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Vorrichtung zum Mischen wenigstens zweier Stoffe
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen wenigstens
zweier Stoffe, von denen wenigstens ein erster Stoff flieRfähig und wenigstens ein
zweiter Stoff pulverförmig ist, mit einem Mischkessel und einem in dem Mischkessel
angeordneten Homogenisator nd. dgl.
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Vorrichtungen der eingangs genannten Art stehen insbesondere für DIischaufgaben
in der pharmazeutischen, kosmetischen und chemischen Industrie sowie für Mischaufgaben
in der Nahrungsmittelindustrie seit langem zur Verfügung.
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Hauptsächlich dienen die in Rede stehenden Vorrichtungen zum Dispergieren
und Emulgieren fester bzw.
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pulverförmiger Stoffe in einem fließfähigen Stoff.
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Allgemein wird dieser Vorgang auch als Homogenisieren bezeichnet.
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Der bevorzugt in einer Vorrichtung der in Rede stehenden Art zur Durchführung
der zuvor beschriebenen Mischvorgänge verwendete Homogenisator besteht aus einem,
beispielsweise im Boden des Mischkessels angeordneten, scheibenförmigen Bauteil,
das mit flügelartigen in bezug auf den flittelpunkt des scheibenförmigen Bauteils
radial ausgerichteten Elementen versehen ist. Betriebsmäßig rotiert der Homogenisator
um eine durch den tlittelpunkt und senkrecht zu der Oberfläche des scheibenförmigen
Bauteils verlaufende Längsachse und erzeugt eine relativ starke Verwirbelungder
in der Vorrichtung zu mischenden Stoffe.
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Bei einen Homogenisator der zuvor beschriebenen Art ergibt sich strömungsmäßig
in der unmittelbaren Umgebung des Homogenisators zunächst eine in bezug auf den
Mittelpunkt des scheibenförmigen Körpers radial von dem Homogenisator weg gerichtete
Strömung. Entsprechend ergibt sich weiterhin eine auf die Ob.erfläche des scheibenförmigen
Körpers hin gerichtete Strömung durch die nachströmenden zu mischenden Stoffe. Diejenige
Seite des Homogenisators, die den nachströmenden zu mischenden Stoffen zugewandt
ist, wird im folgenden als Saugseite des Homogenisators bezeichnet.
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Bei der benannten, eingangs beschriebenen Vorrichtung
wird
vor einem Mischvorgang in der Regel zunächst der fließfähige Stoff in den Mischkessel
eingegeben und nachfolgend-der pulverförmige Stoff auf den fließfähigen Stoff aufgegeben.
Nach Aktivierung des Homogenisators bildet sich in dem Mischkessel eine Rotationsströmung
aus, die dazu beiträgt, den pulverförmigen Stoff unmittelbar mit dem fließfähigen
Stoff zu vermischen, beispielsweise eine Durchschleusung des pulverförmigen Stoffes
zusammen mit dem fließfähigen Stoff durch den Homogenisator herbeiführt und so für
eine feine Verteilung des pulverförmigen Stoffes in dem fließfähigen Stoff sorgt.
In vielen Fällen ist jedoch zu beobachten, daß sich bei der Berührung zwischen dem
pulverförmigen Stoff und dem fließfähigen Stoff Klumpen bilden und auch eine zunächst
ausgeprägte Rotationsströmung schon nach relativ kurzer Zeit stark abklingt, da
sich nach Maßgabe der Zumischung des pulverförmigen Stoffes in vielen Fällen die
Viskosität des fließfähigen Stoffes verändert.
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Um insbesondere die zuvor beschriebene Klumpenbildung zu vermeiden
ist man auch schon dazu übergegangen, den pulverförmigen Stoff unmittelbar in eine
aufgrund einer Rotationsströmung sich ergebende Trombe einzugeben.
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Dies führt zwar dazu, daß der pulverförmige Stoff zusammen mit dem
fließfähigen Stoff relativ rasch in den Homogenisator eingezogen wird und diesen
auch jedenfalls zu einem erheblichen Anteil durchsetzt, jedoch ist auch durch diese
Maßnahme noch keine wesentliche Verbesserung erreichbar, da jedenfalls der fließfähige
Stoff notwendig immer noch in gleicher Weise eine Viskositätsänderung erfährt und
entsprechend
die Tronbe sich abschwächt bzw. gänzlich verschwindet.
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Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Mischen wenigstens zweier Stoffe,
von denen wenigstens ein erster Stoff fließfähig und wenigstens ein zweiter Stoff
pulverförmig ist, anzugeben, mit der das Mischen bzw. die Homogenisierung weitgehend
unabhängig von den Eigenschaften der zu vermischenden Stoffe durchführbar ist.
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Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und irn
wesentlichen dadurch gelöst, daß der fließfähige Stoff der Saugseite des Homogenisators
über wenigstens einen Saugkanal zuzllführen ist; und daß der pulverförmige Stoff
dem fließfähigen Stoff im Bereich eines Saugkallals beizumengen ist.
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Erfindungsgemäß wird ein pulverförmiger Stoff also nicht mehr einfach
auf einen fließfähigen Stoff aufgegeben, sondern es ist ein Bauteil in Form eines
Saugkanals vorgesehen und die Beimengung des pulverförmigen Stoffes erfolgt innerhalb
des Saugkanals.
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Dadurch, daCJ die Beimengung innerhalb des Saugkanales erfolgt, wird
der pulverförmige Stoff in relativ kleinen engen mitgerissen und zwangsläufig zu
dem Homogenisator hin transportiert. Die Mitnahme des pulverfbrmigen Stoffes und
die Durchschleusung des fließfähigen Stoffes zusammen mit dem pulverförmigen Stoff
durch den Homogenisator ist damit weitgehend von der Viskosität des fließfEhigen
Stoffes unabhängig und
an eine bestimmte Ausbildung einer Strömung
in dem Mischkessel nicht mehr gebunden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der zuvor gegebenen Lehre
kann nun in verschiedener Weise zweckmäßige Ausgestaltungen aufweisen.
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Bevorzugt ist zunächst vorgesehen, daß die Saugkanäle in einen gemeinsamen
Saugstutzen münden und die Beimengung des pulverförmigen Stoffes in diesem Saugstutzen
erfolgt. Mit dem geneinsamen Saugstutzen ist ein sehr effektiver Zugabeort für den
pulverförmigen Stoff geschaffen, wobei die an diesem Zugabeprt herrschende Strömung
in gewisser Weise durch die Anzahl und Richtung der Saugstutzen einstellbar ist.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, daß der Saugstutzen kegelstumpfartig ausgebildet ist, wobei der
den kleineren Durchmesser aufweisende Endabschnitt des Saugstutzens der Saugseite
des Homogenisators zugekehrt ist. Die den Saugstutzen durchsetzende llischung aus
fließfähigem und pulverförmigem Stoff erfährt also in dem Saugstutzen noch eine
gewisse Beschleunigung.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Saugstutzen oberhalb
der Hündungsebene der Saugkanäle geometrisch kegelstumpfartig fortzusetzen, so daß
sich insgesamt ein einheitlicher trichterförmiger Hohlkörper ergibt, in dessen oberen
Bereich der pulverförmige Stoff eingegeben werden kann. Zweckmäßigerweise ist die
Geometrie des trichterförmigen Hohlkörpers so
gewählt, daC., Je
nach beizumengendem pulverförmigem Stoff, jedenfalls die Neigung der Trichterwandung
größer ist als der Böschungswinkel dieses -pulverförmigen Stoffes, um so ein Anhaften
des -pulverförmigen Stoffes an der Trichterwandung weitestgehend auszuschließen.
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Die Mündung der Saugkanäle in den trichterförmigen Hohlkörper kann,
wie weiter oben schon ausgeführt worden ist, unter verschiedenen winkeln erfolgen.
Vorzugsweise münden die Saugkanäle jedoch tangential in den Saugstutzen und zwar
derart, daß die Achsen der Saugkanäle in einem Querschnitt durch den trichterf-örmigen
Hohlraum in der Ebene der Saugkanäle als Tangenten zu der in diesem Querschnitt
kreisförmig abgebildeten Mündung des kegelstumpfartigen Saugstutzens erscheinen.
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Weiterhin hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wischen der Mündung
des Saugstutzen und dem Homogenisator einen weiteren Saugraum vorzusehen, der im
Quei'schnitt größer ist als die Mündung des Saugstutzens und im wesentlichen an
die Geometrie der Saugseite des Homogenisators angepaßt ist. Dieser Saugraum umgibt
den Homogenisator auf der Saugseite jedenfalls soweit, daß bei Betrieb des Homogenisators
die angesaugte Mischung aus fließfähigem Stoff und pulverförmigem Stoff zwangsläufig
den Homogenisator durchsetzt.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß der trichterförmige Hohlkörper nach
oben über den Rand des Mischkessels hinausragt und zusätzlich in seinem oberen Bereich
mit
einem Ausleger versehen ist, der mit einem Sperrschalter zusamnenwirkt.
Wie weiter unten noch näher erläutert wir, ist die Zusammenwirkung des Auslegers
mit einem Sperrschalter insbesondere in Hinblick auf ein mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bevorzugt durchzuführendes Arbeitsverfabren vorteilhaft. Nach erfolgter
Beimengung des pulverförmigen Stoffes wird der trichterförmige Hohlkörper aus dem
Mischkessel herausgenommen und erst die mit dem Herausnehmen zwangsläufig dann verbundene
Betätigung des Sperrschalters gibt den Deckel der Vorrichtung zum Absenken auf den
Mischkessel frei.
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Um in einfacher Weise sicherzustellen, daß der Ausleger des trichterförmigen
Hohlkörpers zwangsläufig mit den Sperrschalter zusammenwirkt, ist weiterhin vorgesehen,
daß an einer Befestigungsfläche des trichterförmigen Hohlkörpers und einer zugeordneten
Befestigungsfläche des Mischkessels übereinstimmende, auf einem Kreis um die Geometrieachse
des trichterförmigen Hohlkörpers asymmetrisch verteilte Befestigungsausnehmungen
vorgesehen sind.
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Die zuvor angegebene Anordnung der Befestigungsausnehmungen stellt
selbstverständlich nur eine bevorzugte Anordnung dar, da der beabsichtigte Zweck,
den trichterförmigen Hohlkörper immer in einer bestimmten Stellung gegenüber dem
Mischkessel zu befestigen, in einfacher Weise auch mit einer Reihe von weiteren,
naheliegenden Anordnungen von Befestigungsmitteln erreichbar ist.
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Eine weitere Lehre der vorliegenden Erfindung, der auch eigenständige
Bedeutung zukommt,. betrifft ein Arbeitsverfahren für eine Vorrichtung zum Mischen
wenigstens zweier Stoffe, von denen wenigstens ein erster Stoff fließfähig und wenigstens
ein zweiter Stoff pulverförmig ist, insbesondere eine Vorrichtung mit einer oder
mehreren der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wobei zunächst
ein fl.Behkessel mit einen fließfähigen Stoff gefüllt wird und nachfolgend ein Homogenisator
in Betrieb genommen wird.
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Das erfindungsgemäRe Arbeitsverfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daRJ erst nach Inbetriebnahme des Bomogenisators ein trichterförmiger Hohlkörper
mit beizumengendem pulverfdrmigem Stoff gefüllt wird.
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Eine erfindungsgeniäi3e Vorrichtung kann nämlich dann besonders wirksam
für Mischvorgänge genutzt werden, wenn der trichterförmige Hohlkörper erst nach
Aktivierung des Homogenisators eingeschaltet wird. Vor Aktivierung de-s Homogenisators
weist der flieAfählge Stoff zunächst in dem trichterförmigen Hohlkörper undin dem
umgebeiden Mischkessel eine auf gleichem Niveau liegende Oberfläche auf. Nach Aktivierung
des Homogenisators senkt sich die Oberfläche innerhalb des trichterförmigen Hohlkörpers
bis auf die Mündungsebene der Saugkanäle ab, so daß auch bei weitgehender Füllung
des Mischkessels ein relativ großer Raum für die Beigabe des pulverförmigen Stoffes
geschaffen ist.
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Die Füllung des trichterförmigen Hohlkörpers erst nach Inbetriebnahme
des Homogenisators trägt auch dazu bei,
daß sich praktisch keine
Klumpen bilden können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, nach erfolgter-Beimengung des pulverförmigen
Stoffes den trichterförmigen Hohlkörper aus dem Mischkessel zu entfernen und die
Durchmengung der Flüssigkeit nach folgend ohne den trichterförmigen Hohlkörper fortzusetzen.
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Wenn auch bei der Erläuterung der vorliegenden Brflndung der- Einfachheit-
halber immer nur von der Mischung eines fließfähigen Stoffes mit einem pulverförmigen
Stoff die Rede ist, so ist die Lehre der vorlie-genden Erfindung jedoch nicht auf
die Mischung von nur zwei Stoffen beschränkt. Vielmehr können auch mehrere.
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Stoffe gleichzeitig oder nacheinander mit einer erz in dungsgemäßen
Vorrichtung und nach dem erfindungsgemaßen Arbeitsverfahren gemischt bzw. homogenisiert
werden.
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Beispielsweise kann in den trichterförmigen Hohlkörper unmittelbar
eine Mischung verschiedenartiger"" pulver förmiger Stoffe eingegeben werden oder
es sich in Sonderfällen auch als zweckmäßig erweisen, den, triehterförmigen Hohlkörper
in mehrere Kammern für verschiedenartige Stoffe zu unt-erteilen und den trichterförmige
Hohlkörper im Hinblick- auf die örtliche Zumischung der pulverförmigen stoffe steuerbar
auszugestalten.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorltegenden Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
und einer Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch
eine erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 entlang
der Linie I-I.
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Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung 1 zum Mischen wenigstens
zweier Stoffe, von denen wenigstens ein erster Stoff fließfähig und.wenigstens ein
zweiter Stoff pulverförmig ist. Die Vorrichtung 1 weist einen Mischkessel 2 und
einen unterhalb des Bodens des Mischkessel 2 angeordneten Homogenisator 3 auf.
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Oberhalb des Homogenisators 3 und der Saugseite des Homogenisators
3 zugewandt ist ein trichterförmiger Hohlkörper 7 angeordnet, in dessen unteren
Bereich, den Saugstutzen 5, Saugkanäle 4 münden. Zwischen der Mündung 6 des Saugstutzens
5 und dem Homogenisator 3 ist ein Saugraum 8 ausgebildet, der einen gegenüber der
Mündung 6 des Saugstutzens 5 erweiterten Durchmesser aufweist.
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Der trichterförmige Hohlkörper 7 ragt aus dem Mischkessel 2 hervor
und ist in seinem oberen Bereich noch mit einem Ausleger 9 versehen, der mit einem
an dem Mischkessel 2 angebrachten Sperrschalter 10 zusammenwirkt.
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Wie sich insbesondere aus Fig. 2 der Zeichnung ergibt, münden die
Saugkanäle 4 in den trichterförmigen Hohlkörper 7 in der Weise tangential, daß die
Achsen der Saugkanäle 4 in einem Querschnitt in der Mündungsebene der Saugkanäle
4 als Tangenten zu der in diesem Querschnitt kreisförmig abgebildeten Mündung 6
des kegelstumpfartigen Saugstutzens 5 erscheinen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie schon weiter oben
ausgeführt, der Homogenisator 3 unterhalb des Bodens des Mischkessels 2 angeordnet
und wird der Homogenisator 3 über eine von dem Mischkessel weg gerichtete Welle
angetrieben-. Für die Lehre der vorliegenden Erfindung ist natürlich die Anordnung
des Homogenisators 3 in bezug auf den Mischkessel 2 prinzipiell nicht von Bedeutung.
Der Homogenisator 3 kann beispielsweise auch durch eine nach oben aus dem Mischkessel
2 herausgeführte Welle angetrieben sein.
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Im letzteren Fall empfiehlt es sich dann, den trichterförmigen Hohlkörper
7 teilbar auszuführen, um so den trichterförmigen Hohlkörper nach erfolgter Beimengung
des pulverförmigen Stoffes problemlos aus dem Mischkessel 2 entfernen zu können.
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Ein Mischvorgang wird' nun mit einer Vorrichtung der in Fig. 1 dargestellten
Art in folgender Weise erfindungsgemäß durch' geführt: Zunächst wird der Mischkessel
2 mit dem fließfähigen Stoff gefüllt, wobei der trichterförmige Hohlkörper 7
bereits
in den Hischkessel 2 eingesetzt sein kann oder nach Füllung des Mischkessels 2 mit
fließfähigen Stoff eingesetzt wird. In jedem Fall stellt sich dann in dem Mischkessel
2 und dem trichterförmigen Hohlkörper 7 ein Flüssigkeitsspiegel mit gleicher Höhe
ein.
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Nach Aktivierung des.Homogenisators 3 wird der in dem trichterförmigen
Hohlkörper 7 befindliche fließfähige Stoff angesaugt und der Flüssigkeitsspiegel
in dem trichterförmigen Hohlkörper 7 senkt sich auf die Mündungsebene der Saugkanäle
4 in dem Saugstutzen 5 ab.
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Daraufhin wird der trichterförmige Hohlkörper 7 mit beiztinengendem
pulverförmigen Stoff gefüllt und die sich durch die Saugkanäle 4 und den Saugstutzen
5 ergebende Strömung des fließfähigen Stoffes führt zur Vermengung des fließfähigen
Stoffes mit dem pulverförmigen Stoff und durch die nachfolgende Durchströmung des
Homogenisators 3 zu der gewünschten Homogenisierung.
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Nachdem die gewünschte nIenge an pulverförmigem Stoff dem fließfähigen
Stoff beigemengt ist, wird der trichterförmige Hohlkörper 7 aus der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 herausgenommen. Zur weiteren Durchmengung der zu mischenden Stoffe
kann nachfolgend der zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gehörende Deckel abgesenkt
werden, nachdem beim Herausnehmen des trichterförmigen Hohlkörpers 7 aus dem Mischkessel
2 der Sperrschalter 10 die Absenkung dieses Deckels freigegeben hat.
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Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung 1 2 Mischkessel 2 3 Homogenisator
3 4 Saugkanal 4 5 Saugstutzen 5 6 Mündung (von 5 bzw. von 7) 6 7 trichterförmiger
Hohlkörper 7 8 Saugraum 8 9 Ausleger 9 10 Sperrschalter 10 11 Kunstauskleidung (von
7) 11
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