DE19720959B4

DE19720959B4 - Rotor-Stator-Maschine

Info

Publication number: DE19720959B4
Application number: DE19720959A
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Dipl.-Ing. Mertens; Horst-Günter Dipl.-Ing. Noack; Hermann Swalve
Original assignee: Dorr Oliver Deutschland GmbH
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1997-05-17
Filing date: 1997-05-17
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2017-05-18
Also published as: DE19720959A1

Abstract

Rotor-Stator-Maschine mit einem Lagerbock zum Mahlen und Dispergieren, mit einem Gehäuse und darin gelagerter, mit an beiden Enden des Lagerbocks mit Dichtdeckeln versehenen 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 mit ihren zueinander gekehrten Oberflächen einen Spalt bilden, dem ein axialer Zuführstutzen vorgeschaltet und ein radialer Austrittskanal nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) und/oder der Stator (18) zur Bildung eines fixierbaren Spalts (23) axial verschiebbar gelagert ist (sind), wobei die Dichtdeckel (34, 35) zum axialen Verschieben der Rotorwelle (8) mit Nadel-Ventil-Hydraulikzylindern versehen sind, daß die mit dem zu behandelnden Produkt in Berührung kommenden Teile, wie Gehäuse (2), Rotor (11), Stator (18), aus einem harzgebundenen, mit einem Epoxidharz als Bindemittel zugesetzten Siliciumcarbid-Guß bestehen, und dass das Gehäuse (2) als Blockform ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotor-Stator-Maschine mit einem Lagerbock zum Mahlen und Dispergieren, mit einem Gehäuse und darin gelagerter, mit an beiden Enden des Lagerbocks mit Dichtdeckeln versehenen 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 mit ihren zueinander gekehrten Oberflächen einen Spalt bilden, dem ein axialer Zuführstutzen vorgeschaltet und. ein radialer Austrittskanal nachgeschaltet ist.

Derartige Maschinen sind bekannt (Supraton^® Homogenisier-, Aufschluß- und Reaktionsmaschinen, Supraton-D-9.955D Dorr-Oliver, 41515 Greuerbräch, 1995) und wurden bisher als Homogenisier-, Aufschlußund Reaktionsmaschinen eingesetzt. Sie arbeiten mit konzentrischen Werkzeugen, die radial geschlitzt und/oder gebohrt sind.

Während des Betriebes greifen die Werkzeuge von Rotor und Stator koaxial ineinander und laufen mit hoher Relativgeschwin digkeit berührungslos aneinander vorbei. Aufgrund der Ausbildung der Oberflächen von Rotor und Stator entstehen 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.

Aus der US 2,630 274 ist eine doppelfahrende Emulgiermaschine bekannt, die auf Grund der Konstruktion während des Laufes des Rotors oszillierende Bewegungen gegen den Stator ausführt, wodurch eine pulsierende Bewegung entsteht. Die sich hierdurch ständig kontinuierlich verändernde Spalteinstellung zwischen Rotor und Stator bleibt konstant bzw. wird sich nur bei Verschleiß ändern. Infolge der pulsierenden Bewegung können mit der älteren Maschine keine unterschiedlichen Produkte mit unterschiedlichen Korngrößen der Feststoffe eingesetzt werden.

Die DE 35 05 948 A1 beschreibt Schlagplatten für Kohlenmühlen, die mit einer Paste, bestehend aus Borcarbid, Siliziumcarbid und Aktivator, bestrichen und unter Vakuum auf 900 bis 1000°C erhitzt werden. Bei dieser Konstruktion sind nur die Oberflächen der Schlagplatten beschichtet und gehärtet. Die Verbindung von Verschleißschicht und Grundmaterial kann immer nur so hart sein, wie das Grundmaterial vorgibt. Bei Schlagplatten mit gesinterter Oberfläche löst sich die Sinterung partiell bei punktueller Schlagbelastung ab, d.h. die Sinterung löst sich vom Grundmaterial, wodurch eine Unterwaschung der dann frei liegenden metallischen Oberflächen des Grundmaterials entsteht. Dies ist der Grund dafür, dass Schlagplatten mit einer gesinterten Oberfläche nur eine geringe Haltbarkeit aufweisen.

Der Endung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotor-Stator-Maschine zu schaffen, mit der hochabrasive Produkte mit unterschiedlichen Korngrößen mit einem geringen Energieaufwand und hochverschleißfesten Teilen der Maschine, die mit dem zu bearbeitenden Produkt in Berührung kommen, bearbeitet werden können

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rotor und/oder der Stator zur Bildung eines fixierbaren Spalt axial verschiebbar gelagert ist (sind), wobei die Dichtdeckel zum axialen verschieben der Rotorwelle mit Nadel-Ventil-Hydraulikzylindern versehen sind, dass die mit dem zu behandelnden Produkt in Berührung kommenden Teile, wie Gehäuse, Rotor, Stator, aus einem harzgebundenen, mit einem Epoxidharz als Bindemittel zugesetzten Siliciumcarbid-Guß bestehen, und dass das Gehäuse als Blockform ausgebildet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Rotor-Stator-Maschine können hochabrasive Produkte ohne Schwierigkeiten bei langer Standzeit der gesamten Maschine behandelt werden. Der Einsatz des Siliciumcarbid-Gußes erbringt gegenüber den älteren Maschienen, deren Werkzeuge teilweise aus Edelstahl bestehen, erhebliche Vorteile. So stellt sich eine wesentliche Gewichtsersparnis 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 zwische Rotor und Stator bewirkt selbst bei glatten Oberflächen von Rotor und Stator, daß hochabrasive Produkte im Rotor-Stator-Spalt gemahlen werden. Hochabrasive Produkte sind Kalkmilch, quarzähnliche Abplatzungen von Reaktorwänden, 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-Maschine 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.

Durch die Mischung von Siliciumcarbid-Guß für Rotor, Stator und Gehäuse mit einem Epoxidharz als Bindemittel können 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 Oberflächen von Rotor und Stator den Vorteil, daß das zu behandelnde Produkt durch den Rotor-Stator-Spalt transportiert wird. Zur Unterstützung des Transportes ist die Befestigungs- und Dichtungskappe 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 Produktes in die Rotor-Stator-Maschine demontiert werden muß. Bei einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten axialen Bewegung der Rotorwelle und damit des Rotors, kann auf die Rohrdemontage verzichtet werden.

In den Unteransprüchen 2–5 sind besonders vorteilhafte Ausführungsformen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschreiben. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch die Rotor-Stator-Maschine,
2 eine vergrößerte Ansicht von Rotor und Stator,
3 einen Schnitt gemäß Linie A – B in 2,
4 einen Schnitt gemäß Linie C – D in 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 dargestellten Antrieb, einen Wellenstumpf 9 auf. Das gehäuseseitige Wellenende 10 trägt als Werkzeug einen, mit einer glatten nach außen gerichteten, kegelförmigen Oberfläche 12 versehenen Rotor 11, der mittels einer Befestigungs- und Dichtungskappe 13 mit der Rotorwelle 8 verbunden ist. Auf der Oberseite der Kappe 13 sind sternförmig angeordnete Flügel 14 angebracht, die in die Zuführöffnung für das Produkt hineinragen. Dem Rotor 11 ist als zweites Werkzeug ein Stator 18 zugeordnet, der eine glatte, nach innen gerichtete kegelförmige Oberfläche 21 aufweist. Die Oberfläche 12 des Rotors 11 und die Oberfläche 21 des Stators 18 bilden einen gleichmäßigen, veränderbaren 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 Gehäuses 2 verschiebbar geführt. Der Statorhalter 15 ist mit einem Zufuhrstutzen 16 mit zentraler Bohrung 17, zum Anschluß an eine nicht dargestellt Zufuhrleitung, versehen, wobei ein axialer, 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 Rotors 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 Umfangsfläche 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 mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Schaufeln 29 versehen. Der Lagerbock 4 weist an beiden Enden jeweils einen Dichtdeckel 34 und 35 auf. Diese Deckel können mit nicht dargestellten, mit der Rotorwelle 8 verbundenen Nadel-Ventil-Hydraulikzylindern ausgerüstet werden, mit denen die Rotorwelle 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 Flächen 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 Austrittskanal 22 weitergeleitet.

Claims

Rotor-Stator-Maschine mit einem Lagerbock zum Mahlen und Dispergieren, mit einem Gehäuse und darin gelagerter, mit an beiden Enden des Lagerbocks mit Dichtdeckeln versehenen 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 mit ihren zueinander gekehrten Oberflächen einen Spalt bilden, dem ein axialer Zuführstutzen vorgeschaltet und ein radialer Austrittskanal nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) und/oder der Stator (18) zur Bildung eines fixierbaren Spalts (23) axial verschiebbar gelagert ist (sind), wobei die Dichtdeckel (34, 35) zum axialen Verschieben der Rotorwelle (8) mit Nadel-Ventil-Hydraulikzylindern versehen sind, daß die mit dem zu behandelnden Produkt in Berührung kommenden Teile, wie Gehäuse (2), Rotor (11), Stator (18), aus einem harzgebundenen, mit einem Epoxidharz als Bindemittel zugesetzten Siliciumcarbid-Guß bestehen, und dass das Gehäuse (2) als Blockform ausgebildet ist.
Rotor-Stator-Maschine nach Anspruch 1, 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 Befestigungs- und Dichtungskappe (13) mit in den Zufuhrstutzen (16) hineinragenden sternförmigen Flügeln (14) versehen ist.
Rotor-Stator-Maschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Umfangsfläche (28) des Rotors (11) mit gleichmäßig verteilten Schaufeln (29) versehen ist.
Rotor-Stator-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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, Statorhalters (15) hineinragt, und dass die Umfangsfläche (31) des Stators (18) in einer Bohrung (30) des Gehäuses (2) geführt ist, so dass der Stator (18) axial geführt und mittels Schrauben (32, 33) axial verstellbar ist.
Rotor-Stator-Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 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.