DE19720959B4 - Rotor-Stator-Maschine - Google Patents
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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 in2 , -
4 einen Schnitt gemäß Linie C – D in2 . - Eine Rotor-Stator-Maschine
1 besteht aus einem Gehäuse2 und einem, mit einem Stützfuß4 versehenen Lagerbock3 , der über ein Verbindungsteil5 mit dem Gehäuse2 verbunden ist. Der Lagerbock4 ist mit Lagern6 und7 ausgerüstet, in denen eine Rotorwelle8 drehbar gelagert ist. Das außenseitige Ende der Rotorwelle8 weist, zum Anschluß an einen nicht dargestellten Antrieb, einen Wellenstumpf9 auf. Das gehäuseseitige Wellenende10 trägt als Werkzeug einen, mit einer glatten nach außen gerichteten, kegelförmigen Oberfläche12 versehenen Rotor11 , der mittels einer Befestigungs- und Dichtungskappe13 mit der Rotorwelle8 verbunden ist. Auf der Oberseite der Kappe13 sind sternförmig angeordnete Flügel14 angebracht, die in die Zuführöffnung für das Produkt hineinragen. Dem Rotor11 ist als zweites Werkzeug ein Stator18 zugeordnet, der eine glatte, nach innen gerichtete kegelförmige Oberfläche21 aufweist. Die Oberfläche12 des Rotors11 und die Oberfläche21 des Stators18 bilden einen gleichmäßigen, veränderbaren Spalt23 . Der Stator18 wird mit einem Statorhalter15 mittels Schrauben36 mit dem Gehäuse2 verbunden und ist mit seiner Umfangsfläche28 in einer Bohrung30 des Gehäuses2 verschiebbar geführt. Der Statorhalter15 ist mit einem Zufuhrstutzen16 mit zentraler Bohrung17 , zum Anschluß an eine nicht dargestellt Zufuhrleitung, versehen, wobei ein axialer, mit Bohrung20 versehener Stutzen19 des Stators18 in die Bohrung17 hineinragt und mittels Schrauben32 und33 verschiebbar ist. Das Gehäuse2 bildet zur Aufnahme des Rotors11 und des Stators18 eine Gehäusekammer37 , an die sich ein Austrittskanal22 anschließt. Zur Abdichtung der Rotor-Stator-Maschine1 sind mehrere Dichtungen vorgesehen und zwar eine die Rotorwelle8 abdichtende Stopfbuchse24 , sowie Dichtungsringe25 bis27 , die den Stator18 und den Rotor11 abdichten. Der Dichtungsring25 ist in die Außenfläche des axialen Stutzens19 , der Dichtungsring26 ist in die Umfangsfläche31 des Stators18 und der Dichtungsring27 ist zwischen dem Rotor11 und der Befestigungs- und Dichtungskappe13 eingelassen. Die Umfangsfläche28 des Rotors11 ist mit mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Schaufeln29 versehen. Der Lagerbock4 weist an beiden Enden jeweils einen Dichtdeckel34 und35 auf. Diese Deckel können mit nicht dargestellten, mit der Rotorwelle8 verbundenen Nadel-Ventil-Hydraulikzylindern ausgerüstet werden, mit denen die Rotorwelle8 axial verschoben werden kann. - Je nach zu verarbeitendem Produkt wird der Spalt
23 , durch axiales Verschieben des Rotors11 und/oder des Stators18 , auf ein bestimmtes Maß eingestellt. Das über die Bohrung20 eingeführte Produkt wird von den Flügeln14 in den Spalt23 hineingedrückt und gleichzeitig wird das Produkt von den Schaufeln29 angesaugt. Demzufolge wandert das Produkt, unterstützt von den aus Siliciumcarbid gebildeten glatten Flächen12 und21 durch den Spalt23 , wird dabei zermahlen und dispergiert, und wird sodann zur Druckerhöhung über die als Ringspirale ausgeführte Gehäusekammer37 und den Austrittskanal22 weitergeleitet.
Claims (5)
- 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.
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