DE1442687A1 - Scheibenfoermige Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von Stoffen - Google Patents

Scheibenfoermige Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von Stoffen

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DE1442687A1 DE19631442687 DE1442687A DE1442687A1 DE 1442687 A1 DE1442687 A1 DE 1442687A1 DE 19631442687 DE19631442687 DE 19631442687 DE 1442687 A DE1442687 A DE 1442687A DE 1442687 A1 DE1442687 A1 DE 1442687A1
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Description

  • Beschreibung zu der Patentamneldung Scheibenförmige Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von Stoffene Die Erfindung betrifft eine scheibenförmige Vorrich-tung zur Schwingungsbehandlung von Stoffen, insbesondere zum Aufschließen, Dispergieren, Homogenisieren, Emulgieren, Lösen, Fördern oder ähnlichen Behandeln von Stoffen und/ oder Gemischen, zum Einleiten bzw. Beschleunigen chemischer Reaktionen verschiedenster Art zwischen mehr oder weniger reaktiven Stoffen oder Verbindungen, und/oder zur verbesserten Durchführung anderer in der chemischen Technik vorkommender Prozesse zwischen oder an Stoffaystemen aller Aggregatzustände und verschiedenster Struktur.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt im wesentlichen eine auf einer Antriebswelle sitzende Scheibe, die in Umfangarichtung mit abwechselnd in verschiedenem Sinne gegen eine Rotationsebene geneigten Flächenbereichen versehen ist.
  • Die überraschend intensive Wirkung einer solchen Vorrichtung beruht hauptsädhlich auf der Erzeugung von Wellen in einem fließfähigen oder strömenden Medium und auf der gleichzeitigen intensive Börderung des Mediums tuber den Umfangsbereich der Scheibe hinaus. Durch die gegen die Rotationsebene der Scheibe geneigten Flächenbereiche, die man sich in Form einer diametralen Faltung bzw. Biegung der Scheibe vorstellen kann, entstehen auf der Oberfläche derselben saugende und fördernde Wirkungen, welche sich im Medium je nach der Drehzahl und Anzahl der schiefen Ebenen der Scheibe erstens als Sto3wellen im Medium fortpflanzen und ztveitens auch gleichzeitig im wesentlichen zentrifugal beschleunigend, also pumpend wirken, Dabei kann je nach Gestaltung des das Medium enthaltenden Behälters der Scheibe eine aubiergewöhnlich intensive Turbulenz in dem Medium erzeugt werden, welche den beabsichtigten Trozeß, z.B. eine chemische Reaktion, gegebenenfalls erheblich beschleunigen läßt.
  • Gemma einer AusSührungsSorm der Erfindung ist die Scheibe so geformt, daß die Schnittlinie einer Zylindermantelfläahe mit derselben wellenförmig ist.
  • Eine weitere Ausführungsform ist in einer solchen Gestaltung zu sehen, daß die Schnittlinie einer Zylindermantelflache mit der Scheibe sägezahnförmig ist.
  • Eine besonders heftige Turbulenz in dem Medium kann durch die in diesem rotierende Scheibe erzeugt werden, wenn man these mit ffnungen in zweckentsprechender, z.B. runder, ovaler oder eckiger Form versiehtv Durch dieselben dringt dann bei rotierender Scheibe das Medium je nach dem Drehsinn der Scheibe von der einen auf die andere Setie bzw. umgekehrt. Dabei entwickeln sich in dem Medium dasselbe heftig durchfließende gewundene Strömungen, welche z. B.
  • Teile des Mediums durch eine hohe Stoffsäule in verschiedenen Richtungen führen können.
  • Bei einer besonderen Ausführungsart sind die Offnungen jeweils nur an n Flächenbereichen mit gleichem Neigungssinn angebracht.
  • Die Flächenbereiche der Scheibe können mit messerformigen, hakenförmigen oder ähnlich ausgebildeten Voraprüngen versehen sein. Hierdurch läßt sich eine besonders intensive Zerreißung oder Zerschneidung von z.B. festen, klumpigen oder faserigen, thixotropen oder elastischen Strukturen in Flüssigkeiten herbeiführen, Zur weiteren Erhöhung dieser Wirkung können die Vorsprünge geschärft oder mit reissenden Spitzen. @@@sehen sein.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht auf besonders intensive Weise auch die Durcharbeitung viskoser oder thixotroper Medien in groben Behältern, wenn auf einer gemeinsamen rotierenden Welle mehrere der vorbeschriebenen Scheiben im axialen Abstund voneinander angeordnet sind.
  • Solche auf einer gemeinsamen Welle sitzenden Scheiben werden dann je nach dem Zweck in gleichartigen oder in vershiedenen Ausfdhrungen kombiniert.
  • Gemma. einer besconderen Ausführungsform sind am Umfang einer Scheibe Zähne vorgesehen. Hierdurch ergibt sich eine sehr intensiv wirkende, insbesondere zerscherende und dispergierende Wirkung.
  • Die am Umfang vorgesehenen Zahne sind vorzugsweise abwechselnd gegeneinander verschränkt oder in versahiedenen Rotationsflächen angeordnet.
  • Setzt man eine Scheibe in ein Gehäuse ein, so läßt sich erreichen, daB die von einer Scheibe ausgehende Pumpwirkung, die gewöhnlich nur zu einer Art Umwälzströmung des Mediums in dem Behälter fart, in gerichtete Bahnen gelenkt wird.
  • Zu diesem Zwect ist es gunstig, wenn die Mantelfläche des Gehäuses eng an den Umfang der Saheibe angrenzt. Die Ein-und AuslaBöffnungen des Gehäuses können dabei in ähnlicher Weise angeordnet sein wie bei Zentrifugalpumpen.
  • Gemäß einer Weiterbildung liegen auch die Stirnwände des Gehäuses in unmittelbarer Nähe der axial äußeren Bereiche einer Scheibe Der Innenmantel des Gehäuses kann mit einer Zahnung versehen sein, gegen welche die Scheibe grobes, atuckiges, faseriges oder sonstiges Gut schleudertt so daß dieses an dem Innenmantel zerrissen und zerschert wird.
  • In weiterer Ausbildung können sowohl der Innenmantel des Gehäuses, als auch der Umfang der Scheiben mit zueinander komplementären und ineinandergreifend angeordneten Zahnungen versehen sein.
  • Bei einer besonderen Ausführungaart der Erfindung ist um den Umfangsbereich der Scheiben ein mit Unterbrechungen versehener Statorkäfig angeordnet, Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematisoher Zeichnungen an mehreren Aueführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
  • Figuren 1 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Scheibe gemäß der Erfindung Piguren 9 bis 13 zeigen Anordnungen der Scheiben in einem Gehäuse zur Ausnutzung der Pumpwirkung.
  • Fig. 1 zeigt zwei auf einer elle 1 sitzende Scheiben 2 und 3. Die obere Scheibe 2 umfaßt kreissektorformige Bereiche 4, die aufeinanderfolgend in entgegengesetztem Sinn gegen die Rotationsebene der Scheibe geneigt sind. Die untere Scheibe 3 weiat jeweile auf den Flächen einer bestimmten Neigung Öffnungen 5 auf. wdhrand die Flächen mit gegensinniger Neigung Torprtng 6 aufweisen, die aus dem Material der Scheibe heraus reohtwinkelig nach oben gebogen sind.
  • Die wirkungsweise der oberen Scheibe 2 kann man sich so vorstellen, daß das zu behandelnde Medium z.B. an der Oberseite des Bektorenbereiohes 4 liber die Scheibe hinweggleitet und dann auf die entsprechend der Drehrichtung nächstfolgende Sektorenfläche aufprallt. Bei der unteren Scheibe wird in dem Medium eventuell enthaltenes grobstückiges Gut durch die Vorspränge 6 zerrissen. Durch die Offnungen 5 tritt das Medium von einer Seite der Scheibe auf die andere, so dal3 sich ein stetiger Wechsel des der Schlagwirkung der Scheibe ausgesetzten Mediums ergibt und dadurch eine starke Fórderung der Homogenisierwirkung erreicht wird.
  • Wie aus Fig. 2 hervorgeht, können die Uffnungen und die Vorsprünge natürlich auch getrennt vorgesehen sein. So ist z. B. die obere Scheibe an Sektorenflächen mit gleichem Neigungssinn nur mit ffnungen versehen, während die Sektorenflächen der unteren Scheibe lediglich normal zu den Flächenbereichen orientierte Vorsprünge aufweisen.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem am Umfang einer Scheibe 7 Zähne 8 vorgesehen sind. Hierdurch ergibt sikh eine intensive, scherende und dispergierende Wirkung, die su einer Umwälzströmung des behandelten Mediums in dem Behälter 9 Führt. Bine derartige Vorrichtung hat eiw intensivere Pumpwirkung ale z. B. Kreissägebläter, da deren as Umfang vorgesehene Zähne immer in der gleichen Spur laufen, eo daß ihr räumlicher Wirkungsbereich und die kinotische bzw. hydrodynamische Arbeitsleistung gering sindo Sie eind nur sehr beschränkt fähig, in dem Médium, insbesondore wenn dieses höher viskos oder sogar thixotrop ist, eine intensive Pumpwirkung, Umwälzung oder Turbulent zu erzeugen, Demgegentiber wirkt die vorrichtung geßäß Fig. 3 durch die Kombination des hochfrequenten Wellenschlages, der zentrifugalen Beschleunigung, der Zerscherung und Dispergierung des über den Umfang mit ihren Zahnen hinweggeschleuderten Mediums dber einen Bereich, der etwa der axialen Ausdehnung des Umfangsbereiches der Scheibe entspricht. Es ergibt sich dabei eine sehr intensive Pumpwirkung, welche die Umwalzung auch schwer flielsender Medien mit größeren Verhältnissen des Durchmessers des Behälters zu dem der Scheibe bewirkt.
  • Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einer wellenfdrmig gefalteten Scheibe 10, welche in einem oder in mehreren Sektoren der Faltung runde bzw. ovale axiale Durchbrechungen 11 aufweist. Durch die in der Fig. erkennbare Offnung 11 dringt das Medium z. B. von der Unterseite der Scheibe 10 über die letztere, worauf sich ein stetiger Wechsel des dem W : llenschlag der Scheibe ausgesetzten Mediums und dadurch eine starke Förderung der Homogenisierwirkung ergibt. Die Scheibe ist in einen oben offenen Behalter 12 eingesetzt, in dem das zu behandelnde Medium eingefüllt wird. Am Boden des Behälters ist ein Auslaß 13 vorgesehen, der durch ein Ventil 14 verschließbar ist. Dieser AuslaB dient zur Entnahme des fertig behandelten Mediums.
  • Fig. 5 zeigt sine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Scheibe mit einer Umfangszalmung versehen ist, wobei die Zahne 15 gegeneinanderverschränkt,zB.abwechselnd in axaler Richtung in entgegengesetztem Sinn gegenüber der Scheibe verkautet sind.
  • Die Zähne können dabei in verschiedener Weise geformt sein.
  • Fig. 6 zeigt z. B. eine Zahnung einer Scheibe mit ungefähr gleichseitig dreieckigen Zähnen Die Zahnung gemäß Fig. 7 weist im Drehsinn voreilende Zähne auf welche eine höhere reißende Wirkung auf das Medium, besonders auf stückige Bestandteile desselben ausüben.
  • Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Scheibe 16, die insbesondere zur Verwendung in eng anliegenden Gehäusen geeignet ist.
  • Gemäß den Figuren 9 und 10 ist die Scheibe 16 in einem dièse eng umschließenden Gehäuse 17 angeordnet, wobei dieser Behälter mit einem Einlaß 18 sowie einem Auslaß 19 fUr daa zu behandelnde Medium versehen ist, so daB letzteres das.
  • Gehäuse wegen der Förderwirkung der Scheibe 16 durchströmt.
  • Die van der Scheibe ausgehende radiale Strömung wird dann durch den Auslaß 19 unter Uberdruck abgefahrt. Bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet man besonders vorteilhaft wenigstens zwei-oder mehrfach gefaltete Scheiben, wobei die Faltlinien bzw. axial äußeren Bereiche der Scheibe auf oder nahe dem Scheibenboden, also ebenfalls nahe dem Behälterboden liegen. Dadurch wird ein optimales Volumen und zugleich eine optimale Füllung der Scheibe erreicht, von der auch die optimale Mengenleistung der Vorrichtung abhängt. Die Vorrichtung gemma, den Figuren 9 und 10 weist eine Scheibe mit 8 Sektorenflächen auf, wobei die schraffiert gezeichneten BektorenflUchen 20 das Medium aus dem Gehäuse durch den -Auslaß 19 hinausschleudern, während die Sektoren 21 infolge des in dem Gehäuse entstehenden Unterdrucka neuea Medium durch den Einlaß an die Scheibe heranführen, worauf es ebenfalls durch die Sektorenflächen 20 zum Auslaß hinausgeschleudert wird.
  • Fig. 11 zeigt eine weitere, besonders wirksame Ausführungsform der Erfindung, die ahnlich wie die Vorrichtung gemäß den Figuren 9 und 10 ausgebildet ist, jedoch mit dem Unterschied, daß der Innenmantel des Behälters mit einer Zahnung 22 versehen ist, Beim Betrieb der Vorrichtung schleudert die Scheibe das Medium, z. B. grobes, stückiges, faseriges holziges oder plastisches Gut, wie Zellstoff, Kunststoff, Gespinste usw, an den Innenmantel 22 und zerreißt und zerschert es dort, woraufhin es durch den Auslaß unter Druck auagestoßen wird.
  • Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. g. 11. Man erkennt hierin inebesondere die auawechselbar befestigte Statorzahnung 22 sowie die Zahnung der Rotorsoheibe, die vorzugsweise ebenfalls ausweckselbar am Rotor befeatigt ist.
  • Die in Zig. 13 dargestellte vorrichtung dient als auflöse-und Dispergiervorrichtung fUr schwierig zu bearbeitende, sehr zähflüssige, thixotrope oder faserige oder sehr heterogene Gemische, beispielsweise uneortiertes Altpapier oder dergleiohen. Diese Vorrichtung umfaBt eine gefaltete Scheibe 23 mit 8 sektorfdrmigen Fläohenbereichen, die am Umfang mit einer Zahnung 24 versehen ist. Diese Scheibe ist in einem Kafig 25 angeordnet, dessen Mantel aus koaxialen bzw. gewundenen Stäben 26 besteht und der am Gehäuse 27 der Vorrichtung auswechselbar befestigt ist. An den Stäben 26 des Kafigs 25 sind vorzugsweise einzeln, gruppenweise oder im ganzen auswechselbar Zahnringe 28 befestigt, zwischen denen die Zähne 24 der Rotorscheibe 23 eingreifen, so daß das grobe Medium zwischen den Zahnungen der Rotorscheibe und des Statorkäfigs zerriesen und dispergiert wird. Die Zähne an den Stäben des Käfigs können auch fortgelassen sein, so daß das Gemisch im Arbeitsspalt zwischen Rotorzahnung und Statorstäben bearbeitet wird. Durch verschiedenartige, der Struktur des Mediums und dem Bearbeitungszweok angepaßte Zahnungen und Abstände zwischen denselben läßt sich jede gewünschte Bearbeitung des Mediums, schonend bis sehr intensiv, gegebenenfalls auch unter Hinzufügung von inerten oder chemischen Zusätzen, Reagenzein, Katalysatoren, Lösungsmitteln, Detergents, Bleich- und IMprignierstoffen, Gasen, festen oder pulverigen Stoffen usw. erzielen.
  • Vie in Fig. 13 dargestellt ist, kann die Leistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch wesentlich gesteigert werden duroh eine besondere Ausbildung des die Vorrichtung umachließenden Behälters, welcher von dem dem Auslaß as gegenüberliegenden Bereioh gegen den Auslaß hin einen zunehmenden radialen Abstand vom Umfang der Scheibe aufweist, so daß der ausweurf auch sehr schwer pumpfähiger Medien wesentlich erleichtert ist.
  • Die Vorrichtung kann je nach dem Verwendungszweck mit ihrer Drehachse vertikal, horizontal oder in jeder anderen Iage angeordnet sein. Bei manchen Ausfuhrungsformen ; z. B. nach Fig. 13, können im unteren Teil der Vorrichtung ein Aufnahmebehälter, nötigenfalls mit einer Vorrichtung zur zeitweisen Entnahme des Inhalts oder der dauernden Abführung g desselben fur spezifisch schwerere Anteile des Gemischesp wie Metallteile, Eisen usw. angeordnet sein, womit gleiohzeitig eine Reinigung des Stoffes erfolgt.
  • Wie schon oben erwähnt, spielt die zentrifugale Beschleunigung des Mediums, die durch die ein-oder mehrfache Faltung der Scheibe herbeigeführt wird, bei der hohen Intensität der Vorrichtung eine wesentliche Rolle, weil sich vor der rotierenden gefaltenen Scheibe ein im Medium fortgesetzt hochfrequentes Druckwellensystem zylindrischer bis konischer Form bildet, welches sich bis auf einige Distanz vor der Scheibe ausdehnt und mit derselben, dicht vor der Scheibe annähernd mit deren Rotationsgeschwindigkeit und mit wacheender Entfernung von der Scheibe allmählich abnehmender Geschwindigkeit rotiert. Die kinetische Leistung der rotierenden, gefaltenen Scheibe setzt sich jedoch, je nach erfindungagemuer Ausbildung der Scheibe, nach Bedarf mehr in radialer Richtung von der Peripherie der Scheibe oder gegebenenfalls von den Oberflächen der Faltensektoren ausgehend mehr in axialer Richtung fort. Dabei können alle erforderlichen verhältnisse der verschiedenen Leistungen der Merkmale der Scheibe in kombinierter. Zusammenarbeit eingetelit werden.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ii c h e 1. Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von Stoffen, gekennzeichnet durch eine auf einerAntriebswelle (1) Bitzende Scheibe (2), die in Umfangsrichtung mit abwechselnd in verschiedenem Sinne gegen die Rotationsebene verlaufenden Flächenbereichen (4) versehen ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetp daB die Scheibe so geformt ist. daB die Schnittlinie einer Zylindermantelfläche mit derselben wellenförmig ist 3* Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daB die Scheibe so geformt ist, daB die Schnittlinie einer Zylindermantelfläche mit derselben sägezahnförmig ist. s 4* Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Fläohenbereiche (4) mit Öffnungen (5) versehen sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) nur an Fläohenbereiohen (4) mit gleichem Neigungssinn angebracht sind.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die e Flächenbereiche (4) mit messerförmigen, hakenförmigen oder ähnlich ausgebildeten Vorsprängen (6) versehen sind.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daB die VorsprUnge (6) geschärft oder mit reissenden Spitzen versehen sind.
    8. vorrichtung naoh Anspruoh 1 bis 79 daduroh gekennzeichneto dBß auf einer Anstrisbswelle (1) mebrere Scheiben (4) im Abstand voneinander angeordnet sind.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB an Umfang einer Scheibe (4) Zähne (15) vorgesehen sind.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähn (15) abwechselnd gegeneinander verschränkt eind.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeiohnet, daB die Scheibe (4) oder die Scheiben in ein Gthausse (17) eingesetzt sind.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Gehäuses (17) engt jedoch reibungslos an den Umfang der Scheibe (16) angrenzt.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände des Gehäuses (17) eng an die axial äußeren Bereiche einer benachbarten Scheibe angrenzen.
    14. Vorrichtung naoh Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daS der Innenmantel des Gehäuses (17) mit einer Zahnung (22) versehen ist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennseichnet daS der Innenmantel des Gehäuses (17) und der Umfang der Boheiben mit zueinander komplementären und ineinandergreifend angeordneten Zahnungen (22) versehen sind.
    16. Vorriohtung naoh Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß um den Umfang einer Scheibe (23) ein mit Unterbrechungen versehener Statorkäfig (25) angeordnet ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotor-Statorkäfigaggregat in einen Behälter (27) eingesetzt zist'dessein radialer Abstand von dem Statorkäfig (25) von einer dem Aulas (29) entgegengesetzten Stelle zu diesem hin zunimmt.
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