DE2139497B2

DE2139497B2 - Emulgier- und Dispergiervorrichtung

Info

Publication number: DE2139497B2
Application number: DE2139497A
Authority: DE
Inventors: Manfred 7813 Staufen Zipperer
Original assignee: Franz Morat Kaiseraugst (schweiz) GmbH
Current assignee: Franz Morat Kaiseraugst (schweiz) GmbH
Priority date: 1971-08-06
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1974-06-27
Also published as: US3940115A; CH555699A; JPS4829058A; NL7210755A; DE2139497C3; FR2148488A1; DE2139497A1; SE389277B; FR2148488B1; GB1381156A; IT964891B; BE787176A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Emulgier- und Dispergiervorrichtung mit mehreren relativ zueinander rotierenden konzentrischen, radial abwechselnd an einem Stator und einem sich relativ zu dem Stator drehenden Rotor angeordneten Werkzeugkränzen, die durch Zähne gebildet sind, welche scherend zusammenarbeiten, wobei die Werkzeugkränze um einen als zentrale Zuführungskammer dienenden Hohlraum herum angeordnet sind und die Zähne der Kränze mit gegebenenfalls bis zu hohen Ultraschallwerten reichender Frequenz zusammenarbeiten, und wobei die einander zugewandten Flanken der Zähne relativ zueinander rotierender konzentrischer Kränze parallel zueinander abwechselnd nach der einen und der anderen Seite zur Rotationsachse hin in einem spitzen Winkel geneigt sind und die Werkzeugkränze axial gegeneinander verschieb- und einstellbar sind.

Es sind Emulgier- und Dispergiergeräte für Labor, Technik und Produktion bekannt, die auf dem Prinzip eines in dem Flüssigkeitsgemisch bzw. Flüssigkeits-Feslstoft-Gemisch rotierenden Bearbeitungskopfes beruhen. So gibt es motorgetriebene Propellerflügel. Zahnscheiben, Dissolverscheiben, Taumelscheiben usw., die mit hoher Tourenzahl umlaufen und für die gewünschte Mischung sorgen.

Des weiteren sind Geräte bekannt, die einen gegenüber einem Stator umlaufenden Rotor aufweisen, wobei bei einei bekannten Ausführungsform sich ein geschlitztes Rotorrohr in einem ebenfalls geschlitzten Statorrohr dreht. Nach dem gleichen Prinzip arbeiten bekannte Misch- und Dispergicrvorrichtungen der eingangs genannten, bekannten Art (deutsche Patent-

chrift 875 603), bei denen der Rotor und Stator mit icherend zusammenarbeitenden Werkzeugkränzen /ersehen sind, die um einen als zentrale Zuführungsvammer dienenden Hohlraum herum angeordnet sind.

Untersuchungen haben gezeigt, daß der Emulgier- bzw. Dispergiergrad nicht in erster Linie von der Anzahl der Zähne auf den jeweiligen Werkzeugkränzen und der relativen Drehzahl der Werkzeugkränze zueinander abhängig ist, sondern vom Zusammenwirken zwischen Umfangsgeschwindigkeit und Spaltabstand zwischen den Werkzeugkränzen des Stators und Rotors. Die bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art erlaubt auf einfache Weise die Veränderung des Spaltabstandes zwischen den Werkzeugkränzen, wobei es unerheblich ist, ob Stator und Rotor nur einen oder mehrere Werkzeugkränze aufweisen. Die in einem Winkel gegenüber der Rotationsachse geneigten, einander parallel gegenüberliegenden Flanken der Werkzeuge bedingen eine Änderung des Spaltabstandes zwischen den Werkzeugkränzen, wenn eine geringe axiale Verschiebung zwischen Stator und Rotor erfolgt. Die gegenseitige Überdeckung der Flanken bzw. der Werkzeuge bleibt dabei praktisch unverändert. Bei einer axialen Verschiebung zwischen Rotor und Stator und nicht gegen die Achsrichtung geneigten Flanken würde lediglich eine Änderung der gegenseitigen Überdeckung der Werkzeuge erreicht werden, was zu einer vollkommen ungleichmäßigen Emulgierung bzw. Dispergierung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emulgier- und Dispergiervorrichlung der eingangs genannten Art mit auch während des Betriebes einstellbarem Spaltabstand zwischen den Werkzeugen so weiterzubilden, daß ein kontinuierlich sich verringernder Spaltabstand zwischen den Werkzeugen im wesentlichen bei allen Einstellungen erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Größe des Winkels der parallelen Flanken aufeinanderfolgender Werkzeugkränze zur Rotationsachse und die Spaltabstände zwischen den Werkzeugkränzen in Richtung von der zentralen Zuführungskammer zum äußeren Werkzeugkranz hin abnehmend vorgesehen sind. Man erreicht dadurch, daß das noch wenig vorzerkleinerte Gemisch zuerst durch gröbere Bearbeitungsspalte ohne allzu große Hemmung hindurchtreten kann, um dabei so weit vorzerkleinert zu werden, daß es für den geringeren Spaltabstand zwischen darauffolgenden Werkzeugkränzen nicht mehr zu grob ist. Durch axiale Verstellung der Werkzeugkränze gegeneinander bleibt diese progressive Grundeinstellung der Arbeitsstufe erhalten, da durch die unterschiedlichen Neigungswinkel der Flanken die Spaltabstände zwischen inneren Werkzeugkränzen bei Auseinanderfahren von Stator und Rotor stets größer werden als zwischen äußeren Werkzeugkränzen.

In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung sind als Durchlauf gerät mehrere Arbeitsstufen hintei einander in einem Gehäuse mit Zu- und Abströmöffnung angeordnet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1141517 sind Durchlaufgcräte an sich bekannt.

Weitere Ausbildungen gemäß der Erfindung, insbesondere auch hinsichtlich der Einstellvorrichtungcn, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden im folgenden an Hand dei Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 teilweise im Schnitt eine Ausführungsform der Vorrichtung, wobei der linke Teil der Figur die Einstellung der Vorrichtung mit kleinem Spaltabstand X und der rechte Teil mit großem Spaltabstand Y zeigt,
Fig.2 teilweise im Schnitt eine weitere Ausfüh-

rungsform der Vorrichtung in geteilter Darstellungsweise gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht von unten der Darstellung in F i g. 2, wobei der äußere Werkzeugkranz nur über einen Teil des Umfanges gezeichnet ist,

F i g. 4 teilweise im Schnitt eine Arbeitsstufe nach der Erfindung mit unterschiedlich geneigten Flanken der Werkzeugkränze,

F i g. 5 eine der F i g. 4 entsprechende Darstellung mit großen Spaltabständen,

F i g. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in F i g. 4,

F i g. 7 eine Ansicht von unten der Darstellung in Fig. 4 bzw. 5,

F i g. 8 im Schnitt eine andere Ausführungsform einer Einstellvorrichtung,

Fig.9 eine Außenansicht der Einstellvorrichtung nach F i g. 8,

Fig. 10 im Schnitt ein Durchlaufgerät mit mehreren Arbeitsstufen.

In den nachfolgenden Figuren sind gleich oder gleichwirkend ausgebildete Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Sie werden im einzelnen nicht doppelt erläutert. Die in den F i g. 1, 2 und 10 gezeigten Zahnformen sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 wird die Arbeitsstufe aus einem Stator 1 und einem Rotor 2 gebildet, die Werkzeugkränze 3 aufweisen. Bei der dargestellten Ausführung arbeiten jeweils drei Werkzeugkränze 3 a 1, 3 b 1 und 3el am Stator 1 mit drei Werkzeugkränzen 3α2, 3 5 2, 3 c 2 am Rotor zusammen. Dabei besteht der innerste Zahnkranz 3 c 2 des Rotors 2 nur aus wenigen, z. B. drei 2'.ähnen (vgl. F i g. 3), um einen Hohlraum 4 als zentrale Zuführungskannner zu schaffen.

Die Werkzeuge der Werkzeugkränze bestehen aus Zähnen, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in radialer Richtung pyramidenförmigen Querschnitt haben und in Umfangsschnittrichtung (vgl. F i g. 3) rechteckigen Querschnitt. Zwischen den einander zugewandten geneigten Flanken der Zähne radial benachbarter Werkzeugkränze wird der für den Dispersionsgrad bestimmende Spalt X bzw. Y gebildet. Durch axiale Verstellung des Stators 1 gegenüber dem Rotor 2 oder umgekehrt um das Maß Z wird der Spaltabstand eingestellt, ohne daß sich die Überdeckung und damit die scherende Zusammenarbeit der Werkzeugkränze wesentlich ändert. Um auch bei großem Maß Z einen durchgehend gleichmäßigen Bearbeitungseffekt zu erzielen, liegt der Zahngrund zwischen den Zähnen radial aufeinanderfolgender Werkzeugkränze am Stator 1 bzw. Rotor 2 um den Betrag A höher als der Zahngrund zwischen benachbartei Zähnen des gleichen Werkzeugkranzes 3 a, 3 b, 3 c mit Ausnahme der Zahngrunde 5 gemäß Fig.:

zwischen den Zähnen des äußeren Werkzeugkranze 3al. Der Neigungswinkel der Flanken der Zahn gegenüber der Rotationsachse 6 der Rotors 2 ist m \ bezeichnet.

Der Stator 1 ist auf einem Statorrohr 7 befestigt. Der Rotor 2 ist über Verbindungs- und Mitnehmertcile mit der Antriebswelle 8 verbunden. Die Verbindungs- und Mitnehmerteile bestehen aus einer Bundhülse 9 und einem Keil 10. die von einer geschlossenen Mutter 11 mit Schraubensicherung 12 gehalten werden. Die axiale Verstellung um das MaBZ zwischen Rotor 2 und Stator 1 erfolgt durch Verdrehen des Statorrohres 7 in einem Gewinde 13 eines Anschlußflansches 14, z.B. dem Anschlußflansch des Antriebsmotors. Die Feststellschraube 15 dient zur Fixierung der jeweils eingestellten Lage (Fig. 1 links), bei der in F i g. 1 rechts dargestellten Ausbildung ist das Statorrohr 7 im Flansch 14 durch einen Schicbesitz bei 16 gelagert. Durch Verdrehen eines Zahnrades 17 in einem Zahnsegment 18 im Statorrohr7 erfolgt die Verschiebung um das Maß Z. Die Festlegung erfolgt in diesem Falle durch Festklemmen der Welle des Zahnrades 17. Die Einstellung kann durch eine Markierung am Statorrohr 7 gegenüber der unteren Kante 19 des Flansches 14 angezeigt werden.

Bei der Ausfühnmgsform nach F i g. 2 ist die Rotorwelle 8 in einem Glcitring 20 gelagert, wobei wahlweise oberhalb des Gleitringes 20 bei 21 ein Dichtungsmedium, z.B. ein Dichtungsring, vergebenen sein kann. Der Gleitring 20 kann innen wahlweise mit einem Teflon-Gleitlager versehen sein. Die axiale Verstellung zwischen Stator 1 und Rotor 2 um das MaBZ erfolgt bei dieser Ausbildung durch Verdrehen des Stators 1 auf dem Gewinde 22 des Haltcrohres7 des Stators 1. D;is Festlegen de,- \^-tandci erfolgt wiederum durch eine Feststellschraube 15. Die obere abgeschrägte Kante 23 des Stators 1 trägt Markierungen, die mit Markierungen auf dem Statorrohr 7 nach Art eines Nonius -zusammenwirken.

Bei den Ausführungsforrncn nach F 1 e.-i und 5 ist eine Arbeitsstufc mit progressiver Wirkung dargestellt. Der Neigungswinkel \ der Zahnflanken nimmt von der Rotationsachse 6 bzw. dem als zentrale Zuführungskammer dienenden Hohlraum 4 aus nach außen stets um einen Betrag.ν ab. Der SpaltabstHv>d Y nimmt dadurch, beginnend zwischen den Zahnkränzen 3r2 und 3rl bis zwischen die Zahnkränze 3 ο 2 und 3al, ab. Die Einstellvorrichtung zwischen Stator 1 und Rotor 2 kann nach einer der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Ausführung ausgebildet sein.

In den Fig.? und 9 ist davon ausgegangen, daß die Konstruktion von Stator 1 und Rotor 2 ähnlich wie in den F i g. 1 bis 7 ausgeführt ist, wobei jedoch die Einstellvorrichtung zur axialen Verstellung des Maßes Z mit der oberen Lagerung der Antriebswelle bzw. Rotorwelle 8 so zusammengelegt ist. daß ein axiales Verschieben des Lagers 24 bei konsumier Länge des Halterohrrs 7 für den Stator 1 eine Veränderung des Spaltabstandcs Y mit sich bringt. Im oberen Ende des Statorrohres 7 befindet sich in einer Ausdrehung 25 ein durch Schiebesitz gelagerter Ring 26. welcher seinerseits das Kuszcllaeer 24 aufnimmt.

Axial ist der Außen- und Innenring des Kugellagers 24 durch Seeger-Ringe 27 fixiert. Der Lagerring 26 trägt einen Hebel 28 mit Anschlagbund 29, der in einem Gewindeloch drehbar in dem Lagerring 17 an- Ii geordnet ist. Der Hebel ragt durch einen schräg verlaufenden Schlitz 30 im Halterungsrohr 7 des Stators 1 und läßt sich in diesem Schlitz verschieben. wobei der Lagerring 26 eine Hubbewegung ausführt. Eine Festlegung erfolgt durch Drehen des Hebels 28

ίο und damit Anliegen des Bundes 29. Der Antrieb der Welle 8 erfolgt von der Motorantriebswelle 31 über eine Kupplung 32 und einen Mitnehmerstift 33 auf der Welle 8. Dabei hat die Kupplung 32 eine Langlochausfräsung 34, die die Hubbewegungen des Mit-

i,5 nehmerstiftes 33 zuläßt.

In Fig. 10 ist schematiseh ein Durchlaufgeiai dargesie'iii. das mehrere Arbeitsstufen in Hintereinanderschaltung aufweist. Das Gehäuse des Gerätes ist mit 130 bezeichnet, mit 131 die Antriebswelle, mit 132 der Mitnehmerkcil. mit 133 die Statoren der zweiten und dritten Arbeitsstufc. mit 134 der Stator der ersten Arbeitsstufc und mit 135 die Rotoren aller Arbeitsstufen. Die Rotoren 135 sind auf der Weile 131 befestigt und durch Distanzhülsen 136 in ihrer Lage fixiert. Die Welle 131 ist an ihrem \on der Antricbsseitc abeewanüien FnJe in einem Lager !37 nochmals gelagert, wobei das Lnrer 137 von zwei Gleitringdichtungen 138 geschützt isi. Am Einlauf 101 für die zu mischende Flüssigkeit bef-ndet sieh ein Pumpcnllügelrad 139. das drchfcs; auf der Welle 131 befestigt ist. Die Statoren 133 und 134 sind über Schraubenbolzen 140 und einen Spannring 141 mit dem Miinehmorring 142 fcs. ver.-.chr.uib;. Durch Verdrehen des Mitnehmerzaptens 143 in einem schräg verlaufenden Schlitz 144 in. dem Gehäuse 130 erfolgt die axiale Verschiebung des Statorpakeies. v«.n!;>ei die Befestigung des Zapfens 143 sowie dessen Festlegung und Markierung entsprechend ilev Ausbildung dc> HeRIs 28 in F i g. S und ^l' erfolgen kann.

Der Ringraum 145, der das Siamrpakei umgibt, kann zur Führung eines Kühlmittels ausgebildet sein, das beispielsweise durch die Öffnung 102 eintritt und durch die Öffnung 103 austritt. Der Raum 145 sowie die Arbcitsräume 146 der Arbeitsstilen sind durch entsprechende Dichtungen 147 abgedichtet.

Das zu mischende Gm wird am Einlaß 101 in Richtung des Pfeiles 148 durch das Pinnpcnflügclrad 139 erfaßt und unter Druck in die Arbeitskammer 147 der ersten Arbeitsstufe geleitet. Das Gut durchströmt sodann jeweils von innen nach außen die drei Arbeitssiufen und verläßt das Gerät in Richtung des Pfeiles 149 am Auslaß 104. Di: Anordnung einer Beschleunigungspumpe in Form des Flügelrades Ϊ39 erhöht die Literleistung, insbesondere bei kleinen Spaliabsianden in den Arbeitsstufen erheblich.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die Rotoren gemeinsam auf einer Antriebswelle gelagert sind und gegenüber feststehenden Statoren verstellbar sind.

Hierzu 3 Blatt Zcichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Emulgier- und Dispergiervorrichtung mit mehreren relativ zueinander rotierenden konzentrischen, radial abwechselnd an einem Stator und einem sich relativ zu dem Stator drehenden Rotor angeordneten Werkzeugkränzen, die durch Zähne gebildet sind, welche scherend zusammenarbeiten, wobei die Werkzeugkränze um einen als zentrale Zuführungskammer dienenden Hohlraum herum angeordnet sind und die Zähne der Kränze mit gegebenenfalls bis zu hohen Ultraschallwerten reichender Frequenz zusammenarbeiten, und wobei die einander zugewandten Flanken der Zähne relativ zueinander rotierender konzentrischer Kränze parallel zueinander abwechselnd nach der einen und der anderen Seite 2ur Rotationsachse hin in einem spitzen Winkel geneigt sind und die Werkzeugkränze axial gegeneinander verschieb- und einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Winkels (\) der parallelen Flanken aufeinanderfolgender Werkzeugkränze (3) zur Rotationsachse (6) und die Spaltabstände {X bzw. Y) zwi- as sehen den Werkzeugkränzen in Richtung von der zentralen Zuführungskammer (4) zum äußeren Werkzeugkranz (3 a I) hin abnehmend vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Werkzeugkränze in radialer Schnittrichtung pyramidenförmig und in Umfangsschnittrichtung rechteckig sind, wobei der Zahngrand (5') zwischen den Zähnen radial aufeinanderfolgender Werkzeugkränze (3 a 1 bis 3 c 1; 3 a 2 bis 3 c 2) am Stator (1) bzw. Rotor (2) höher liegt als der Zahngrund zwischen benachbarten Zähnen des gleichen Werkzeugkranzes mit Ausnahme der Zahngrunde (5) des äußersten Werkzeugkranzes (3 a I).

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Durchlaufgerät mehrere Arbeitsstufen hintereinander in einem Gehäuse (130) mit Zu- und Abströmöffnung (101,104) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorkörper (135) mit den Werkzeugkränzen auf einer gemeinsamen Rotorwelle (131) hintereinander angeordnet sind, die in dem Gehäuse (130) gelagert ist, und die Statorkörper (133, 134) mit den entsprechenden Werkzeugkränzen zu einem Statorpaket zusammengefaßt sind, das gegenüber dem Gehäuse (130) in Achsrichtung der Rotorwelle (131) verschieb- und einstellbar ist,

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorkörper mit den Werkzeugkränzen fest in dem Gehäuse angeordnet sind und die Rotorkörper mit den entsprechenden Werkzeugkränzen auf einer gemeinsamen Rotorwelle hintereinander angeordnet sind, die in dem Gehäuse gelagert und in Achsrichtung verschieb- und einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Rotorwelle in einem hohlen Halterungsrohr des Stators angeordnet ist, wobei für die fcxiale Verschiebung und Einstellung der Werkzeugkränze zueinander und damit des Spaltabstandes (A' bzw. Y) zwischen den Werkzeugflanken eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungsrohr (7) des Stators (1) in zwei ineinander verschieb- und arretierbare Rohrteile unterteilt ist, die als Einstellvorrichtung über ein Gewinde (13) in axialer Richtung einstell- und durch eine Feststellschraube (15) arretierbar sind, wobei die Einstellung durch eine Noniuseinteilung auf einem der Rohrteile gegenüber einer Markierung auf dem anderen Rohrteil angezeigt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Rotorwelle in einem hohlen Halterungsrohr des Stators angeordnet ist, wobei für die axiale Verschiebung und Einstellung der Werkzeugkränze zueinander und damit des Spaltabstandes (X bzv,. Y) zwischen den Werkzeugflanken eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (8) in zwei drehmomentschliissig verbundene, aber gering axial gegeneinander verschiebliche Teile unterteilt ist und der den Rotorkörper (2) mit den Werkzeugkränzen (3 ο 2 bis 3 c 2) tragende Teil gegenüber dem Halterungsrohr (7) des Stators (1) dadurch axial verschieblich ist, daß eine der Wellenlagerungen (24) in einem Schrägschlitz (30) des. Halterungsrohrs (7) über eine Handhabe (28) verstell- und festlegbar ist, wobei an dem Schrägschlitz (30) eine Noniuseinteilung angebracht ist und die Handhabe die zugehörige Markierung trägt.