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Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten mit zwei oder mehreren senkrecht
stehenden, koaxialen, unabhängig voneinander drehbaren Gefäßen, die derart ineinander
angeordnet sind, daß der Rand eines inneren Gefäßes nahe der Innenwand des nächstäußeren
Gefäßes liegt.
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Es ist bereits eine Mischvorrichtung bekannt, bei der die zu mischenden
Flüssigkeiten von den oberen konkaven Oberflächen von sich schnell drehenden Trägern
zugeführt werden, von denen die Flüssigkeiten durch die Zentrifugalkraft gegen die
Wand der Mischvorrichtung geschleudert werden und dort in sehr feine Tropfen umgewandelt
werden, die zusammen nach unten fallen und so gemischt werden. Obwohl eine derartige
Mischung sehr wirksam ist, ist diese doch nicht ganz zufriedenstellend. Wenn diese
Mischvorrichtung beispielsweise bei der Herstellung photographischer Emulsionen
durch Mischen einer wäßrigen Lösung von Silbernitrat mit einer wäßrigen Lösung eines
Bindemittels wie Gelatine und einem alkalischen Metallhalogenid angewendet wird,
ist die Emulsion, die man erhält, nicht ganz gleichförmig, wenn sie an Hand der
hohen Anforderungen beurteilt wird, die an photographische Materialien gestellt
werden.
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Es ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von
Flüssigkeiten bekannt, wobei die Flüssigkeiten auf voneinander getrennten Trägern
unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in dünne Schichten ausgeformt werden, die
sich auf ihren Trägern nach außen bewegen und vom Träger am Rand abgleiten. Eine
dieser Schichten wird unmittelbar, nachdem sie ihren Träger verlassen hat, einer
weiteren Schicht zugeführt, während diese sich noch auf ihrem Träger befindet. Dieses
bekannte Verfahren ist sehr schwierig zu beherrschen und führt zu weniger guten
Ergebnissen, auch wenn zusätzliche Einrichtungen, wie beispielsweise Prallbleche
u. dgl., verwendet werden, um die Mischung zu verbessern.
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Dieses bekannte Verfahren ist nicht zur Herstellung photographischer
Emulsionen geeignet.
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Bei diesem bekannten Verfahren wird die innere Flüssigkeit auf die
zu einer dünnen Schicht ausgebreitete äußere Flüssigkeit im dispersen Zustand aufgeschleudert.
Diese durch Wirbelbildung begleitete Stoßwirkung ist hinter der Auftreffstelle bereits
beendet. Es besteht daher bei dem bekannten Verfahren kein Anlaß, für eine längere
Verweilzeit des Mischproduktes in dem äußeren Gefäß zu sorgen.
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Demzufolge kann bei allen bekannten Ausführungsformen einer Mischvorrichtung
mindestens ein Gefäß so angeordnet sein, daß seine Öffnung nach unten
zeigt, und
die Drehzahl kann so hoch gewählt werden, daß die in dieses Gefäß eingeführte Flüssigkeit
sich unter entsprechend hoher Gleitgeschwindigkeit mit Sicherheit gleichmäßig verteilt
und nicht etwa nur in Rinnsalen herunterläuft oder gar heruntertropft. Es wurde
gefunden, daß insbesondere bei photographischen Emulsionen eine besonders günstige
Mischwirkung erzielt wird, wenn man die innere Flüssigkeit nicht in dispersem Zustand
auf die äußere Schicht aufschleudert, sondern sie schichtartig aufgleiten läßt und
dabei auch für eine ausreichende Verweilzeit sorgt.
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Erfindungsgemäß werden die folgenden Merkmale kombiniert: a) Die
Öffnungen aller Gefäße weisen nach oben; b) die Mischkomponenten werden den Gefäßen
an der tiefsten Stelle zugeführt; c) die Höhe der Gefäße, die Neigung der Gefäßwände,
der Abstand der Gefäßränder von der nächst äußeren Gefäßwand und die Drehzahl der
Gefäße sind so bemessen, daß ein schichtartiges Aufgleiten einer inneren Mischkomponente
auf die nächstäußere erfolgt.
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Die Anordnung aller Gefäße mit nach oben gerichteter Öffnung erbringt
gerade für die Ausbildung der Schichten und die Dosierung der für die Verweilzeit
maßgeblichen
Gleitgeschwindigkeit einen Vorteil, der sich dadurch ergibt, daß die Differenzwirkung
zwischen Gravitations- und Zentrifugalkraft ausgenutzt werden kann.
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Vorteilhafterweise können die Gefäße kegelförmig sein und ihre Scheitelwinkel
können vorzugsweise 60 bis 120V betragen. Es kann zweckmäßig sein, daß die Gefäße
in einem Sammelgefäß angeordnet sind.
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Materialien, welche durch Wärme verflüssigt werden können, können
mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung verarbeitet werden, wobei es lediglich
wesentlich ist, daß das Material bei der angewendeten Temperatur fließfähig ist.
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Die optimale Dünne der Schichten hängt ab von solchen Variablen,
wie den zu bearbeitenden Materialien, ihrer Viskosität, der Konzentration der Materialien
einschließlich des Gehalts an festen Bestandteilen. der Arbeitstemperatur, dem Grad
der gewünschten Gleichmäßigkeit des Produkts und den Betriebsdaten der verwendeten
Vorrichtung. Die optimalen Arbeitsbedingungen können durch den Fachmann gemäß den
hierin dargelegten Lehren leicht bestimmt werden. Im allgemeinen wird der höchste
Grad an Gleichmäßigkeit des Produkts erzielt, wenn man die Schichten so dünn wie
möglich macht.
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Bei einer wichtigen Anwendung der Erfindung wird eine dünne Schicht
einer wäßrigen Lösung eines Silbersalzes, beispielsweise Silbernitrat, gebildet
und einer dünnen Schicht einer wäßrigen Lösung überlagert, welche ein photographisches
Bindemittel, beispielsweise Gelatine, und ein alkalisches Metallhalogenid, beispielsweise
Kaliumbromid, aufweist. Es wurde gefunden, daß lichtempfindliche photographische
Emulsionen, welche mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurden, äußerst
gleichmäßig sind und hervorragende photographische Eigenschaften aufweisen.
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Die Vorrichtung kann kontinuierlich betrieben werden, indem getrennte
Flüssigkeiten gleichzeitig getrennten Zonen zugeführt werden, und nach der Mischung
kann das Material kontinuierlich entfern. werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft für das
Durchmischen von Flüssigkeiten verschiedener Viskosität, in welchem Falle die Flüssigkeit
mit größerer Viskosität vorzugsweise mit größerer Geschwindigkeit gedreht wird als
die Flüssigkeit mit geringerer Viskosität.
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Eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung
zeigt die Zeichnung.
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Darin ist F i g. 1 eine schematische, teilweise perspektivische Seitenansicht,
welche eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt und F i g. 2
eine teilweise geschnittene Seitenansicht, welche weitere Details der Vorrichtung
der Fig. 1 zeigt.
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Die Hauptteile der Vorrichtung sind ein hohles inneres konisches
Gefäß 1, welches mit dem Scheitel nach unten angeordnet ist, und ein hohles, in
ähnlicher Weise angeordnetes, äußeres konisches Gefäß 2. Die Gefäße 1 und 2 liegen
so ineinander, daß sich ihre konkaven Gefäßteile überlappen, wobei sich beide vertikal
nach oben öffnen, wenn die Drehachse vertikal verläuft. Das innere Gefäß 1 ist so
angeordnet, daß eine obere Kante oder Lippe 3 nahe an der inneren Wandoberfläche
4 des äußeren Gefäßes 2 liegt, diese jedoch nicht berührt. Wie darge-
stellt, liegt
die Kante 3 in vertikaler Richtung tiefer als die entsprech.nde Kante oder Lippe
5 des äußeren Gefäßes.
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Die Gefäße 1 und 2 sind für eine voneinander unabhängige Drehung
um eine gemeinsame Achse unabhängig voneinander montiert. So ist das äußere Gefäß
2 an seinem Scheitel an der vertikalen Welle 6 befestigt, welche durch einen Motor
7 angetrieben wird. Das innere Gefäß 1 ist an dem unteren Teil einer vertikalen
Hohlwelle 8 befestigt, die durch einen Motor 9 über ineinandergreifende Kegelzahnräder
10 und 11 angetrieben wird.
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Der innere Durchmesser der Welle 8 ist größer als der äußere Durchmesser
der Welle 6, um, wie später noch beschrieben. einen Durchgang für das strömende
Material zu schaffen.
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Durch ein von einer Quelle 13 hergeführtes Rohr 12 wird ein Material
A in den unteren Teil des inneren Gefäßes 1 eingeführt, während ein Material B von
einer Quelle 14 in den unteren Teil des äußeren Gefäßes 2 durch ein Rohr 15 eingebracht
wird, welches einen Trichterteil 16 und den sich nach unten erstreckenden Kanal
zwischen den Wellen 6 und 8 beliefert. Die Zuführgeschwindigkeit der Materialien
A und B kann durch nicht gezeigte Einrichtungen oder Maßnahmen, wie beispielsweise
mittels konstantem oder variablem Druck, Schieber oder Ventile in den Röhren 12
und 15 gesteuert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, den Trichterteil 16 als
Reservoir zu verwenden, welches Material mit einer gewünschten Geschwindigkeit liefert.
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Wie unten ausgeführt, bewirkt die Arbeitsweise der Vorrichtung, daß
die vereinigten Materialien über die Kante 5 des äußeren Gefäßes 2 nach außen strömen.
Es können Vorkehrungen zum Auffangen des Materials, beispielsweise durch den Sammelbehälter
17, getroffen werden, in welchem, sofern dies gewünscht wird, die vereinigten Materialien
durch einen Rührmischer 18, welcher von einem Motor 19 angetrieben wird, gerührt
oder anderweitig bewegt werden können.
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Weitere Einzelheiten einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt. Die Hauptteile der in Fig.2 gezeigten
Vorrichtung entsprechen denen der Fig. 1 und umfassen ein inneres Gefäß 20, ein
äußeres Gefäß 21, Wellen 22 und 23 mit zugehörigen Antriebsmotoren 24 bzw. 25, ein
Trichterteil 26 und ein Sammelreservoir 27.
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Gemäß F i g. 2 wird die dargestellte Vorrichtung von einem Ständer
28 getragen, auf welchem ein die Motoren 24 und 25 tragender Rahmen 29 montiert
ist. Der Rahmen 29 kann durch mit der Schwenkstange 32 verbundene Klammern 30 und
31 an dem Ständer 28 befestigt sein. Wie zu ersehen, können der Rahmen und die Mischvorrichtung
leicht um ihre Schwenkbefestigung herum nach hinten geschwenkt werden, um einen
Zugang zu dem Sammelbehälter 27 zu ermöglichen, welcher als in eine Öffnung im Ständer
28 eingesetzt gezeigt ist.
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Die Antriebswelle 33 des Motors 24 ist mit dem Kegelrad 34 verbunden,
welches in das auf der vertikalen Welle 22 befestigte Kegelrad 35 eingreift. Die
Welle 22, an deren unterem Ende das äußere Gefäß 21 mittels einer passenden Vorrichtung,
beispielsweise der Schraube 36, starr befestigt ist, ist in der Nähe ihres oberen
Endes durch ein an dem Rahmen 29 befestigtes Lager 37 in drehbarer Weise aufgehängt.
Zusätzlich
dazu wird die Welle 22 nahe ihrem unteren Ende durch
ein Lager 38 in ihrer Lage gehalten, welches vertikale Durchgänge 39 aufweist, um
das Abwärtsströmen des Materials B von dem Trichterteil 26 in das äußere Gefäß 21
zu ermöglichen. Die Anzahl der Durchgänge ist nicht kritisch. Das Lager 38 dient
dazu, die Wellen 22 und 23 in ihrer konzentrischen Lage außer Kontakt zu halten
und eine unabhängige Drehung der Wellen zu gestatten.
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Die Antriebswelle 40 des Motors 25 ist mit einem Kegelrad 41 verbunden,
welches in ein an der vertikalen Welle 23 befestigtes Kegelrad 42 eingreift. Die
Welle 23, an deren unterem Ende das innere Gefäß 20 durch irgendeine passende Vorrichtung,
teispielsweise eine konische Klemmhülse 43, befestigt ist, ist nahe ihrem unteren
Ende mittels eines Lagers 44, welches an dem Rahmen 29 montiert ist, drehbar aufgehängt.
Die Welle 23 wird des weiteren durch ein ähnlich montiertes Lager 45 in ihrer I,age
gehalten.
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Die Welle 23 kann in passender Weise mit einer konischen Hülse 46
zur Aufnahme des Teils 47 des Trichterteils 26 versehen sein.
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Die obenerwähnten Kegelzahnräder werden vorzugsweise von passenden
getrennten Gehäusen 48 eingeschlossen. Am unteren Ende eines jeden Gehäuses ist
eine passende Dichtung, beispielsweise ein geteilte Filzdichtung, eingesetzt, um
zu verhindern, daß die Materialien A und B durch Schmierfette oder Öle von den Zahnrädern
verunreinigt werden.
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Im folgenden wird eine besondere Arbeitsweise der dargestellten Einrichtung,
insbesondere der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung beschrieben. Gemäß dieser
besonderen Arbeitsweise werden das innere Gefäß 1 und das äußere Gefäß 2 durch ihre
Antriebssysteme in gleicher Richtung angetrieben. Das Material A wird von der Quelle
13 direkt in das innere Gefäß 1 nahe dessen Scheitel eingebracht. Das Material B
gelangt aus der Quelle 14 über das Trichterteil 16 und das Innere der Hohlwelle
8 in das äußere Gefäß 2 nahe dessen Scheitel. Durch die Drehung des äußeren Gefäßes
2 wird das Material B durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft in einen dünnen
Film oder eine dünne Schicht ausgebreitet, welche an der Innenwand 4 des Gefäßes
2 zu dessen Oberkante oder Lippe 5 hochsteigt, und über diese hinweg in radialer
Richtung austritt. Durch die Drehung des inneren Gefäßes 1 wird das Material A in
ähnlicher Weise zu einem dünnen Film oder einer dünnen Schicht ausgebreitet, welche
an der Innenwand des Gefäßes 1 zu dessen Oberkante oder Lippe 3 hochsteigt und über
diese hinweg austritt. Die aus dem inneren Gefäß 1 ausgestoßene Schicht des Materials
A kommt mit der Schicht des Materials B in einer kreisförmigen Zone am oberen Teil
der Wand 4 des äußeren Gefäßes 2 in Berührung. Die vereinigten Materialien gelangen
dann
über die Kante 5 des äußeren Gefäßes 2 in das Sammelreservoir 17.
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Es ist zu ersehen, daß durch die beschriebene Arbeitsweise die getrennten
Materialien zusammengebracht werden, wobei jedes von ihnen die Form einer dünnen
Schicht aufweist. Die Schichten werden nicht in einem wirren Durcheinander gegeneinander
geschleudert, sondern tatsächlich eher glatt in gegenseitigen Flächenkontakt gebracht.
Ein Erhöhen der Drehgeschwindigkeit der Gefäße 1 und 2 dient dazu, die Stärke der
Materialschichten zu verringern, wodurch eine max:male Oberfläche eines jeden Materials
dem anderen ausgesetzt wird.
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Die Gefäße 1, 2 können, falls gewünscht, perforiert sein und/oder
mit Leitflächen oder Umlenkblechen versehen sein. Es ist vorteilhaft, daß der Spitzenwinkel
eines jeden Gefäßes kleiner ist als der des nächstbenachbarten höheren Gefäßes.
Die konusförmigen Gefäße können sich vorteilhafterweise in der gleichen Richtung
drehen mit Ausnahme des Falles, in welchem eine erhöhte Turbulenz erwünscht ist.