DE19512794C2

DE19512794C2 - Method and device for deagglomeration of particles

Info

Publication number: DE19512794C2
Application number: DE1995112794
Authority: DE
Inventors: Torsten Poppe; Juergen Blum; Gerhard Wurm; Martin Dr Rott
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2015-04-06
Also published as: DE19512794A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Des agglomeration von Partikeln nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for des agglomeration of particles according to the generic term of the patent claims 1 and an apparatus for performing the method.

Die Zerlegung und Dispergierung von Partikeln, wie z. B. Staubteilchen, wird auch als Desagglomeration bezeichnet und ist für viele verschiedene Anwendungsgebiete interessant. Ihren Ausgangspunkt nahm die hier dargestellte Erfindung in der kosmologischen Grundlagenforschung, bei der eines der Grundprobleme darin besteht, wie in der Frühphase der Ent stehung des Sonnensystems aus Partikeln der Größenordnung weniger µm größere Materiebrocken entstanden sind. Zu diesem Zweck wird versucht die Verhältnisse in jener Phase im Labormaßstab zu simulieren, indem eine möglichst homogene Teilchendichte einzelner Partikel dieser Größe in einer Kammer hergestellt und unter Bedingungen der Schwerelosig keit in ihrer Entwicklung beobachtet wird. Weitere wichtige Anwendungen der Partikel-Desagglomeration liegen auf dem Gebiet der Chemie oder Pharmazie, z. B. überall dort, wo es darauf ankommt, eine möglichst feine Verteilung eines Stoffes in einem anderen Stoff oder im Vakuum herzustellen. Eine weitere Anwendung ist die Zerlegung partikelförmiger Produkte eines chemischen oder physikalischen Reaktions- oder Verbrennungsprozesses zu Analysezwecken.The disassembly and dispersion of particles, such as. B. Dust particles, is also known as deagglomeration and is interesting for many different areas of application. The invention presented here started from basic cosmological research, in which one of the Basic problems are, as in the early phase of Ent formation of the solar system from particles of the order of magnitude less chunks of larger material have formed. To this Purpose is trying the conditions in that phase in the Simulate laboratory scale by using as homogeneous as possible Particle density of individual particles of this size in one Chamber made and under conditions of weightlessness development is observed. Other important Applications of particle deagglomeration lie on the Field of chemistry or pharmacy, e.g. B. wherever it is it depends on the finest possible distribution of a Fabric in another fabric or in a vacuum. Another application is the disassembly of particulate Products of a chemical or physical reaction or combustion process for analysis purposes.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Des agglomeration bekannt, z. B. solche, die mit Ultraschall oder unter Verwendung von Dispergiermitteln arbeiten. Derartige Verfahren sind bei dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung nicht anwendbar, bei der es darum geht, eine Staubteilchen probe, die ursprünglich als Pulver vorliegt, bei der jedoch die Einzelpartikel (Größe 0,1 µm bis einige µm) durch Adhäsionskräfte zu größeren Klumpen zusammengeballt sind, wieder in ihre Einzelpartikel zu zerlegen und zu disper gieren, ohne dabei eine Höchstmenge an beigemischtem Gas zu übersteigen. Eine NASA-Studie vom Dezember 1993 (NASA Con tractor Report 177632) geht davon aus, daß das bisher viel versprechendste Verfahren zur Desagglomeration eines Staub pulvers die Desagglomeration in einem Gasstrom ist. Diese Studie kommt zu dem Ergebnis, daß dabei bei einer gewünschten Konzentration von 10⁵ Teilchen pro cm³ ein Kammerenddruck von 3 atm notwendig ist, um 80% einer Probe zu dispergieren, bezogen auf Messungen mit 5-10 µm großen Teilchen.Various methods for des agglomeration known, e.g. B. those with ultrasound or work using dispersants. Such Procedures are the subject of the present application not applicable when it comes to a dust particle sample, which is originally in powder form, but in which the individual particles (size 0.1 µm to a few µm) Adhesion forces are clustered into larger lumps, to disassemble into their individual particles and to disper yaw without adding a maximum amount of gas exceed. A December 1993 NASA study (NASA Con tractor report 177632) assumes that so far a lot most promising method for deagglomeration of a dust powder is the deagglomeration in a gas stream. This Study comes to the conclusion that a desired concentration of 10⁵ particles per cm³ Chamber pressure of 3 atm is necessary to 80% of a sample to disperse, based on measurements with 5-10 µm large Particles.

Die Studie macht jedoch keine Angaben darüber, welches der entscheidende Mechanismus bei der Desagglomeration sein soll und wie eine praktische Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Desagglomeration aussehen könnte.However, the study does not state which of the decisive mechanism in disagglomeration and how a practical device for performing a Procedure for deagglomeration could look like.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der Partikel oder Partikelagglomerate mit einer Ausdehnung im Bereich einiger µm oder größer, desagglomeriert und die Einzelpartikel 0,1 µm dispergiert werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a ver drive and specify a device with which particles or particle agglomerates with an extension in the range of a few µm or larger, deagglomerated and the individual particles dispersed 0.1 µm can be.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is carried out with the characteristic features of the Claim 1 and 4 solved. Advantageous configurations are specified in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem physikalischen Prinzip der Zerlegung oder Zertrümmerung von Staub- oder Partikelklumpen durch starke mechanische Stöße an rotie renden Bauteilen. Diese Stöße bewirken eine effiziente Desagglomeration der Probe. Dabei kann zusätzlich eine Gasströmung zur Unterstützung der Partikelströmung verwendet werden. Das Verfahren arbeitet jedoch im Prinzip auch ohne die Beimengung von Gas, da das Gas nur für den Transport der Staubpartikel sorgt nicht aber für die Desagglomeration und Dispergierung an sich. Für die Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens können z. B. eine Turbomolekularpumpe, eine schnell rotierende Zahnradscheibe oder eine Flügelpumpe verwendet werden.The method according to the invention is based on the physical Principle of decomposing or smashing dust or Particle clumps due to strong mechanical impacts on the rotie components. These impacts result in an efficient one Deagglomeration of the sample. In addition, a Gas flow used to support particle flow will. In principle, however, the method also works without the admixture of gas since the gas is only used for the transportation of the Dust particles do not cause deagglomeration and Dispersion per se. For the implementation of the Invention according to the method z. B. a turbomolecular pump, a rapidly rotating gear disc or a vane pump be used.

Im folgenden werden mögliche Ausführungsformen zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeich nungen näher erläutert.In the following, possible embodiments for through implementation of the method according to the invention using the drawing nations explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen schematischen Versuchsaufbau zur Partikeldes agglomeration unter Verwendung einer Turbomolekular pumpe; Figure 1 is a schematic experimental setup for particle agglomeration using a turbomolecular pump.

Fig. 2A eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahren unter Verwendung einer modifi zierten Turbomolekularpumpe, dargestellt im Längs querschnitt entlang der Linie I in Fig. 2B; Fig. 2A is an apparatus for carrying out the method according to the Invention using a modifi ed turbo-molecular pump shown in longitudinal cross-section along the line I in Fig. 2B;

Fig. 2B die Vorrichtung der Fig. 2A im Querschnitt auf der Höhe der Linie II; Fig. 2B shows the device of Fig. 2A in cross section at the level of line II;

Fig. 3 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer schnell rotierenden Zahnscheibe; Figure 3 shows another device for performing the inventive method using a rapidly rotating toothed disk.

Fig. 4 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer Flügelpumpe. Fig. 4 shows another device for performing the method according to the invention using a vane pump.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Versuchsaufbau zur Partikeldesagglomeration und Analyse der dispergierten Partikel und Agglomerate, wie er zu Forschungszwecken in der Kosmologie entwickelt wurde. Bei dieser Anordnung wird die homogene Teilchendichte dadurch erzeugt, daß die desagglo merierten Partikel in eine evakuierte Kammer 1 injiziert werden. Der interessierende Prozeß der Reagglomeration, d. h. der Bildung größerer Materieklumpen kann - nach Möglichkeit unter Bedingungen der Schwerelosigkeit - lichtoptisch analysiert werden, z. B. wie dargestellt durch eine Licht quelle 9 und ein Mikroskop 10. Optimale Versuchsbedingungen bestehen natürlich dann, wenn das Experiment im Weltraum, z. B. bei einem Shuttle-Flug in einem Weltraumlabor durch geführt werden kann. Die Schwerelosigkeit kann aber auch in einem Fallturm (Beobachtungszeit 4 s) hergestellt werden. Insofern für das Experiment keine Schwerelosigkeit bereit gestellt werden kann, lagern sich die herabfallenden einzelnen oder reagglomerierten Partikel auf einer in einer Öffnung der Kammer eingesetzten Auffangplatte 11 ab und können nach Durchführung eines Experiments analysiert werden. Die Kammer 1 ist mit einer Vorpumpe 6 verbunden, wobei mit den Bezugszeichen 7 und 8 ein Ventil und ein Druckmeßgerät bezeichnet sind. Für die Desagglomeration und die Injektion der desagglomerierten Partikel in die Kammer 1 wird eine Turbomolekularpumpe 2 verwendet. Die Vorpumpe 6 dient somit nicht nur dazu, ein für das Experiment notwen diges Vakuum in der Kammer 1 zu erzeugen, sondern auch, um das nötige Vorvakuum in der Turbomolekularpumpe 2 (ca. 10^-2 mbar) für deren Betrieb bereitzustellen. Die Turbo molekularpumpe 2 weist eine Einlaßöffnung 2a auf, durch die das Ausgangsmaterial injiziert wird. Dieses Ausgangsmaterial besteht aus 2 µm großen, amorphen SiO₂-Teilchen, bei denen in Folge von Adhäsionskräften stets eine Anzahl Teilchen zu einem Klumpen zusammengeballt sind. Diese Klumpen sollen möglichst vollständig in Einzelpartikel desagglomeriert und dispergiert werden. Zu diesem Zweck wird eine gewünschte Menge an Ausgangsmaterial 3 durch die Strömung eines in einem definierten Volumen 4 enthaltenen Gases, z. B. Umge bungsluft in die Turbomolekularpumpe 2 injiziert, wobei wie in der Zeichnung dargestellt, einfach die abwärts gerichtete Bewegung eines Kolbens angetrieben durch eine Federkraft verwendet werden kann. Zwei Vakuumventile trennen zum einen die Einlaßöffnung 2A vom Staubvorratsbehälter und zum anderen den Gasvorratsbehälter 4 vom Staubvorratsbehälter 3. Damit kann jedes beliebige Gas-zu-Staub-Verhältnis vorein gestellt werden. Eine Turbomolekularpumpe besteht in bekannter Weise, wie in der Zeichnung angedeutet ist, aus einer Anzahl feststehender, im Wechsel angeordneter Scheiben 2c, die aus schräg gestellten Flügeln bestehen und in eine schnelle Rotationsbewegung versetzt werden (typ.: 20000 - 70000 U/min). Die Scheiben übertragen damit gerichtete Impulse auf Gasmoleküle. Das eigentliche Einsatzgebiet von Turbomolekularpumpen besteht demgemäß bekannterweise auf dem Gebiet der Erzeugung von Hochvakua. Die Pumpe wird hier also eigentlich zweckentfremdet benutzt, denn hier geht es darum, daß die eingeführten Partikel des Ausgangsmaterials durch physikalische Stöße an den rotierenden Flügeln der Scheiben zertrümmert werden, und daß die desagglomerierten Partikel die Drehscheibenanordnung der Pumpe in einer gerichteten Weise verlassen. Daher ist es vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig, daß die gewünschte Menge an Ausgangs material durch ein definiertes Gasvolumen 4 in die Pumpe gespült wird, da dann der Impulsübertrag von den Flügeln an die Gasmoleküle und von diesen an die eingespülten Staub partikel am wirkungsvollsten funktioniert. Auf das zusätz liche Gasvolumen kann jedoch auch im Prinzip verzichtet werden, da in der Pumpe ein bestimmter Restgasdruck in der Größenordnung 10^-2 mbar vorherrscht, der bereits eine den Transport der Staubpartikel unterstützende Gasströmung erzeugt. Theoretisch denkbar ist auch, daß das Verfahren völlig ohne ein mitströmendes Gas, d. h. bei einer völlig evakuierten Pumpe funktioniert. Fig. 1 shows a schematic test setup for Partikeldesagglomeration and analysis of the dispersed particles and agglomerates, as developed for research purposes in cosmology. In this arrangement, the homogeneous particle density is generated in that the deagglomerated particles are injected into an evacuated chamber 1 . The process of interest, the re-agglomeration, ie the formation of larger clumps of matter - can be analyzed optically, if possible under conditions of weightlessness. B. as shown by a light source 9 and a microscope 10th Of course, optimal test conditions exist when the experiment in space, e.g. B. can be carried out on a shuttle flight in a space laboratory. Weightlessness can also be established in a drop tower (observation time 4 s). If no weightlessness can be provided for the experiment, the falling individual or reagglomerated particles are deposited on a collecting plate 11 inserted in an opening of the chamber and can be analyzed after an experiment has been carried out. The chamber 1 is connected to a backing pump 6 , reference numerals 7 and 8 denoting a valve and a pressure measuring device. A turbomolecular pump 2 is used for the deagglomeration and the injection of the deagglomerated particles into the chamber 1 . The backing pump 6 thus serves not only to generate a vacuum necessary for the experiment in the chamber 1 , but also to provide the necessary backing vacuum in the turbomolecular pump 2 (approx. 10 ^-2 mbar) for its operation. The turbo-molecular pump 2 has an inlet port 2 a, through which the feedstock is injected. This starting material consists of 2 µm, amorphous SiO₂ particles, in which a number of particles are always clumped into a lump as a result of adhesive forces. These clumps should be deagglomerated and dispersed as completely as possible in individual particles. For this purpose, a desired amount of starting material 3 by the flow of a gas contained in a defined volume 4 , for. B. ambient air injected into the turbomolecular pump 2 , which, as shown in the drawing, simply the downward movement of a piston driven by a spring force can be used. Two vacuum valves on the one hand separate the inlet opening 2 A from the dust storage container and on the other hand the gas storage container 4 from the dust storage container 3 . This means that any gas-to-dust ratio can be set in advance. A turbomolecular pump consists in a known manner, as indicated in the drawing, of a number of fixed, alternating disks 2 c, which consist of inclined vanes and are set into a rapid rotational movement (typically: 20000 - 70000 rpm) . The disks thus transmit directional impulses to gas molecules. The actual area of application of turbomolecular pumps is accordingly known to be in the field of high vacuum production. The pump is therefore actually used for a different purpose, because the point here is that the introduced particles of the starting material are shattered by physical impacts on the rotating vanes of the disks, and that the disagglomerated particles leave the pump's turntable arrangement in a directed manner. Therefore, it is advantageous, but not absolutely necessary, that the desired amount of starting material is flushed into the pump through a defined gas volume 4 , since then the momentum transfer from the blades to the gas molecules and from these to the flushed-in dust particles functions most effectively. In principle, however, the additional gas volume can also be dispensed with, since a certain residual gas pressure of the order of 10 ^-2 mbar prevails in the pump, which already produces a gas flow that supports the transport of the dust particles. It is also theoretically conceivable that the method works completely without a gas flowing along, ie with a completely evacuated pump.

Die Verwendung einer Turbomolekularpumpe ist hier lediglich beispielhaft aufzufassen. Es kann im Prinzip auch jede andere Ausführungsart einer mechanischen Rotationspumpe eingesetzt werden, in der gerichtete Impulse auf Gaspartikel übertragen werden. The use of a turbomolecular pump is only here as an example. In principle, everyone can another type of design of a mechanical rotary pump are used in which directed impulses on gas particles be transmitted.

Bei dieser Ausführungsform wird die Auslaßöffnung 26 durch einen rechtwinkeligen Abzweig aus dem Pumpengehäuse gebildet, an dem ein relativ enges Rohr angeflanscht ist. Die desagglomerierten Partikel werden durch die Auslaß öffnung 2b und das Rohr 5 in die vorevakuierte Kammer 1 befördert. Hier haben die Versuche gezeigt, daß zwar eine vollständige Desagglomeration durch die Pumpe 2 möglich ist, daß aber durch den Transport in dem rechtwinkeligen Abzweig und in dem notwendigerweise relativ engen Rohr 5 eine erneute, und in diesem Stadium unerwünschte Reagglomeration der Partikel stattfindet. Der rechtwinkelige Auslaß reduziert den Teilchendurchsatz.In this embodiment, the outlet opening 26 is formed by a right-angled branch from the pump housing, to which a relatively narrow pipe is flanged. The deagglomerated particles are conveyed through the outlet opening 2 b and the tube 5 into the pre-evacuated chamber 1 . Here, the experiments have shown that a complete deagglomeration by the pump 2 is possible, but that due to the transport in the right-angled branch and in the necessarily relatively narrow tube 5, a new and undesirable re-agglomeration of the particles takes place at this stage. The right-angled outlet reduces particle throughput.

Daher wurde eine Turbomolekularpumpe in einer Weise modifi ziert, wie in der Fig. 2A, B dargestellt, wobei gleiche Bauelemente die gleichen Bezugszeichen erhalten haben. In der bereits beschriebenen Weise wird also der Pumpe 2 eine gewünschte Menge Ausgangsmaterial 3, gewünschtenfalls unter "Einspülen" mit einem Gasvolumen 4 in der beschriebenen Weise zugeführt. Die Pumpe 2 erzeugt nun einen gerichteten Gas- bzw. Partikelstrom wie schon bei Fig. 1 beschrieben. Die Modifikation liegt nun darin, daß der Strom desagglo merierter Partikel nicht - wie in Fig. 1 gezeigt - durch einen seitlichen Auslaß und ein enges Rohr transportiert, sondern ohne Richtungsänderung durch eine gegenüber der Einlaßöffnung angeordnete Auslaßöffnung direkt der Kammer 1 zugeführt wird. Zu diesem Zweck weist die Auslaßöffnung 2b wie in Fig. 2B dargestellt, eine Anzahl von runden Durch führungen 13 auf, die kreisförmig um den Motor 11 und den Schaft 12 angeordnet sind, so daß die desagglomerierten Staubpartikel, wie durch die Pfeile angedeutet, auf einem möglichst großen Querschnitt und ohne Richtungsänderung aus der Pumpe austreten können. Durch den großen Gesamtquer schnitt der durch die einzelnen Durchführungen gegebenen Auslaßöffnung verringert sich auch die Wahrscheinlichkeit der unerwünschten Reagglomeration in der Pumpe. Die Pumpe 2 wird direkt an die Kammer 1 angeflanscht. Die in Fig. 2B gezeigte Geometrie der Durchführungen ist natürlich nur ein Ausführungsbeispiel, das bei dem gegebenen Aufbau der Pumpe einen idealen Kompromiß zwischen konstruktionstechnischen Erfordernissen und optimaler Desagglomeration und Disper gierung darstellt. Denkbar ist z. B. auch, daß der gesamte ringförmige Zwischenraum zwischen dem Motor 11 und dem Pumpengehäuse als Durchführung dient. Dies vergrößert den effektiven Rohrquerschnitt für den Partikelstrom und führt somit zu einer weiteren Verringerung der Agglo merationswahrscheinlichkeit der Partikelströmung in der Pumpe. Dieser Aufbau wäre jedoch konstruktionstechnisch nicht ganz unproblematisch, da der Motor dann nicht mehr durch das Pumpengehäuse gehaltert wäre. Eine ersatzweise Halterung könnte dann darin bestehen, die Gehäuseinnenwand durch einen oder mehrere Haltearme mit dem Motorgehäuse zu verbinden, wobei diese Haltearme jedoch Strömungswiderstände für den Partikelstrom darstellen würden. Eine weitere Vari ante besteht darin, den Motor 11 gänzlich außerhalb des Pumpengehäuses anzubringen, z. B. direkt oberhalb der Einlaß öffnung in der Fig. 2A, wobei dann der Antriebsschaft 12. durch eine vakuumdichte Öffnung in das Pumpengehäuse ein geführt wird. Bei dieser Variante steht dann der gesamte Innenquerschnitt des Pumpengehäuses für den Durchfluß und Auslaß der Partikelströmung zur Verfügung.A turbomolecular pump was therefore modified in a manner as shown in FIGS . 2A, B, the same components being given the same reference numerals. In the manner already described, the pump 2 is supplied with a desired amount of starting material 3 , if desired with “flushing in” with a gas volume 4 in the manner described. The pump 2 now generates a directed gas or particle flow as already described in FIG. 1. The modification now lies in the fact that the stream of disagglomerated particles is not - as shown in Fig. 1 - transported through a side outlet and a narrow tube, but is fed directly to the chamber 1 without changing direction through an outlet opening arranged opposite the inlet opening. For this purpose, the outlet opening 2 b, as shown in Fig. 2B, has a number of round bushings 13 , which are arranged in a circle around the motor 11 and the shaft 12 , so that the deagglomerated dust particles, as indicated by the arrows the largest possible cross-section and can exit the pump without changing direction. The large total cross-section of the outlet opening given by the individual bushings also reduces the likelihood of undesired reagglomeration in the pump. The pump 2 is flanged directly to the chamber 1 . The geometry of the bushings shown in FIG. 2B is of course only one exemplary embodiment, which, given the structure of the pump, represents an ideal compromise between design requirements and optimal deagglomeration and dispersion. It is conceivable, for. B. also that the entire annular space between the motor 11 and the pump housing serves as a passage. This increases the effective pipe cross-section for the particle flow and thus leads to a further reduction in the agglomeration probability of the particle flow in the pump. However, this structure would not be entirely unproblematic in terms of construction, since the motor would then no longer be supported by the pump housing. An alternative holder could then be to connect the inner wall of the housing to the motor housing by means of one or more holding arms, but these holding arms would represent flow resistances for the particle flow. Another variant is to mount the motor 11 entirely outside the pump housing, for. B. directly above the inlet opening in FIG. 2A, in which case the drive shaft 12th is inserted through a vacuum-tight opening in the pump housing. In this variant, the entire inner cross section of the pump housing is then available for the flow and outlet of the particle flow.

Eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Auch diese Ausführungsform macht Gebrauch von dem erfindungsgemäßen Prinzip, nach dem die Desagglomeration von Partikelklumpen durch einen starken mechanischen Stoß rotierender Bauteile passiert. Die technische Verwirklichung greift jedoch auf andere Bauteile zurück. Ein schneller Elektromotor (nicht eingezeichnet) treibt eine zahnradartige Scheibe 15 an. In einem kleinen Zylinder 16 befindet sich der Staubvorrat, der durch einen Kolben 17 mit langsamem Vorschub auf die Stirn seite der Zahnscheibe in einen geeigneten Winkel geschoben wird. Die Flanken der Zähne treffen mit hoher Geschwindig keit auf den Staub und bewirken damit gleichzeitig sowohl eine Auflösung in einzelne Partikel als auch eine richtungs genaue Beschleunigung der Teilchen. In dem vergrößerten kreisrunden Ausschnitt ist die Lage und Anordnung der Zähne schematisch dargestellt. Die Ausdehnung der Zähne ist dabei auf jeden Fall größer als die Ausdehnung der Partikel oder Partikelagglomerate. Von dem entstehenden Staubstrahl kann mit einer Lochblende 18 derjenige Winkelbereich ausgewählt werden, der die beste Desagglomeration aufweist.A schematic diagram of a further embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 3. This embodiment also makes use of the principle according to the invention, according to which the deagglomeration of particle clumps occurs due to a strong mechanical impact of rotating components. However, the technical implementation uses other components. A fast electric motor (not shown) drives a gear wheel-like disc 15 . In a small cylinder 16 is the dust supply, which is pushed by a piston 17 with slow feed on the front side of the toothed disc in a suitable angle. The flanks of the teeth hit the dust at high speed and thus cause both a breakdown into individual particles and a precise acceleration of the particles. The position and arrangement of the teeth is shown schematically in the enlarged circular section. The extent of the teeth is in any case greater than the extent of the particles or particle agglomerates. With a perforated screen 18, the angle range that has the best deagglomeration can be selected from the resulting dust jet.

Es wird somit ein gerichteter Staubstrahl mit einer hohen Relativgeschwindigkeit zum umgebenden Restgas erzeugt. Das Verfahren funktioniert ohne eine zusätzliche Gasströmung und prinzipiell in beliebig guten Vakua und kann im kontinuier lichen Betrieb durchgeführt werden. Erste Versuche mit einem kleinen Kunststoffzahnrad haben bereits eine ausgezeichnete Desagglomeration für Glaskügelchen der Durchmesser 1,2 µm, 0,8 µm und 0,5 µm ergeben. Es können jedoch auch Glaskügel chen mit noch kleineren Durchmessern desagglomeriert werden.It is therefore a directed dust jet with a high Relative speed to the surrounding residual gas generated. The Process works without an additional gas flow and in principle in any good vacuums and can be used continuously operation. First attempts with one small plastic gear already have an excellent one Deagglomeration for glass beads with a diameter of 1.2 µm, 0.8 µm and 0.5 µm result. However, it can also be glass beads disagglomerated with even smaller diameters.

Das Kunststoffzahnrad hatte dabei einen Durchmesser von 50 mm und eine Drehzahl von bis zu 8500/min. Der Antrieb erfolgte durch einen einfachen Gleichstrommotor mit Schleif kontakten, auf dessen Achse das Zahnrad befestigt war.The plastic gear had a diameter of 50 mm and a speed of up to 8500 / min. The drive was done by a simple DC motor with grinding contacts on whose axis the gear was attached.

Die gegenwartig in der Fertigung befindliche Ausführung weist folgende Konstruktionsmerkmale auf. Die Drehzahl soll 10000/min betragen, was noch die Verwendung eines billigen Gleichstrommotors erlaubt. Der Durchmesser der Zahnscheibe beträgt 180 mm, die Anzahl der Zähne 120. Um sicherzustellen, daß alle Zähne gleichmäßig Staub fördern, also keiner her vorsteht und der Strahl nicht pulsiert, wurde zum einen bei der Welle-Nabe-Verbindung auf eine gute Zentrierung geachtet, zum Anderen die Zähne so gefertigt, daß ein Teil der gedrehten Stirnseite der Zahnscheibe stehenblieb. Ein zweites Merkmal der Zahnform ist eine gerade Zahnflanke, die einem unnötigen Aufweiten des Staubstrahls vorbeugen soll. The version currently in production has the following design features. The speed should 10000 / min, which is still the use of an inexpensive DC motor allowed. The diameter of the lock washer is 180 mm, the number of teeth 120. To ensure that all teeth convey dust evenly, so none protrudes and the beam does not pulsate, on the one hand the shaft-hub connection on a good centering attention, on the other hand the teeth are made so that one part the turned face of the toothed disc stopped. On second characteristic of the tooth shape is a straight tooth flank that prevent unnecessary widening of the dust jet.

Die Vorversuche ergaben, daß die Desagglomeration umso besser gelingt, je schneller die Geschwindigkeit der Zähne ist. Deshalb könnte eine Verbesserung der Anordnung mit der Verwendung eines frequenzgesteuerten Elektromotors ohne Schleifer bewirkt werden. Solche Motoren werden auch in der Turbopumpe verwendet und erreichen dort Drehzahlen von über 60000/min.The preliminary tests showed that the deagglomeration all the more The faster the teeth speed, the better is. Therefore, an improvement in the arrangement with the Use of a frequency controlled electric motor without Grinder can be effected. Such engines are also used in the Turbopump used and reach speeds of over 60000 / min.

Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist in Fig. 4 dargestellt.Another embodiment of an apparatus for performing the method according to the invention is shown in FIG. 4.

Die Vorrichtung besteht hier aus zwei ineinandergreifenden Flügelrädern 19 und 20, die in eine sehr schnelle gegen sinnige Drehbewegung versetzt werden. Der zugeführte Partikelstrom ist im wesentlichen in senkrechter Richtung auf die Verbindungslinie der Drehachsen der Flügelräder ausgerichtet, so daß die Partikelklumpen durch den Stoß an den Flügeln 19a, 20a zertrümmert werden und die desagglo merierten Partikel die Anordnung in einer Vorzugsrichtung verlassen. Die Flügelräder müssen streng synchron zueinander laufen. Durch das Ineinandergreifen der Flügel wird verhindert, daß Teilchen die Anordnung passieren können, ohne mit einem Flügel in Berührung zu kommen. Auch bei dieser Anordnung kann man zur Unterstützung des Impulsüber trags ein beliebiges Gas beimischen.The device here consists of two intermeshing impellers 19 and 20 , which are set in a very fast against sensible rotary movement. The supplied particle stream is aligned substantially in the vertical direction on the connecting line of the axes of rotation of the impellers, so that the particle clumps are smashed by the impact on the blades 19 a, 20 a and the disaggregated particles leave the arrangement in a preferred direction. The impellers must run in strict synchronism with each other. The interlocking of the wings prevents particles from passing through the arrangement without coming into contact with a wing. With this arrangement you can add any gas to support the momentum transfer.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durch führung vorgeschlagenen Vorrichtungen weisen die folgenden Vorteile auf. Die Partikel-Desagglomeration kann wahlweise im diskreten oder kontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden. Das Verfahren funktioniert prinzipiell auch ohne Beimischung von Gas zum Partikelstrom. Wenn überhaupt, so werden nur kleine Gasmengen verwendet, wobei die Gasart keine Rolle spielt. Das Verfahren arbeitet zerstörungsfrei und bei großer Effizienz und hohem Durchsatz und kann unter Bedingungen der Schwerelosigkeit durchgeführt werden. The method according to the invention and its through devices proposed guide the following Advantages on. Particle deagglomeration can be optional carried out in discrete or continuous operation will. In principle, the process also works without Addition of gas to the particle flow. If anything, so only small amounts of gas are used, the gas type doesn't matter. The process works non-destructively and with great efficiency and high throughput and can under Conditions of weightlessness are carried out.

Obwohl die Versuche nur mit Partikelklumpen, d. h. Zusammen ballungen mehrere Einzelpartikel definierter Art und Größe, durchgeführt werden, eignet sich das Verfahren prinzipiell auch für die Zerkleinerung von Ausgangspartikeln, die nicht aus definierten Einzelteilchen bestehen.Although the experiments only with clumps of particles, i.e. H. Together agglomerations of several individual particles of a defined type and size, the procedure is suitable in principle also for crushing source particles that are not consist of defined individual particles.

Neben den bereits genannten Anwendungsmöglichkeiten der Des agglomerierung feiner Stäube und Pulver und der homogenen Dispergierung in beliebigen Gasen sowie der Untersuchung von Staubwolken eignet sich das Verfahren auch zur Matrixiso lationsspektroskopie an kleinen, festen Partikeln.In addition to the already mentioned application possibilities of the Des agglomeration of fine dust and powder and the homogeneous Dispersion in any gases as well as the investigation of Dust clouds are also suitable for the Matrixiso Lation spectroscopy on small, solid particles.

Claims

1. A method for deagglomeration of particles or particle agglomerates, characterized in that the particles are supplied to an arrangement which contains at least one rapidly rotating component and that the particles are broken up by mechanical impact on the at least one component such that the individual particles with the arrangement leave a preferred direction.

2. The method according to claim 1, characterized in that the arrangement is supplied with a desired amount of particles and substantially simultaneously with a desired amount of a gas ( 4 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the particles are agglomerates that consist of individual particles defined type and size.

4. Device for performing the method according to any one of the preceding claims, characterized by an arrangement which contains at least one rapidly rotating component ( 2 C; 15 ; 19 a, 20 a) with which a directed gas or particle stream can be generated.

5. The device according to claim 4, characterized by a turbomolecular pump ( 2 ) with an inlet opening ( 2 A) for particles ( 3 ), a disc arrangement ( 2 C) and an outlet opening ( 2 B) for deagglomerated particles.

6. The device according to claim 5, characterized in that the outlet opening in the direction of flow from the Disc assembly emerging deagglomerated particles located.

7. The device according to claim 4, characterized in that the component is a disc ( 15 ) whose peripheral surface has a periodic structure.

8. The device according to claim 7, characterized in that the periodic structure is a sawtooth structure.

9. The device according to claim 7 or 8, characterized by a device ( 16 , 17 ) for supplying particles, with a cylinder containing the particles ( 16 ), in which a piston ( 17 ) is arranged displaceably.

10. The device according to claim 4, characterized by two impellers ( 19 , 20 ) with opposite directions of rotation, which are arranged such that at any time one wing ( 19 a, 20 a) of one wheel to lie between two wings of the other wheel is coming.

11. The device according to claim 10, characterized in that that the direction of the particle flow essentially with the The perpendicular of the two impellers coincides.