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Mischverfahren und Schnellrührer zur Durchführung des -Ver-
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fahrens Die Erfindung bezieht sich auf Rührverfahren zum Einmischen
von größeren Mengen feinpulvrfger Feststoffe und/oder Pasten in Flüssigkeiten und
auf; die dazu geeigneten Schnellrührer.
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Das Einmischen von feinpulvrigen Feststoffen und/oder Pasten in Flüssigkeiten
stellt, wie das Beispiel der Farben- und Lackindustrie zeigt, hohe Anforderungen
an den Schnellrührer und die Bedienung. Zur schnellen Einmischung ohne Klumpenbildung
und ohne Ablagerung ist eine optimale Trombe, wie in Bild 1 dargestellt, erforderlich.
Die Trombe muß einregelbar sein, da sich die Voraussetzungen für ihre Entstehung,
die Ansatzmenge und die Viskosität, ständig ändern. Ohne Trombe schwimmen die Pulver
auf der Oberfläche der Flüssigkeit, Pasten sinken an der Gefäßwand auf den Gefäßboden.
Eine zu große Trombe führt zu einer Verschlechterung des Einzugs sowie zum Stauben
und Spritzen.- Neben dieser großräumigen durch die Trombe begünstigten Einmischung,
auch Makromischung genannt, wird aber auch eine Aufteilung des Pulvers und der Pasten
bis in den Einzelkornbereich, die sogenannte Mikromischung verlangt, eine Aufgabe,
die nur durch hohe Scherkräfte am Rührkopf erfüllbar ist.
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Dem vorbeschriebenen Zweck zu genügen wurde mit einer Reihe von Rührern,
wie z.B. auch mit dem Dissolver versucht, deren gemeinsames Merkmal in einer Drehzahlvariation
der Rührwelle besteht. Mittels dieser Drehzahlvariation wurde die benötigte, optimale
Trombe aufrechterhalten.
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Diese Trombenregelung erforderte aber während weiter Ansatzbereiche
relativ niedrige Rührerdrehzahlen, was durch den dadurch verursachten verminderten
Energieumsatz.zu Lasten der Scherkräfte, also zu Lasten der Mikromischung ging.
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Der erforderliche bzw. gewollte Dispergiervorgang vollzog sich nacheinander,
erst die Makromischung bei niedriger und dann die Mikromischung bei hoher Drehzahl,
worauf sich vielfach noch ein Verdünnungsvorgang anschloß. Das war nicht nur zeitraubend,
es wurde auch das Dispersionsergebnis durch Entstehung von Sekundäragglomeraten
beeinträchtigt.
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Es fehlte auch nicht an Versuchen,die Mikromischung durch Verwendung
von Schnellrührern mit Rotor-Staor-System zu verbessern. Leider aber besaßen diese
Systeme die schlechtesten Voraussetzungen für das Einmischen der Festpulver, also
für die Makromischung. Rotor-Stator-Systeme haben mehr oder weniger radial, unveränderbare
Strömungsaustritte, weshalb keine für eine schnelle Makromischung notwendige, geschweige
denn optimale Trombe einregelbar war.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie Schnellrührer zur
Durchführung desselben zu offenbaren, welche die Vorteile einer regelbaren Trombe
mit dem sol guten Mikromischeffekt eines Rotor-Stator-Kopfest zu verbinden, daß
beide Vorgänge gleichzeitig s nund-unter weitestgehender Nutzung der verfügbaren
Antriebsenergie ablaufen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, das Verhältnis der für
die Trombenbildung verantwortlichen Tangentialströmung zur durch Statoreffekt bedingten
Radialströmung regelbar zu gestalten. Der Hauptanteil der Antriebsenerbie soll dem
Rotor-Stator-Dispergierprozeß, also der Mikromischung zur Verfügung stehen; es ist
nur soviel Energie für Tangentialströmung abzuzweigen, daß gerade die für eine günstige
Makromischung erforderliche Trombe erzeugt wird.
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Auf diese Weise kann der Einmischvorgang, also die Makromischung wesentlich
abgekürzt werden; durch den gleichlaufenden Mikro-Mischprozeß ist der Ansatz praktisch
bei Beendigung der Feststoffzugabe schon völlig ausreichend dispergiert.- Dieser
Einmischvorgang läuft mit konstanter hoher Drehzahl ab, auf eine regelbare Rührwellendrehzahl
kann verzichtet werden. Die Scherkräfte sind durch die hohe Drehzahl ständig so
groß, daß praktisch sofort alle den Rührkopf passierenden Agglomerate aufgeteilt
und benetzt werden.
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Dazu ein Beispiel: Der bekannte Dissolver benötigt für einen Mischansatz
von 50 Teilen Titandioxyd und 50 Teilen Bindemittel in 50-«Oiger Lösung zur Erzielung
einer Feinheit von 30 pm 30 min. Um dieses Ergebnis zu erreichen, muß während des
Eingebens und Dispergierens zwecks Erreichung ausreichender Scherkräfte eine hohe
Feststoffkonzentration eingehalten werden mit anschließender Nachverdünnung. Dafür
muß eine zusätzliche Mischrezeptur entwickelt und die Reihenfolge der Zugabe von
Flüssigkeit und Feststoff genau vorgeschrieben werden.
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Ein Ansatz gemäß Erfindung, hergestellt mit einem Schnelirührer nach
Bild 2 benötigt für die gleiche Rezeptur für eine Feinheit von 25 Wm nur 16 min.
Die gesamte Flüssigkeit kann vorgelegt und der Feststoff mit hoher Geschwindigkeit
eingegeben werden.
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Zr Durchführung dieses Verfahrens sind einige Lösungen mit modifizierten
Rotor-Stator-Systemen möglich: Bei einer bevorzugten Lösung können der Rotor und
der Stator durch axiale Verstellung zueinander die vom Rotor erzeugte Strömung im
wählbaren Verhältnis zueinander für die Mikromischung über den Stator in Radialströmung
oder zur lrombenbildung am Stator vorbei in reine Tangentialströmung aufteilen.
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Eine ähnliche Lösung verwendet Statorringe, unterteilt in ausschwenkbare
Segmente. Je nach dem Grad der Ausschwenkung wird mehr oder weniger Tangentialströmung
für die Trombenbildung freigegeben.
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Eine Anzahl um den Rotor angebrachter Prall- bzw. Leitflächen, die
im Anstellwinkel regelbar sind, angeordnet entweder an von oben eingesteckten Stangen
oder an einem statorring, gestattet die Austrittsrichtung kontinuierlich von radial
bis tangential, angepaßt an eine optimale Trombe zu verändern.
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Es können auch Doppelstatoren unterschiedlicher Austrittsrichtung
so zueinander verstellt werden, daß je nach dem Bedarf der Trombe die radiale oder
tangentiale Austrittsrichtung begünstigt wird.
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radiale Schließlich sind Statoren verwendbar, die gemeinsame und
tangentiale Austrittsrichtungen besitzen, welche durch Blenden alternativ und sukzessive
in Abhängigkeit von der gewünschten Trombe geöffnet und geschlossen werden können.
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Einige Lösungsbeispiele sind in den Zeichnungen 2 bis 6 dargestellt.
Zeichnung Figur 2 zeigt1eil. Ansatzgefäß mit einem höhenverstellbaren Stator. 1
ist das Gefäß, 2 die Rührwelle, an der der Rotor 3 befestigt ist. 4a zeigt den Stator,
wie er den Rotor 3 dicht umschließt. Alle vom Rotor erzeugte Strömung wird radial
umgelenkt. Es ist keine Trombe vorhanden. 4b zeigt den Stator so weit angehoben,
daß die vom Rotor 3 erzeugte Tangentialströmung frei austreten kann und damit eine
maximale Trombe erzeugt. Bei einer entsprechenden Zwischenstellung des Stators 4
erhält man auch die optimale Trombe gemäß Fig. 1.
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Figur 3 zeigt ein Rotor-Stator-System, schematisch in Draufsicht,
bei dem der Stator segmentartig unterteilt, ausschwenkbar ist. Der Rotor 3 schleudert
links das Mischgut
zum Dispergieren gegen die geschlossenen Stator-Segmente
4c, wo sie in radialer Strömung umgewandelt werden. Rechts sind die Stator-Segmente
4d ausgeschwenkt, die Strömung kann in ausreichender Höhe zum Erzeugen der gewünschten
Trombe austreten.
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Figur 4 zeigt ein Rotor-Stator-System schematisch in Draufsicht, mit
am Stator befestigten Prall-Leitflächen. Diese sind winkelverstellbar, wodurch die
Strömungsrichtung beeinflußbar ist. Der Rotor 3 schleudert links in der Figur das
Mischgut gegen die radial angestellten Prall-Leitflächen 5a.
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Die Strömung wird radial umgelenkt. In der Figur rechts sind die Prall-Leitflächen
5b tangential angestellt, die vom Rotor erzeugte Tengentialströmung kann ungehindert
austreten.-Die Prall-Leitflächen müssen nicht unbedingt am Statorkranz befestigt
sein, sie können auch als relativ kleine Strömungsbrecher im Anstellwinkel regelbar,
wie sonst bei Strombrechern üblich, mit Haltestangen im Deckel gelagert sein.
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Figur 5 zeigt einen Kranzausschnitt eines von einem Zwillingsstator
umschlossenen Rotors. Der Rotor 3a beispielsweise mit Rundstiften 12 versehen, wird
zunächst von dem Stator 6 mit tangentialen Austrittsöffnungen in Rotor-Schleuderrichtung
und dieser wieder von dem Stator 7 mit radial ablenkenden Leitflächen 14 umschlossen,
wobei der Stator 7 zum Stator 6 drehveränderlich ist. Bei Stellung der Leitfläche
14a werden die tangentiale, bei 14b die radiale Richtung der Austrittsströmung freigegeben.
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Figur 6 zeigt einen Stator mit radialen und tangentialen Austrittsöffnungen.
3b ist ein Rotor mit beispielsweise Rechteckstiften 13, der den Stator 8 mit Mischgut
versorgt. Die radialen Öffnungen 9 und die tangentialen Öffnungen 10 können durch
den Abdeckring 11 wahlweise ganz oder teilweise geschlossen werden. Bei Stellung
lla der Abdeckflächen des Abdeckringes sind die radialen Kanäle und bei Stellung
llb die
tangentialen Kanäle des Stators 8 geschlossen. Jede Zwischenstellung
ist zwecks Anpassung der optimalen Trombe möglich.-Selbstverständlich können die
radialen Öffnungen 9 und die tangentialen Öffnungen 10 auch axial übereinander angeordnet
werden.