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Dispersionsapparat Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zum
Dispergieren feinzerteilter Teilchen in einer Trägerflüssigkeit.
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Bei der Herstellung von Erzeugnissen wie Anstrichfarben, Emaillen,
Tinten und Färbemitteln wird der Feststoffanteil des Erzeugnisses der Trägerflüssigkeit
üblicherweise in feinzerteilt er Form mit einer Teilchengröße bis herab zu einem
Mikron zugegeben. Die Feststoffteilchen sind im wesentlichen bezüglich der Trägerflüssigkeit
unlöslich und inert, und wenn der Feststoff anfangs in die Trägerflüssigkeit eingegeben
wird, suchen sich die Teilchen zu verklumpen, wobei die Klumpen aus einer Zusammenballung
einer Vielzahl von Teilchen bestehen, die von einem Flüssigkeitsfilm der Trägerflüssigkeit
umschlossen
ist. Infolgedessen werden die Außenflächen zahlreicher-zu
einem Klumpen zusammengeballter Teilchen nicht benetzt und-diese verteilen sich
nicht ohne weiteres gleichförmig in der Trägerflüssigkeit. Weitere Schwierigkeiten,
die bei bekannten Apparaten zum Dispergieren derartiger Teilchen in einer Trägerflüssigkeit
entstehen, sind in der US-PS 3 488 009 beschrieben.
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Der Dispersionsapparat nach der US-PS 3 488 009 dient zur gleichförmigen
Verteilung feinzerteilter Teilchen in einer Trägerflüssigkeit, ohne daß ein Dispersionsmittel
erforderlich ist.
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Dieser Apparat ist insbesondere für die Verarbeitung von Färbemitteln
geeignet. Eine der Schwierigkeiten, die sich bei dem in der genannten US-PS beschriebenen
Dispersionsapparat ergeben,-besteht darin, daß bei der Verarbeitung bestimmter Materialien,
beispielsweise bestimmter Farbstoffe, eine äußerst hohe Wärmemenge im Mischbehälter
entsteht. Ein üblicher Kühlmantel, bei dem der Mischbehälter auf seiner Außenseite
von einem Kühlmittel umströmt wird, reicht bei der Verarbeitung bestimmter Materialien
nicht aus, die Behältertemperatur in einem erwünschten Bereich niederzuhalten.
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Demgegenüber soll erfindungsgemäß ein Dispersionsapparat der in der
US-PS 3 488 009 beschriebenen Art derart verbessert werden, daß eine wirksamere
Kühlung erreicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung den in den Ansprüchen
beschriebenen Dispersionsapparat.
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Der dort beschriebene Dispersionsapparat enthält einen Behälter, in
den eine umlaufende Welle verläuft, an welcher eine oder mehrere Rührscheiben befestigt
sind. Der Behälter ist ferner mit einem oder mehreren ringförmigen, schalenartig
ausgebildeten Einsatzteilen versehen, die übereinander liegen. Bei Verwendung mehrerer
Einsatzteile sind diese übereinander gestapelt und bilden Ringkammern, in denen
die Rührscheiben angeordnet sind.
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Falls nur ein einziges Einsatzteil vorgesehen ist, bildet dieses Einsatzteil
zusammen mit einer Stirnplatte eine einzelne Ringkammer, in welcher eine Rührscheibe
liegt. Der Behälter ist an seinem einen Ende mit einem Einlaß und an seinem anderen
Ende mit einem Auslaß für das zu behandelnde Strömungemittelgemisch versehen. Jedes
einzelne Einsatzteil weist im Inneren einen Hohlraum auf, der während des Betriebs
des Dispersionsapparates von einem Temperatursteuermittel, das üblicherweise zur
Kühlung dient, durchströmt ist.
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Der erfindungsgemäße Dispersionsapparat sorgt für eine wirksamere
emperatursteuerung des zu verarbeitenden Produkts.
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Durch die Anordnung schalenartig ausgebildeter Einsatzteile, die im
Inneren mit von einem Temperatursteuermittel durchstfömten Hohlräumen oder Kanälen
versehen sind, läßt sich die Temperatur im Mischbehälter in einfacher Weise regulieren.
Infolge
des besonderen Aufbaus des Mischbehälters lassen sich bei
gleichem Grundaufbau unterschiedliche Behältergrößen in einfacher Weise herstellen.
Der Mischbehälter ist aus mehreren schalenartigen Einsatzteilen zusammengesetzt,
die sich in einfacher Weise zusammen- oder auseinanderbauen lassen.
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Insgesamt schafft die Erfindung einen Apparat zum Dispergieren feinzerteilter
Feststoffteilchen in einer Trägerflüssigkeit, mit einem Mischbehälter, der ein oder
mehrere, schalenartig ausgebildete Einsatsteile enthält, die sich in einfacher Weise
ausbauen und zusammenbauen lassen und im zusammengebauten Zustand eine oder mehrere
Mischkammern bilden, in denen ein Strömungsmittelgemisch geruhrt und hohen Drücken
ausgesetzt wird, um die Feststoffteilchen fein zu zerteilen und in der Trägerflüssigkeit
zu dispergieren.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt: Fig. 1 eine
Vorderansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Dispersionsapparates; Fig. 2 eine
Seitenansicht des Apparates gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt des
Mischbehälters, der Antriebswelle und der Rührscheiben;
Figr 4 einen-Schnitt
eines der schalenartig ausgebildeten Einsatzteile des Mischbehälters; Fig. 5 die
Aufsicht desEinsa;teteiles gemäß Fig. 4; Fig. 6 die Aufsicht einer der Rührscheiben
des Dispersionsäpparates; Fig. 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des eingekreisten
Abschnitts der Rührscheibe gemäß Fig. 6; Fig. 8 einen Schnitt eines Mischbehälters,
der aus einem einzigen Einsatzteil zusammengebaut ist.
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Gemäß den Fign. 1 und 2 enthält der Dispersionsapparat 10 eine Grundplatte
11, eine-auf der Grundplatte 11 senkrecht abgestütze Säule 12, einen Motor 13 und
einen Riemenscheibenantrieb 14, der an der senkrechten Säule 12 zum Antrieb einer
Welle 15 befestigt ist, welche in einen senkrecht angeordneten Mischbehälter 16
verläuft. Das zu verarbeitende Produkt wird über eine Leitung 20 und den Einlaß
17 unter Druck in den Mischbehälter 16 eingespeist. Die Leitung 20 ist an eine Pumpe
21 angeschlossen, die das zu verarbeitende Material von einem nicht-gezeigten Tank
absaugt. Die in den Mischbehälter 16 verlaufende Welle 15 trägt eine oder mehrere
Rührscheiben 22.
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Wie Fig. 3 zeigt, ist der Behälter 16 aus einem oder mehreren, ringförmigen,
schalenartig ausgebildeten Einsatzteilen 23, jeweils am Behälterende angeordneten
Stirnplatten 24 und 25 sowie mehreren Zugstangen 26 aufgebaut, die durch die Stirnplatten
24 und 25 verlaufen und die Stirnplatten sowie die schalenartigen Einsatz im zusammengebauten
Zustand halten.
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Jedes ringförmige, schalenartige Einsatzteil 23 hat einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt und ist mit einem horizontal verlaufenden Bodenabschnitt
27 sowie einem Mantelabschnitt 30 versehen, der im wesentlichen rechtwinklig zum
Bodenabschnitt verläuft und mit diesem verbunden ist.
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Um eine wirksamere Temperaturregulierung des Mischbehälters zu erreichen,
ist jedes schalenartige Einsatzteil 23 im Inneren mit einem Hohlraum 32 versehen.
Dieser Hohlraum 32 enthält einen horizontalen Abschnitt 32a und einen vertikal oder
axial verlaufenden Abschnitt 32b, welche sich im wesentlichen parallel zum Bodenabschnitt
27 bzw. zum Mantelabschnitt 30 erstrecken.
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Durch den Hohlraum kann ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, geführt
werden. An der Unterseite ist der Bodenabschnitt 27 mit einer Aussparung 33 versehen,
in die das obere Ende des Mantelabschnitts 30 des unmittelbar benachbarten Einsatzteiles
einführbar ist. In dieser Aussparung 33 des Bodenabschnitts sind mehrere Einlaßkanäle
34 ausgebildet, die die Kiib1mitteleinlässe bilden. Die Einlaßkanäle 34 sind radial
nach innen geneigt
und lenken das Strömungsmittel in den Horizontalabschnitt
32a des Hohlraums 32, wie dies beispilsweise aus Fig. 3 ersichtlich ist, um eine
verbesserte Durchströmung des Einsatzteiles 23 zu erreichen.
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An der Oberseite 35 des Mantelabschnitts 30 sind mehrere, in Umfangsrichtung
versetzte Auslaßkanäle 36 und eine Ringnut 37 ausgebildet, wobei die Auslaßkanäle
36 mit der Ringnut 37 und dem inneren Hohlraum 32 in Verbindung stehen. Ferner sind
an der Oberseite 35 zwei ringförmige, radial auf Abstand gehaltene Dichtungsnuten
40 und 41 vorgesehen, in denen O-Ringdichtungen 42 und 43 sitzen. Im zusammengebauten
Zustand liegen die O-Ringdichtungen 42 und 43 in Radialrichtung beidseitig der Ringnut
37, um eine Strömungsmittelleckage an der Oberseite 35 zu verhindern, welche in
die Aussparung 35 im Bodenabschnitt 27 des benachbarten schalenartigen Einsatzteils
23 eingepaßt ist. Jedes Einsatzteil 23 enthält ferner einen mittleren Durchlaß 38,
durch den sich die Welle 15 im zusammengebauten Zustand erstreckt, wobei der Durchlaß
38 einen beträchtlich größeren Durchmesser als die zur Trennung der Rührscheiben
auf der Welle 15 verwendeten Abstandhalter hat.
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In der Stirnplatte 25 ist ein Kühlmitteleinlaß 44 ausgebildet, der
über eine Leitung 45 an eine Kühlmittelquelle angeschlossen werden kann. Der Einlaß
45 steht mit dem inneren Hohlraum 32 des schalenartigen Einsatzteils 23 über die
im Bodenabschnitt
27 ausgebildeten Einlaßkanäle 34 in Verbindung.
Ein Kühlmittelauslaß 46 ist in der Stirnplatte 24 ausgebildet und kann an eine Auslaßleitung
47 angeschlossen werden. Die Stirnplatte 24 ist ferner mit einem Auslaß 48 für das
behandelte Erzeugnis versehen.
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Die Rührscheibe 22 ist aus einem eim tückigen Metallteil hergestellt.
Der Rohling für die Rührscheibe hat an seinem Außenumfang zunächst eine Fertigungswandstärke,
wie sie im wesentlichen der Maßstrecke 50 entspricht. Während der Fertigung werden
zwei in Axialrichtung auf Abstand gehaltene Umfangsnuten 51 und 52 erwünschter Tiefe
in die Mantelfläche eingeschnitten, Somit bleiben äußerst dünne Schaufelabschnitte
an den Außenrändern der sich gegenüberliegenden, ebenen Seitenflächen der Metallscheibe
sowie eine mittlere Nabe 53 stehen.
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Dann werden auf jeder Seite der Metallscheibe mehrere radial verlaufende
Schlitze 54 in die dünnwandigen Abschnitte eingeschnitten. Dadurch entstehen mehrere
in Umfangsrichtung versetzte Segmente, die in diesem Fertigungszustand natürlich
noch alle in einer senkrecht zur Scheibenachse verlaufenden Bbe e liegen. Jedes
dieser Segmente wird dann bis zu einem vorgegebenen Winkel aus der senkrecht zur
Scheibenachse verlaufenden Ebene verbogen, so daß die in den Fign. 3 und 8 gezeigten,
mit Vorderkanten 56 versehenen Schaufeln 55 entstehen. Die Schaufeln 55 auf gegenüberliegenden
Seiten der Nabe 53 sind in entgegengesetzter Richtung und im wesentlichen
mit
einem gleich großen Anstellwinkel verdreht. In der Scheibe ist eine Mittelbohrung
57 ausgebildet, durch-die die Welle i5verläuft, wobei die Scheibe mit der Welle
verkeilt ist.
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Die Welle 15> die vom Motor 13 über die Riemenscheibenanordnung
14 angetrieben wird, ist in einem Gehäuse 58 durch obere und untere Lager 60 und
61 abgestützt. Das Gehäuse 58 ist an der Stirnplatte 24 befestigt oder einstückig
angeformt. Die Welle 15 erstreckt sich in den Misehbehälter und trägt die durch
Abstandhalter 62 getrennten RuhrsCheiben 22. Die Welle und die Rührscheiben sind
beispielsweise durch eine mit einem Gewindeende der Welle 15 verschraubte Mutter
63 miteinander verbunden.
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Die Einsatzteile sind nebeneinanderliegend angeordnet und sitzein
eines auf dem anderen, so daß sie Ringkammern 64 (64a, 64b und 64c gemäß Fig. 3)
bilden, in denen die Rührscheiben 22 liegen. Die Außenkanten der Rührscheiben 22,
d.h. die äußeren, axial verlaufenden Mantelflächen 65 der Mittelnabe 53, haben einen
verhältnismäßig geringen Abstand von der Innenfläche 66 des Mantelabschnitts 30
åedes Einsatzteils 23. Infolge dieses geringen Spalts entsteht eine ringförmige
Druckzone 67 (67a, 67b und 67c gemäß Fig. 3), durch die das gesamte Produkt während
der Behandlung strömen muß, wie dies in der US-PS 3 488 009 beschrieben ist. Je
nach der Art des behandelten Materials kann dieser Spalt etwa -zwischen 0,25 rund
2,5 mm liegen, wobei sich eine Spaltgröße von etwa 0,62 mm als besonders vorteilhaft
für
bestimmte Erzeugnisse herausgestellt hat. Infolge des Abstands zwischen den Abbtandhaltern
62 der Welle 15 und den erweiterten mittleren Durchlässen 38 in den Einsatzteilen
23 werden Ringkanäle 70 gebildet. Der Strömungspfad des Erzeugnisses durch den Mischbehälter
ist durch die Pfeile 68 dargestellt.
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An Hand des Strömungspfades ist ersichtlich, daß durch die besondere
Bauweise der schalenartigen Einsatzteile 23 mit ihren von Strömungsmittel durchströmten
inneren Hohlräumen 32 eine beträchtlich größere Kühlfläche für das zu behandelnde
Erzeugnis geschaffen wird.
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Betriebsweise: Die Welle 15 wird gemeinsam mit den daran befestigten
Rishrscheiben 22 vom Motor 13 über den Riemenscheibentrieb 14 angetrieben. Die Welle
15 läuft bei Blickrichtung von oben im Sinne der Fig. 3 im Uhrzeigersinn um. Die
Drehzahl des Motors 13 und somit der Welle 15 läßt sich durch verschiedene, nichtgezeigte
Steuereinrichtungen regulieren. Über den Einlaß 17 wird mittels der Pumpe 21 durch
die Leitung 20 ein Strömungsmittelgemisch eingespeist, das eine Trägerflüssigkeit,
etwa Öl, gemeinsam mit zusammengeballten, unverteilten Feststoffpar tikeln, beispielsweise
Pigmentteilchen, enthält. Die Pumpe 21 fördert das Strömungsmittelgemisch kontinuierlich
zur Kammer 21
des Mischbehälters, wo bis zu einem vorgegebenen
Druckwert ein Strömungsmitteldruck aufgebautflird, der-geringfügig höher als der
Druck in der Druckzone 67 ist . Das Gemisch wird somit unter Druck kontinuierlich
durch die Kammer 64a, die Druckzone 67a, die Rammer 64b, die Druckzone 67b, die
Kammer 64c, die Druckzone 67c sowie die zugeordneten Kanäle 70 zwischen den Abstandhaltern
62 der Welle und dem Durchlaß 38 in den schalenartigen Einsatzteilen 23 zum Auslaß
48 gefördert.
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Dabei werden die von den Feststoffteilchen gebildeten Klumpen infolge
der Schleifwirkung der rasch umlaufenden, aufgeradhten Prallfläche 65 der Rührscheiben
zerteilt und zunehmend verkleinert. Ferner ergibt sich eine Rührwirkung infolge
der Strömung des Gemisches, wodurch das Aufbrechen der Feststoffteilchen weiter
unterstützt wird. Beim Durchströmen des Mischbehälters und insbesondere der Druckzonen
67 wird infolge der erheblichen Strömungsmitteldrücke, denen das Strömungsmittelgemisch
ausgesetzt ist, eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt, die natürlich von der Art
des behandelten Materials abhängig ist. Zur Steuerung deiischbehälter vorhandenen
Temperatur wird ein Temperatursteuermittel, beispielsweise Wasser, am Einlaß 45
eingespeist und durch Jedes der schalenartigen Einsatzteile 23 zum Auslaß 46 geführt.
Das Temperatursteuermittel gelangt über die Kanäle 34 zum ersten Einsatzteil 23,
strömt über den inneren Hohlraum 32 und die Auslaßkanäle 36 zur ringförmigen Auslaßnut
37 und dann in die Einlaßkanäle 34 des unmittelbar benachbarten
Einsatztejis
23 und daraufhin nacheinander durch jedes der Einsatzteile 23 zum Auslaß 46 in der
Stirnplatte 24.
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In bestimmten Fällen kann das Temperatursteuermittel natürlich auch
in der umgekehrten Richtung, d.h. von oben nach unten in den Auslaß 46 und aus dem
Einlaß 45 strömen. Infolge des besonderen Innenaufbaus der schalenartigen Einsatzteile
wird eine Strömungsmittelumwälzung erreicht, durch die sich der gesamte Mischbehälter
soweit kühlen läßt, wie dies bisher mit einem einfachen, geradlinigen Kühimantel,
der den Behälter auf seiner Außenseite umschließt, nicht möglich war.
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Mischbehälter unterschiedlicher Größe lassen sich in einfacher Weise
dadurch herstellen, daß weniger oder mehr als drei schalenartigeEinsatzteile 23
zusammengebaut werden. Dabei muß natürlich die Welle 15 entsprechend länger oder
kürzer bemessen werden, um eine größere oder kleinere Anzahl von Rührscheiben 22
anzuordnen. Ein derart abgewandeltes Ausfuhrungsbeispiel eines Mischbehälters ist
in Fig. 8 gezeigt. Der Mischbehälter arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise
wie die in Fig. 3 gezeigte Anordnung, und der einzige Unterschied besteht darin,
daß lediglich ein einziges Einsatzteil 23 und eine einzige Ruhrscheibe 22 vorgesehen
sind.
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Da der Mischbehälter aus schalenartigen Einsatzteilen zusammengesetzt
ist, ergibt sich insofern ein beträchtlicher Fertigungavorteil, als größere oder
kleinere Mischbehälter in einfacher Weise ohne Änderung der Grundkonstruktion der
gesamten
Baueinheit zusammengebaut werden können. Unterschiedlich
lange Wellen mit einer je nach Bedarf größeren oder kleineren Anzahl gleieh ausgebiideter.Rührscheiben
lassen-sich in einfacher Weise vorsehen.
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Infolge seines besonderen Aufbaues werden auch Reparaturarbeiten am
Mischbehälter beträchtlich erleichert. Falls es zu.
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einem Verschleiß kommt, muß der Behälter lediglich teilweise erneuert
werden, nämlich lediglich eines oder mehrere Einsatzteile, Der beschriebene Mischbehälter
bietet somit eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Herstellung und der Reparatur
und enthält eine verbesserte Temperatursteuerung infolge der Anordnung größerer
Flächenbereiche, über die das Temperatursteuermittel wirken. kann.