DE3444912C2 - Vorrichtung zum Behandeln pumpfähiger Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Zerkleinern, Homogenisieren und Dispergieren pumpfähiger Materialien, wie Feststoff- Flüssigkeitsgemischen mit hohen Feststoffkonzentrationen, bei welcher das Material in axialer Richtung einer Zerkleinerungs- und Mischvorrichtung mit ineinander­ greifende Zähne aufweisendem Stator und Rotor zugeführt wird, diese mit radialer Bewegungskomponente durchläuft und anschließend im wesentlichen radial abgeführt wird, wobei der Stator aus einem mit einem zentralen Einlauf und einem sich kegelförmig erweiternden Innenraum versehenen Gehäuse besteht und der darin umlaufende Rotor kegelstumpfförmig ausgebildet ist, dessen Mantelfläche mit radial verlaufenden Nuten ausgestattet ist, denen jeweils gleichartige Nuten der Gehäuseinnenwand des Stators gegenüberstehen.

Es ist bekannt, zum Mischen pumpfähiger Materialien wie Kunststoffschmelzen, Seifen od. dgl. oder zur Herstellung von Granulaten Maschinen zu verwenden, die einen Stator und einen Rotor mit ineinandergreifenden Zahnkränzen aufweisen. Die zu behandelnden Materialien durchlaufen den von den ineinandergreifenden Zahnkränzen gebildeten Arbeitsbereich, wo sie durch die Scherwirkung der Zahnkränze fortlaufend zu kleinen Scheibchen geschnitten und umverteilt werden, bis sie in einen Ringraum gelangen, aus dem sie durch einen Auslaßkanal radial abgeführt werden. Durch die ständige Umverteilung und Neumischung kann eine Mischung des Gutes erreicht werden. Bei bitumenösen Materialien oder auch Gemischen mit Eisenoxid, Chromdioxid, Titandioxid, Bentonit oder polymeren Kunststoffen ist eine vollständige Homogenisierung des zu mischenden Materials nicht immer möglich. Vielfach bleibt ein Marmorierungseffekt übrig, der ein unzureichendes Mischungsverhältnis kennzeichnet. Das gilt auch für die eingangs angegebene Vorrichtung gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 19 45 319, bei der die Nutenanordnung auf den rückwärtigen, im wesentlichen radial erstreckten Teil des Innenraumes beschränkt ist und dieser die Form eines geraden Kegels aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der mit einfachsten Mitteln eine gleichmäßigere Mischung und damit eine vollständige Homogenität des zu mischenden Gutes gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Rotors und die Innenfläche des Stators bogenförmig ausgebildet sind und die Nuten über die gesamte Länge des Bogens verlaufen.

Die bogenförmig verlaufenden Nuten bewirken eine von Nute zu Nute abwechselnde Kompressions- und Dekompressionswirkung und dies aufgrund der hohen Umlaufgeschwindigkeiten des Rotors mit auch wegen des infolge der Bogenform sich fortschreitend ändernden Achsabstandes vielfachen Frequenzen. Diese Wirkung wird verstärkt, wenn die Nuten dreieckförmig ausgebildet und dabei unterschiedliche Nuten vorgesehen sind, wobei zunächst Längsnuten vorgesehen sind, deren Breite vom kleinen zum großen Durchmesser hin abnimmt und zwischen jeweils zwei Längsnuten eine weitere sich verjüngende Zwischennute vorgesehen ist, die von zwei weiteren sich verjüngenden Zusatznuten begrenzt ist, wobei vom Außendurchmesser aus gesehen die Zwischennuten etwa zwei Drittel und die Zusatznuten etwa ein Drittel der Länge der Langnuten aufweisen. Diese unterschiedlichen Nuten bewirken auf das zu behandelnde Gut beim Durchlauf durch das Stator-Rotor-System Stoß- und damit Aufhaltewirkungen, die eine Vergleichmäßigung des zu mischenden Gutes bewirken. Verringern sich die Tiefen der Nuten des Stators und des Rotors vom kleinen zum großen Durchmesser im Verhältnis von 10 : 1 und verringert sich gleichzeitig der Abstand der Oberfläche des Rotors zur Innenfläche des Stators vom Innen- zum Außendurchmesser hin, so wird die gewünschte Mischwirkung noch mehr verbessert.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, daß innerhalb des Einlaufes eine Einzugsschnecke vorgesehen ist, die mit der Stirnfläche des Rotors verbunden ist. Mit dieser Maßnahme wird die Vorrichtung selbst bei schwer pumpfähigen Produkten zu einer selbstansaugenden Vorrichtung. Damit wird immer genügend Material in die Maschine eingezogen, so daß immer genügend Material für eine gleichmäßige Mischung zur Verfügung steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-B in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung der Linie C-D in Fig. 1,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung der Linie E-F.

Die Mischvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 1, das auch als Stator bezeichnet werden kann und einem darin umlaufenden Rotor 4. Das Gehäuse 1 weist einen zentralen Einlaß 2 auf, an den sich ein kegelstumpf­ förmiger Innenraum 3 anschließt. Diesem Innenraum ist der auf einer rotierenden Welle 5 sitzende Rotor 4 zugeordnet. Der Antrieb des Rotors ist nicht dargestellt. Der Rotor 4 weist eine Mantelfläche 6 und der Stator 1 eine Innenwand 7 auf. Diese Flächen sind einander angepaßt, und im Ausführungsbeispiel kegelstumpfartig mit bogenförmigen Oberflächen ausgebildet. Sowohl die Oberfläche 6 des Rotors 4 als auch die Oberfläche 7 des Stators 1 sind mit gleichartigen Nuten 9 bzw. 10 versehen. Dabei sind die Nuten vorzugsweise dreieckförmig ausgebildet, wie in Fig. 2 dargestellt. Es hat sich gezeigt, daß die Mischwirkung noch weiter verbessert werden kann, wenn die Nuten unterschiedlich ausgebildet sind. Dabei sind die Nuten 9 und 10 in jeweils drei unterschiedliche Nutengruppen unterteilt, wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist. So sind zunächst einmal Langnuten 12 und 15 angeordnet, deren Breite 18 vom kleinen Durchmesser 19 bzw. 20 zum größeren Durchmesser 21 bzw. 22 abnimmt. Hierdurch entstehen dreieckförmige Freiräume 27, in die eine weitere Nutengruppe eingebracht werden kann, die als Zwischennuten 13 bzw. 16 bezeichnet sind. Diese Nuten 13, 16 in Verbindung mit den Nuten 12, 15 bilden weitere Freiräume 28 und 29, in denen eine weitere Nutengruppe, bezeichnet als Zusatznuten 14, 17, untergebracht werden kann. Mit dieser Maßnahme werden nicht nur die Mantelfläche 6 des Rotors 4 und die Innenwand des Stators 7 vollständig mit radial­ verlaufenden Nuten versehen, sondern darüber hinaus bilden sich Stauräume 30 und 31. Außerdem sind die Tiefen der Nuten 12 bis 17 vom Guteinlauf, d. h. vom kleineren Durchmesser 19 bzw. 20 zum Auslauf hin, d. h. zu den Durchmessern 21 und 22 hin abnehmend ausgebildet. Auch kann der Abstand der Oberfläche 6 des Rotors 4 zur Oberfläche 7 des Stators 1 vom kleinen Durchmesser 19 zum großen Durchmesser 21 hin abnehmend ausgeführt sein. Auch dies bewirkt eine Vergleichmäßigung der Mischung. Bei schwer pump­ fähigen Produkten ist es vorteilhaft, wenn das Produkt von der Maschine selbst angesaugt und verarbeitet wird. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Einlasses 2 eine Einzugsschnecke 24 vorgesehen und mit der Stirnwand 25 des Rotors 4 verbunden. Schließlich ist der Rotor 4 von einem Ringraum 26 umgeben, der in einen radialen Auslaß 8 mündet.

Das dem Einlaß 2 zugeführte Produkt wird von der Schnecke 24 erfaßt und gleichmäßig auf den Umfang und damit in den von Rotor und Stator gebildeten Einlaßspalt 32 verteilt. Das zu behandelnde Produkt gelangt sodann in den von den Nuten des Rotors und Stators gebildeten trapezförmigen Mischraum, der sich zur Folge der Drehbewegung des Rotors ver­ kleinert. Dabei wird das Produkt zunächst zer­ kleinert und sodann aus einem Nutenpaar über eine verengte Stelle in das nächste Nutenpaar weiterge­ leitet. Hierdurch ergeben sich die vielfachen Kompressions- und Dekompressionswirkungen. Diese Wirkungen erfährt das Produkt vielfach, bis es in den Stauraum 30 vor den Zwischennuten 13 und 16 ange­ langt ist. Die hier stattfindende Stauwirkung bewirkt eine weitere Umverteilung des Gutes und sodann eine weitere Zerkleinerung und Vermischung aufgrund des nunmehr kleineren Nutenverhältnisses, wenn beispielsweise zwei Nuten 13 bzw. 16 überein­ ander stehen und sich dann aufgrund der Rotation der Nute 13 wiederum verändern. Die gleiche Wirkung erfolgt im Stauraum 31 vor den Nuten 14 und 17. Hat das zu behandelnde Produkt die Außendurchmesser 21 und 22 des Rotors 4 und Stators 1 erreicht, dann ist eine ausreichende Homogenisierung und Dispergierung bei gleichzeitiger Zerkleinerung erreicht, so daß es über den Ringkanal 26 und den radialen Auslaß 8 ausgetragen werden kann.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Zerkleinern, Homogenisieren und Dispergieren pumpfähiger Materialien, wie Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen mit hohen Feststoffkonzentrationen, bei welcher das Material in axialer Richtung einer Zerkleinerungs- und Mischvorrichtung mit ineinandergreifende Zähne aufweisendem Stator und Rotor zugeführt wird, diese mit radialer Bewegungskomponente durchläuft und anschließend im wesentlichen radial abgeführt wird, wobei der Stator aus einem mit einem zentralen Einlauf und einem sich kegelförmig erweiternden Innenraum versehenen Gehäuse besteht und der darin umlaufende Rotor kegelstumpfförmig ausgebildet ist, dessen Mantelfläche mit radial verlaufenden Nuten ausgestattet ist, denen jeweils gleichartige Nuten der Gehäuseinnenwand gegenüber stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rotors (4) und die Innenfläche (7) des Stators (1) bogenförmig ausgebildet sind und die Nuten (9, 10) über die gesamte Länge des Bogens verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nuten (9 und 10) dreieckförmig ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (9 und 10) in unterschiedliche Nuten (12 bis 17) unterteilt sind, wobei Langnuten (12, 15) vorgesehen sind, deren Breite (18) vom kleinen (19, 20) zum großen Durchmesser (21, 22) hin abnimmt und zwischen jeweils zwei Langnuten (12, 15) eine weitere sich verjüngende Zwischennute (15, 16) vorgesehen ist, die von zwei weiteren sich verjüngenden Zusatznuten (14, 17) begrenzt ist, und daß vom Außendurchmesser (21, 22) aus gesehen die Zwischennuten (13, 16) etwa zwei Drittel und die Zusatznuten (14, 17) etwa ein Drittel der Länge der Langnuten (12, 15) auf­ weisen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefen der Nuten (15 bis 17) vom kleinen (19, 20) zum großen Durchmesser (21, 22) hin abnehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nutentiefen im Verhältnis 10 : 1 abnehmen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (23) der Ober­ fläche (6) des Rotors (4) zur Innenfläche (7) des Stators (1) vom kleinen (19) zum großen Durchmesser (21) hin abnimmt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (10) des konischen Teiles des Stators (1) in den Einlauf (2) des Gehäuses (1) als Nuten (11) verlängert sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Einlaufes (2) eine Einzugsschnecke (24) vorge­ sehen ist, die mit der Stirnfläche (25) des Rotors (4) verbunden ist.