximalwert förmig und im Dom axial entlang einer Mantellinie auf Null abnimmt, während die Querschnittsflächen verlaufen und das mit schraubenförmigen Nuten ver- 45 der zwischen den Stegen 9 des Gehäuses 2 gebildeten, sehene Bauteil in einer solchen Richtung gedreht geradlinigen und axial verlaufenden Nuten 8 von wird, daß das Arbeitsgut in der Richtung gefördert Null bis zu einem Maximum zunehmen. Der Ringwird, in der der Querschnitt der schraubenförmigen spalt zwischen den Bauteilen liegt auf einer Kegel-Nuten abnimmt. Es hat sich in der Praxis über- fläche. Er bildet die Übergangszone 10 zwischen den raschenderweise herausgestellt, daß der komplexe, 50 sich gegenüberliegenden Nuten. Beim Auslaß ist eine außerordentlich wirkungsvolle Mischvorgang der gelochte Platte 11 angedeutet, obzwar eine Form Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, auch zum Strangpressen oder eine beliebige andere Vornoch erreicht wird, wenn gemäß der Lehre der vor- richtung dort angebracht sein kann. Eine schematisch liegenden Erfindung die Nuten in dem einen Bau- angedeutete Vorrichtung 12 dient zum Drehen des teil einfach entlang einer Mantellinie verlaufen. Die 55 Domes und gegebenenfalls auch zum axialen VerHerstellung solcher geradliniger Nuten ist wesentlich schieben, wodurch die Einstellung des radialen lich-

einfacher als die von schraubenförmig verlaufenden Nuten. Auch ist der Widerstand, der von der Vorrichtung der Bewegung des Materials entgegengesetzt wird, bei der neuen Anordnung relativ gering.

In der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das Gut nicht nur durchgemischt, sondern erforderlichenfalls auch zerkleinert. Der jeweils auftretende Zerkleinerungsvorgang richtet sich dabei nach der Beten Abstandes zwischen den gegenüberiiegenden Kämmen der Stege 7 und 8 ermöglicht wird, was die Intensität der Mischwirkurig. der Pumpwirkung. der mechanischen Wärmezufuhr und anderer Wirkungen beeinflussen kann, abgesehen davon, daß diese Wirkungen durch die Drehgeschwindigkeit des Doms steuerbar sind.

In dem diskontinuierlichen Mischapparat der Fig. 2

schaffenheit des Gutes und dem Profil der Nuten 65 bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Teile wie bzw. der die Nuten begrenzenden Stege. Auch wird in Fig. 1. Zum Unterschied hat hier das vertikal andurch die hydrodynamische Wirkung der ständigen geordnete Gehäuse einen axial anschließenden Ein-Richtungsänderungen des Gutes eine periodische trittstrichter 13 und ist unten mittels Deckel 14 ab-

geschlossen, wobei am Umfang angeordnete Öffnungen 15 oder eine Mittelöffnung 16 mittels einer nicht gezeigten Ventilanordnung den Auslaß der fertigen Mischung ermöglichen. Sowohl der Dorn 1 wie das Gehäuse 2 haben Wärmeaustauschkanäle 17 und 18 zur Beeinflussung der Temperatur des Mischvorganges, welcher unter Auftreten chemischer Reaktionen vor sich gehen kann.

Während nun der rotierende Dorn von oben nach unten fördert, muß der Stoff unter dem entstehenden Druckunterschied in den geraden Nuten nach oben fließen (s. Pfeile). Da in den Nuten beider Bauteile der Stoff in Richtung des sich verkleinernden Querschnittes fließt, entsteht ein Stoffaustausch in beiden Richtungen (s. kleine Pfeile), und zwar unter Überlagerung einer Zirkulationsbewegung innerhalb der Nuten. Diese Vorgänge führen zu einer sehr intensiven Mischwirkung.

Die Stirnseite des Dorns 1 kann auch mit Schneckennuten versehen sein, welche mit geradlinigen oder auch schneckenförmig verlaufenden Nuten im Deckel 14 zusammenwirken, um auch hier eine Mischwirkung zu erzeugen.

Der in Fig. 3 gezeigte kontinuierliche Mischer entspricht in seinem ersten Abschnitt der Fig. 1. In seinem zweiten Abschnitt 21 verkleinert sich der Querschnitt der geraden Nuten von Maximum zu Null, während der Querschnitt der Dornnut sich entsprechend vergrößert. Der Abschnitt 21 zerfällt aber in Unterabschnitte A und B. Im Abschnitt A ist die Dornnut 22 von entgegengesetzter Gangrichtung als im Abschnitts und im zweiten Teilabschnitt 21B. Auf diese Weise ist dann Teilabschnitt 21A in seiner Wirkungsweise dem Mischer von Fig. 2 gleichwertig, d. h.. er besitzt einen gleichzeitigen, in beiden Richtungen stattfindenden Stoffaustausch zwischen den Nuten. Wegen der Förderwirkung der übrigen Teile der Dornnut in Richtung Mischkammerausgang und wegen der durchgehenden geraden Gehäusenuten ist ein kontinuierliche Durchwanderung der Mischkammer zum Ausgang hin gewährleistet.

Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung entspricht dem Mischer von Fig. 1, nur ist das Gehäuse 2 oben beim Einlaß 23 offen und hat unten den offenen Auslaß 24. Die Welle 12 ist im Rahmen 25 gelagert, um ein Aufhängen der Vorrichtung in einem Gefäß zu ermöglichen.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher das Gehäuse 26 rotiert und an seiner Innenseite eine durch den Schraubengang 29 gebildete Schneckennut 28 aufweist. Der feststehende, bei 27 im Gehäuse geführte Dorn 30 hat geradlinige Nuten 31, die zwischen geradlinigen, axial gerichteten Stegen 32 ausgebildet sind. Die Übergangszone 33 liegt wieder auf einer Kegelfläche, was die entsprechenden Anderungen der Querschnittsflächen der Nuten 28 und 31 zwischen Maximalwerten und Null in dem Mischabschnitt 34 liefert. Der feste Dorn 30 kann eine im Boden des Gefäßes 35 befestigte Säule sein, in der Heiz- oder Kühielemente zum Zwecke der Temperaturbeeinflussung des Mischgutes im Gefäß vorgesehen sein können.

Die Vorrichtung nach Fig. 6 kann als eine Kombination von zwei Vorrichtungen nach Fig. 4 und 5 angesehen werden. Der Dorn 36 ist hohl und hat Schneckennuten 37 und 38 sowohl an seiner Innenais auch an seiner Außenseite, wobei die Öffnung 39 dem Mischgut den Zugang nach innen ermöglicht.

Das Gehäuse 40 hat geradlinige, axiale Nuten 41 und innerhalb und außerhalb des Dorns, so daß zwei parallele Mischräume gebildet werden. Die Überganszonen 43 und 44 liegen auf Kegelflächen, und einander gegenüberliegende Nuten haben entsprechend zwischen Maximaiwerten und Null sich gegenläufig ändernde Querschnitte. Diese Konstruktion kann z. B. aus Blech angefertigt werden, wobei die geraden Wände 45 und 46 wie auch die Schraubenwindungen des Dorns 47 und 48 jeweils aus einem Stück bestehen können.

In den Fig. 7, 8 und 9 sind Dorne 49 mit spiralförmig verlaufenden Nuten 51 zwischen Stegen 50 gezeigt. Der Einlaß 52 liegt jeweils in Achsnähe, und die Übergangszone 53 liegt auf einer Kegelfläche mit einem Winkel von 180°. Der mit entsprechend flacher Oberfläche versehene Stator hat geradlinige Nuten 54, die zwischen radialen Stegen 55 gebildet sind. Die Stege und Nuten müssen nicht unbedingt radial sein, sondern können auch andere Neigungen haben. In der Vorrichtung der Fig. 7 ist der Stator56 mit einem Rahmen 57 ausgebildet zum Aufhängen im Gefäß, während in Fig. 9 der Stator einen Teil des Bodens des Gefäßes bildet. Die letztere Ausführung ist besonders für Heizen und Kochen geeignet oder als Verdampfer, um alle Schichten schnell an der Heizwand in geordneter Folge vorbeizuführen, ohne daß eine örtliche zu hohe Erwärmung zu befürchten ist.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe oder Stoffgemische, bei der eine langgestreckte Mischkammer durch in die Oberfläche eines als Rotationskörper geformten Dornes und in die Innenwand eines den Dorn eng umschließenden Gehäuses eingearbeitete Nuten gebildet wird, bei der ferner die Querschnitte der Dorn- und Gehäusenuten sich in Richtung der Längsachse der Mischkammer stetig zwischen einem Maximalwert und Null ändern, und zwar in einander entgegengesetztem Sinne, bei der ferner die Förderung des Gutes durch die Mischkammer durch eine relative Drehbewegung zwischen Dorn und Gehäuse erfolgt und bei der eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung am Eingang und Ausgang der Mischkammer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten im Dorn schraubenförmig und im Gehäuse axial entlang einer Mantellinie oder im Gehäuse schraubenförmig und im Dorn axial entlang einer Mantellinie verlaufen und das mit schraubenförmigen Nuten versehene Bauteil in einer solchen Richtung gedreht wird, daß das Arbeitsgut in der Richtung gefördert wird, in der der Querschnitt der schraubenförmigen Nuten abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationshüllflächen der beiden Bauteile Kegelflächen von etwa gleichem Kegelwinkel sind (Fig. 1 bis 6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationshüllflächen der beiden Bauteile einen Kegelwinkel von 180° aufweisen (Fig. 7 bis 9).

4. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn gegenüber dem Gehäuse in an sich bekannter Weise in axialer Richtung verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Ansprach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Stromöffnung der Mischkammer, an der der Querschnitt der geraden Nuten seinen größten Wert besitzt, in an sich bekannter Weise verschließbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 26 177, 267 030; schweizerische Patentschrift Nr. 247 706; britische Patentschrift Nr. 764496: USA.-Patentschrift Nr. 2 538 465; VDi-Zeitschrift, 99 (1957), S. 61/62.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen