DE19720959A1 - Rotor-Stator-Maschine - Google Patents
Rotor-Stator-MaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rotor-Stator-Maschine zum Mahlen
und Dispergieren, mit einem Gehäuse und darin gelagerter
Rotorwelle, an deren gehäuseseitigen Ende ein mit konischer
Oberfläche ausgebildeter Rotor befestigt ist, dem konzentrisch
ein im Gehäuse befestigter Stator zugeordnet ist, wobei Rotor
und Stator einen Spalt bilden, dem ein axialer Zuführstutzen
vorgeschaltet und ein radialer Austrittsstutzen nachgeschaltet
ist.
Derartige Maschinen wurden bisher als Homogenisier-, Auf
schluß- und Reaktionsmaschinen eingesetzt. Sie arbeiten mit
konzentrischen Werkzeugen, die radial geschlitzt und/oder ge
bohrt sind. Während des Betriebes greifen die Werkzeuge von
Rotor und Stator koaxial ineinander und laufen mit hoher Rela
tivgeschwindigkeit berührungslos aneinander vorbei. Aufgrund
der Ausbildung der Oberflächen von Rotor und Stator entste
hen verschiedene physikalische Effekte, wie Scherung an den
Kanten der Werkzeuge und im Ringspalt, sowie Druckwechseln
beim Durchgang der Produkte durch das Rotor-Stator-System.
Zufolge der besonderen Ausbildung der Werkzeuge bilden sich
Impulse aus, die sehr energieaufwendig wirken. Außerdem sind
die Werkzeuge mit ihren Rillen, Schlitzen und Bohrungen sehr
verschleißanfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotor-Stator-
Maschine zu schaffen, mit der die Nachteile der bekannten Ma
schinen vermieden werden und die bei der Behandlung hoch
abrasiver Produkte mit einem geringen Energieaufwand hoch
verschleißfest sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zueinander ge
kehrten Seiten von Rotor und Stator mit glatten Oberflächen
ausgebildet sind, die einen veränderbaren Spalt bilden, daß
die mit dem zu behandelnden Produkt in Berührung kommen
den Teile, wie Gehäuse, Rotor, Stator, aus einem harzge
bundenen Siliciumcarbid-Guß bestehen, und daß das Gehäuse
als Blockform ausgebildet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Rotor-Stator-Maschine können
hochabrasive Produkte ohne Schwierigkeiten bei langer Stand
zeit der gesamten Maschine behandelt werden. Der Einsatz
des Siliciumcarbid-Gusses erbringt gegenüber den älteren Ma
schinen, deren Werkzeuge teilweise aus Edelstahl bestehen, er
hebliche Vorteile. So stellt sich eine wesentliche Gewichtser
sparnis ein, wodurch die Lagerbelastung um 2/3 geringer ist.
Auch die aufzuwendende Energie reduziert sich um 15%. Das
verwendete Siliciumcarbid in Verbindung mit der einstellbaren
Spaltbreite zwischen Rotor und Stator bewirkt selbst bei glatten
Oberflächen von Rotor und Stator, daß hochabrasive Produkte
im Rotor-Stator-Spalt gemahlen werden. Hochabrasive Produk
te sind Kalkmilch, quarzähnliche Abplatzungen von Reaktor
wänden, Abwässerschlämme, die stark mit Quarzsand versetzt
sind, Rejektprodukte bei der Papieraufbereitung u. dgl.m.
Die Verwendung des Siliciumcarbid-Gusses erbringt auch eine
Ersparnis bei der Fertigung einer Rotor-Stator-Maschinen mit
den komplizierten Werkzeugen. Bisher mußten Rotor- und
Statorwerkzeuge, sowie das Gehäuse aufwendig mechanisch
bearbeitet werden. Der erfindungsgemäß eingesetzte Guß
macht eine mechanische Bearbeitung überflüssig. Denn das
Material kann so maßgenau gegossen werden, daß selbst H7-
Passungen ohne nachträgliche Bearbeitung gegossen werden
können.
Eine besonders vorteilhafter Siliciumcarbid-Guß für Rotor,
Stator und Gehäuse wird in einer Mischung von SIC und
Epoxidharz als Bindemittel gesehen. Bei der Herstellung der
Rotor-Stator-Teile aus dem erfindungsgemäßen Material kön
nen hochabrasive Produkte mit einer Temperatur bis zu 190°C
behandelt werden.
Infolge der Einstellung der Spaltbreite zwischen Rotor und
Stator kann die Rotor-Stator-Maschine auf jedes gewünschte
Maß eingestellt und damit jedem Produkt, insbesondere jeder
Korngröße des zu vermahlenden Produktes angepaßt werden.
Das eingesetzte Material hat selbst bei den glatten Oberflä
chen von Rotor und Stator den Vorteil, daß das zu behandeln
de Produkt durch den Rotor-Stator-Spalt transportiert wird. Zur
Unterstützung des Transportes ist die Befestigungs- und Dich
tungskappe mit sternförmig angeordneten Flügeln versehen
die das Produkt in den Rotor-Stator-Spalt hineindrücken.
Die radial an der Umfangsfläche des Rotors vorgesehen
Schaufeln unterstützen den Transport der Produkte durch den
Rotor-Stator-Spalt dadurch, daß sie das Produkt in den Rotor-
Stator-Spalt einziehen.
Die Verstellung des Rotor-Stator-Spaltes kann durch axiale
Bewegung des Stators und/oder des Rotors vorgenommen
werden. Die axiale Verstellung des Stators mittels Schrauben
hat den Nachteil, daß die Rohrleitung zum Zuführen des Pro
duktes in die Rotor-Stator-Maschine demontiert werden muß.
Bei einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten axialen Be
wegung der Rotorwelle und damit des Rotors, kann auf die
Rohrdemontage verzichtet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrei
ben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Rotor-Stator-
Maschine,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht von Rotor und
Stator,
Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie A-B in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie C-D in Fig. 2.
Eine Rotor-Stator-Maschine 1 besteht aus einem Gehäuse 2
und einem, mit einem Stützfuß 4 versehenen Lagerbock 3, der
über ein Verbindungsteil 5 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist.
Der Lagerbock 4 ist mit Lagern 6 und 7 ausgerüstet, in denen
eine Rotorwelle 8 drehbar gelagert ist. Das außenseitige Ende
der Rotorwelle 8 weist, zum Anschluß an einen nicht dargestell
ten Antrieb, einen Wellenstumpf 9 auf. Das gehäuseseitige
Wellenende 10 trägt als Werkzeug einen, mit einer glatten
nach außen gerichteten, kegelförmigen Oberfläche 12 verse
henen Rotor 11, der mittels einer Befestigungs- und Dichtungs
kappe 13 mit der Rotorwelle 8 verbunden ist. Auf der Oberseite
der Kappe 13 sind sternförmig angeordnete Flügel 14 ange
bracht, die in die Zuführöffnung für das Produkt hineinragen.
Dem Rotor 11 ist als zweites Werkzeug ein Stator 18 zugeord
net, der eine glatte, nach innen gerichtete kegelförmige Ober
fläche 21 aufweist. Die Oberfläche 12 des Rotors 11 und die
Oberfläche 21 des Stators 18 bilden einen gleichmäßigen, ver
änderbaren Spalt 23. Der Stator 18 wird mit einem Statorhalter
15 mittels Schrauben 36 mit dem Gehäuse 2 verbunden und ist
mit seiner Umfangsfläche 28 in einer Bohrung 30 des Gehäu
ses 2 verschiebbar geführt. Der Statorhalter 15 ist mit einem
Zufuhrstutzen 16 mit zentraler Bohrung 17, zum Anschluß an
eine nicht dargestellte Zufuhrleitung, versehen, wobei ein axia
ler, mit Bohrung 20 versehener Stutzen 19 des Stators 18 in
die Bohrung 17 hineinragt und mittels Schrauben 32 und 33
verschiebbar ist. Das Gehäuse 2 bildet zur Aufnahme des Ro
tors 11 und des Stators 18 eine Gehäusekammer 37, an die
sich ein Austrittskanal 22 anschließt. Zur Abdichtung der Rotor-
Stator-Maschine 1 sind mehrere Dichtungen vorgesehen und
zwar eine die Rotorwelle 8 abdichtende Stopfbuchse 24, sowie
Dichtungsringe 25 bis 27, die den Stator 18 und den Rotor 11
abdichten. Der Dichtungsring 25 ist in die Außenfläche des
axialen Stutzens 19, der Dichtungsring 26 ist in die Umfangs
fläche 31 des Stators 18 und der Dichtungsring 27 ist zwischen
dem Rotor 11 und der Befestigungs- und Dichtungskappe 13
eingelassen. Die Umfangsfläche 28 des Rotors 11 ist mit meh
reren gleichmäßig über den Umfang verteilten Schaufeln 29
versehen. Der Lagerbock 4 weist an beiden Enden jeweils ei
nen Dichtdeckel 34 und 35 auf. Diese Deckel können mit nicht
dargestellten, mit der Rotorwelle 8 verbundenen Nadel-Ventil-
Hydraulikzylindern ausgerüstet werden, mit denen die Rotor
welle 8 axial verschoben werden kann.
Je nach zu verarbeitendem Produkt wird der Spalt 23, durch
axiales Verschieben des Rotors 11 und/oder des Stators 18,
auf ein bestimmtes Maß eingestellt. Das über die Bohrung 20
eingeführte Produkt wird von den Flügeln 14 in den Spalt 23
hineingedrückt und gleichzeitig wird das Produkt von den
Schaufeln 29 angesaugt. Demzufolge wandert das Produkt
unterstützt von den aus Siliciumcarbid gebildeten glatten Flä
chen 12 und 21 durch den Spalt 23, wird dabei zermahlen und
dispergiert, und wird sodann zur Druckerhöhung über die als
Ringspirale ausgeführte Gehäusekammer 37 und den Austritts
kanal 22 weitergeleitet.
Claims (8)
1. Rotor-Stator-Maschine zum Mahlen und Dispergieren, mit
einem Gehäuse und darin gelagerter Rotorwelle, an deren ge
häuseseitigen Ende ein mit konischer Oberfläche ausgebildeter
Rotor befestigt ist, dem konzentrisch ein im Gehäuse befestig
ter Stator zugeordnet ist, wobei Rotor und Stator einen Spalt
bilden, dem ein axialer Zuführstutzen vorgeschaltet und ein
radialer Austrittskanal nachgeschaltet ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zueinander gekehrten Seiten von Rotor (11)
und Stator (18) mit glatten Oberflächen (12, 21) ausgebildet
sind, die einen veränderbaren Spalt (23) bilden, daß die mit
dem zu behandelnden Produkt in Berührung kommenden Teile,
wie Gehäuse (2), Rotor (11), Stator (18), aus einem harzge
bundenen Siliciumcarbid-Guß bestehen, und daß das Gehäuse
(2) als Blockform ausgebildet ist.
2. Rotor-Stator-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Siliciumcarbid-Guß ein Epoxidharz als Bin
demittel zugesetzt ist.
3. Rotor-Stator-Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) und/oder der Stator
(18) axial beweglich gelagert sind.
4. Rotor-Stator-Maschine nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (11) mittels einer Befestigungs- und
Dichtungskappe (13) mit einem Dichtungsring (27) am
Stirnende (10) der Rotorwelle (8) befestigt ist, und die Befesti
gungs- und Dichtungskappe (13) mit in den Zufuhrstutzen (16)
hineinragenden sternförmigen Flügeln (14) versehen ist.
5. Rotor-Stator-Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die radiale Umfangsfläche (28) des
Rotors (11) mit gleichmäßig verteilten Schaufeln (29) versehen
ist.
6. Rotor-Stator-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stator (18) mit einem axialen Stutzen (19)
versehen ist, der in eine Bohrung (17) des Zufuhrstutzens (16)
eines mit dem Gehäuse (2) verbundenen Statorhalter (15) hin
einragt, und daß die Umfangsfläche (31) des Stators (18) in ei
ner Bohrung (30) des Gehäuses (2) geführt ist, so daß der
Stator (18) axial geführt und mittels Schrauben (32, 33) axial
verstellbar ist.
7. Rotor-Stator-Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß in dem axialen Stutzen (19) und in der Umfangs
fläche (31) des Stators (18) Dichtungsringe (25, 26) eingelegt
sind, die mit dem Zuführstutzen (16) und der Gehäusebohrung
(30) Dichtungen bilden.
8. Rotor-Stator-Maschine mit einem Lagerbock, in dem die
Rotorwelle mit Lagern drehbar abgestützt ist und die beiden
Enden des Lagerbockes mit Dichtdeckeln versehen sind, da
durch gekennzeichnet, daß die Dichtdeckel (34, 35) zum axia
len Verschieben der Rotorwelle (8) mit Nadel-Ventil-Hydraulik
zylindern versehen sind.
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