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Verfahren und Vorrichtung zum Mischen, Versalben und Homogenisieren
von pastösen und fliessfähigen Massen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum miscnen, Versalben und Homogenisieren von pastösen und fliessfähigen
Massen, beispielsweise Cremes, Zahnpasta, Schokolade, Farbpulvern od. dgl.
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Die bisherige Behandlung derartiger Massen im Sinne obiger Zielsetzung
erfolgt diskontinuierlich, d. h. chargenweise in Behaltern mit irgendwelchen, in
der Regel notwendigerweise stark dimensionierten Rühr-oder Mischelementen, die drehbar
in derartigen Behältern angeordnet sind. Neben dem Nachteil der Diskontinuität erfordert
eine solche Behandlung relativ lunge Bearbeitungszeiten, um sicherzustellen, dass
wenigstens
einigermassen der gewUnschte Bearbeitungseffekt erreicht
wird und dass alle Masseteilchen früher oder später einmal von den Misch-oder Rührelementen
erfasst werden, was aber letztlich nicht mit hundertprozentiger Sicherheit gewahrleistet
ist.
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Dies hat seinen Grund darin, dass jeweils der Behälter mit der ganzen
zu behandelnden Masse beschickt wird, wobei jedoch dann während der Bearbeitung
immer nur Teilchen umgeschichtet werden, die sich unmittelbar im Wirkbereich der
rotierenden Elemente befinden. Folge davon ist, dass Umschichtung und Mischung der
Einzelteilchen in der Gesamtmasse nur langsam vor sich gehen. Wird beispielsweise
fUr eine bestimmte Masse noch wahrend der Bearbeitung zusätzlich eine Belüftung
gefordert, so ist dies an derartigen diskontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen
meist nur mit einem relativ grossen apparativen Aufwand möglich.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabenstellung zu Grunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu seiner DurchfUhrung zum genannten Zweck zu schaffen, mit
dem bzw. mit der die genannten Nachteile beseitigt sind, d. h. mit dem der ganze
Bearbeitungsvorgang kontinuierlich durchgefUhrt werden kann, bei Sioherstellung
einer kurzzeitigen, immer wieder erfolgenden Erfassung aller Masseteilohen.
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Diese Aufgabenstellung ist mit einem Verfahren gelöst, das nach der
Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die zu behandelnde Masse kontinuierlich
in donner Sohioht auf einer
ein abliessen nach unten ermöglichenden
Bearbeitunbsfläche ausgebreitet und auf dieser der Schwerkraftwirkung ausgesetzt
wird, wobei in den entstehenden iiassefilm kontinuierlich schnell laufende und Scherkräfte
erzeugende Misch-und Homogenisierungselemente eingetaucht werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist nach der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsfläche als Innenwand eines vertikal
gestellten, zylindrischen Körpers ausgebildet ist, in dessen mitiger Längsachse
eine Welle drehbar gelagert ist, die etagenweise mit Filmeintauchelementen, wie
Scheiben, Mischarmen, Rollenträgern od. dgl., versehen ist.
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Mit diesem Verfahren und mit dieser Vorrichtung wird die gesamte zu
behandelnde Masse lediglich in Form eines relativ dünnen Films an die Bearbeitungselemente
herangebracht, an denen der Film unter ständigem Einfluss der naturgegebenen Schwerkraft
nach unten vorbeiläuft, wobei jedoch die Teilchen des Filmes, sowie sie in den Bereich
der Misch-und Homogenisierungselemente gelangen, einerseits einen gewissen Stau
erhalten und andererseits Scherkräften unterworfen werden, die sich durch die sich
schnell in der lSasse bewegenden und nur schwach eingetauchten Elemente ergeben.
Der ganze Vorgang kann also nach seiner Eigenart als eine DUnnschichtmischung bzw.
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-homogenisierung bezeichnet werden.
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Neben den auftretenden Scherkräften treten mit RüCksicht auf die oben
beschriebene vorzugsweise Ausbildung der Vorrichtung auch noch Zentrifugalbeschleunigungen
an den mit den schnell rotierenden Elementen in Beruhrung kommenden Masseteilchen
auf, was für eine Mischung und Homogenisierung ebenfalls vorteilhaft ist, da hierdurch
Umschichtungen der Masseteilchen in der dünnen Schicht gefördert werden.
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Neben dem Vorteil der Kontinuität hat die Behandlung der Hasse in
einer dünnen Schicht vor allem auch den Vorteil, dass die Mischung bzw. Homogenisierung
intensiv unter Erfassung aller Teilchen und schnell vor sich geht, weil diese Teilchen
gewissermassen in einer ZwangsfUhrung ständig an die Bearbeitungselemente herangeführt
werden und somit dauernd deren Wirkung ausgesetzt sind und auf keinen Fall relativ
lange, obgleich sie sich in der Vorrichtung befinden, an den bearbeitungseinwirkungen
gar nicht teilnehmen, wie das bei bekannten Vorrichtungen nachteilig in der Regel
eintritt.
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Abgesehen von den vorgesehenen Ruhezonen zwischen den Bearbeitungselementen
wird also das Material ununterbrochen bearbeitet.
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Vorteilhaft ergibt sich dabei, falls erforderlich, auch gleichzeitig
die Möglichkeit einer BelUftung des Materials, indem Luft oder ein anderes geeignetes
Gas durch die Vorrichtung gedrückt oder gesaugt, wobei natürlich Aufgabemenge, Spaltbreite,
Gaszufahr
und gegebenenfulls Gestaltung der Eintauchelemente aufeinander abgestimmt sein müssen,
um einen Gasdurchtritt durch die Vorrichtung zu ermöglichen.
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Gleiches gilt auch für die eventuelle Anlegung eines Vakuums zur Entlüftung
der Masse, beispielsweise in der unteren Halte der Vorrichtung, was möglich ist,
wenn das Eintauchen der für diesen Fall vorgesehenen Eintauchscheiben in den Massefilm
im oberen Bereich der Vorrichtung als Gasverschluss ausgenutzt wird. Ausserdem kann
durch die Anlegung eines Unterdruckes bei zähen Massen ein schnellerer Durchlauf
durch die Vorrichtung erreicht werden, deren Schluck-bzw. Aufnahmevolumen also zunimmt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung
zu seiner Durchführung besteht darin, dass auf Grund der Masseverteilung in Form
eines relativ dünnen Films die Temperaturbeeinflussung der Masse während der Bearbeitung
nahezu trägheitalos erfolgen kann, d. h. es ist beispielsweise möglich, durch entsprechende
Aufteilung der Kammer zur Fffhrung von warmezu-oder-abfuhrenden Medien längs der
Bearbeitungsstrecke Zonen mit Wärmezufuhr und Zonen mit Wärmeabfuhr auszubilden.
Zu diesem Zweck wird das Vorrichtungsgehäuse als Doppelmantel mit voneinander getrennten
Kanälen und jeweils separaten Anschlüssen zu den Einzelkanälen fUr die wärmezu-oder-abfUhrenden
Medien ausgebildet.
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Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an Hand der zeichnerischen
Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In dieser Darstellung zeigt schematisch Fig. 1 einen Längsschnitt
durch die erfindungagemässe Vorrichtung ; Fig. 2 das Eintauchen der Bearbeitungsscheiben
in den Massefilm ; Fig. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung
; Fig. 4 eine weitere AusfUhrungsform der erfindungagemässen Vorrichtung ; Fig.
5 besondere Auaführungsformen der Eintauch-bzw. bis q Misch-und Homogenisierungeelemente.
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Bei den Fig. 1 bis 4 handelt es sich um schematische Darstellungen
der Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen, wobei auf die Einzeldarstellung
der Massezu-und-abfuhr, der Rotorlagerungen, des Rotorantriebee und dergleichen
Einzelheiten verzichtet ist. Die Vorrichtung besteht im Prinzip aus einem Behalter
1 mit innerer Bearbeitungsfläche 1 und einem Rotor 2 mit aufgesetzten Bintauoh-bzw.
Bearbeitungselementen 3. Das Gehäuse 1 kann mit einem Doppelmantel 4 zur Ausbildung
eines Kanales 5 versehen sein, dem duroh Zu-und Ableitungen 6', 6
Wärme-
oder Kühlmedien zugeführt werden können. Diese ganze Vorrichtung ist vorzagsweise
vertikal angeordnet. Die Bearbeitungs-und Eintauchelemente 3 können, wie beispielsweise
aus der Fig. 2 hervorgeht, unmittelbar auf der Welle 2'oder an einem Zylinder 2",
der mit Vellenstürnpfen zur Lagerung versehen ist, angebracht sein.
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In Fig. 2 ist das erfindungsgemässe Verfanrensprinzip verdeutlicht,
aus der ersichtlich wird, duss die Liasse in Form eines Filmes 7 längs der Bearbeitungsfläche
1'nach unten ström wobei die Scheiben 3 mit ihrem peripheren Bereich in den Film
eintauchen. Die sich daraus ergebenden Misch-und Homogenisierungseffekte wurden
bereits oben erläutert.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Möglichkeit
der Anlegung eines Vakuums berücksichtigt ist.
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Zu diesem Zwecke sind im unteren Teil der Vorrichtung, aus der in
diesem Falle der Massefilm nicht ohne weiteres frei ablaufen kann, ein Vakuumanschluss
8 und eine Ausförderpumpe 9 vorgesehen, Die unteren Scheiben 3'weisen für diesen
Zweck Durchbrechungen 10 auf, so dass das angesetzte Vakuum etwa im unteren Drittel
bzw. in der unteren Hälfte der Vorrichtung wirksam werden kann. Die über den durchbrochenen
Scheiben 3' liegenden Scheiben 3 wirken als Verschluss nach oben, da sie keine Durchbrechungen
aufweisen und mit ihren peripheren Bereichen in den Film 7 eintauchene
Soll
die Masse bei der Bewegung über die Bearbeitungsfläche 1'unterschiedlichen Temperaturbeeinflussungen
unterworfen werden, so wird der Kanal 5 gemäss Fig. 1 in Einzelkanäle 5'aufgeteilt,
wobei dann jeder Einzelkanal 5'mit besonderen Zu-und Abflussanschlüssen 11, 12 versehen
ist.
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Die Bearbeitungs-bzw. Eintauchelemente können mit Rücksicht auf das
Verhalten der zu bearbeitenden Massen unterschiedlich ausgebildet sein. Es kann
sich dabei um einfache Scheiben handeln, wie sie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich
sind, wobei gemäss Fig. 2 die Scheiben gegebenenfalls auch mit konischen Umfangsflächen
13 ausgestattet sein können, wodurch ein gewisser Einzugseffekt der Masseteilchen
in den Ringspalt 14 bewirkt werden kann. Gemäss Fig. 5 ist es aber auch möglich,
die Scheiben mit Nuten 15 zu versehen, oder gemäss Fig. 6 die zylindrischen Umfangsflächen
mit rändelungsartigen Profilierungen auszustatten, die im Sinne der Drehrichtung
so geneigt sind, dass sich ein Fördereffekt nach unten ergibt. Selbstverständlich
kbnnten solche Rkndelungen auch auf den konischen Flächen 13 in Fig. 2 vorgesehen
sein.
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Ebenso wäre es möglich, in gewissen Umfangsabständen zwischen den
Profilierungen 16 entgegengesetzte Profilierungen anzuordnen, um dadurch den Mischeffekt
und die daraus resultierenden Umschichtungen zu verstärken.
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In Fig. 7 ist schliesslich noch eine weitere AusfUhrungsmöglichkeit
verdeutlicht, wobei auf einen an der Welle 2 angeordneten Träger 17, der, wie dargestellt,
beispielsweise
kreuzförmig ausgebildet sein kann, in dessen peripheren
Bereichen Rollen 18 angeordnet sind.
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Insbesondere diese Ausbildungsform der Bearbeitungselemente wäre für
eine ständige Durchlüftung des ganzen Vorrichtungeinnenraumes während der Bearbeitung
geeignet.
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Die Scheibe gemäß Fig. 5 mit den Nuten 15 kann auch in Verbindung
mit einem Nutring 15'gemäß Fig. 8 verwendet werden, der in geeigneter Weise in die
Bearbeitungsfläche 1§ eingeschaltet wird und der ggf. außer seiner Hauptnut 19'
mit Nuten 19 längs seiner Umfangskanten ausgestattet sein kann, wodurch sich in
an sich bekannter Weise gewissermaBen eine Art Hochfrequenzspannung der Masse ergibt.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. 9 verdeutlicht, gemäß
der die Filmeintauchelemente als Masseabhubelemente 20 ausgebildet sind. Diese Elemente
sind so ausgebildet und angeordnet, daß ihre Aufnahmekante 21 an der Bearheitungsfläche
(1') anliegt und an dieser im Sinne eines Abstreichers entlanggleitet, während die
hinter Ablaufkante von der Arbeitsfläche 1' distanziert verläuft. Durch die Rotation
wird die abgehobene Masse unter Schubwirkung in die Masseabhubelemente 20 hineingedrückt,
was auch, wie sich gezeigt hat, entgegen der vorhandenen Zaitrifugalkräfte der Fall
ist, und von der Ablaufkante 22 unter Wirkung der Zentrifugalkräfte wieder gegen
die Arbeitsfläche 11 geschleudert. Selbstverständlich ist es möglich, diese Art
der Filmeintauchelemente beispielsweise etagenweise abweahselnd mit den anderen
Bintauohelementen zu kombinieren.
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Zu erwähnen ist noch, da# bei dieser Arbeitsweise und dieser Vorrichtung
der ganze Rotor während des ganzen Bearbeitungsvorganges sauber bleibt, da alle
Teilchen, obgleich der Behälter 1 selbst steht, Zentrifugalkräften unterliegen und
somit ständig an der Bearbeitungsfläche 1'gehalten werden. Mit RUcksicht darauf
wäre es natürlich auch möglich, die gesamte Vorrichtung mit einer gewissen Neigung
anzuordnen oder gegebenenfalls sogar horizontal anzuordnen, wobei jedoch dann Bearbeitungs-und
Eintauchelemente in ihrem peripheren Bereich so ausgebildet sein müßten, da# sich
für die Masseteilchen ein Vorschub ergibt.
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Die Senkrechtstellung der ganzen Vorrichtung wird jedoch bevorzugt,
da dann die sowieso vorhandene Schwerkraftwirkung zur grundsätzlichen Weiterbeförderung
des Massefilmes am besten ausgenutzt werden kann.
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Je nach Beschaffenheit der Masse kann diese beispielsweise über eine
ringförmige Aufgabe am oberen Umfangrand der Bearbeitungsfläohe 12 aufgegeben werden,
es ist aber auch möglich, die Masse einfach in die obere Gehäusedffnung einsuschütten,
da die Masse sofort von den rotierenden Bearbeitungeelementen auf die Bearbeitungsfläche
gesohleudert wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise auch geeignet
zum Löeen und Homogenisieren von Natur-und Synthesekautsohukklebern.