DE7120875U - Desaggregations vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen mit hohem Disper sionsgrad - Google Patents

Description

[},. Li . nn;, K. L Schiff Dr. A. ν. Füner Dipl. Ing. P. Strehl

Patentanwälte D<5-7**78

B ...α.,ο,,ο,ι 90, Mariahilfptatt 2 4 3, Telefon 45 40 40

Beschreibung zu der

Ge"brau6hsmusf erhilf sanmeldung

der

B&ny&szati Kutat6 Intezet, Budapest Ill/Ungam, Hikoviny u.2

betreffend

Desaggregationsvorrichtung zur Herateilung von Dispersionen mit hohem Dispersi oztsgrad

(Priorität: 22. Dezember 1970 - Ungarn - BA-2514)

Die Erfindung ist eine Deaaggregationsvorrichtung, mit der ^:; bei wesentlich geringerem Energieverbrauch ucd in bedeutend kürzerer Zelt kontinuierlich Disperaionen mit hohem Dispersitätegrad hergestellt «erden können·

Auf zahlreichen Gebieten der Industrie, ao in der Konservenindustrie· bei chemischen Reaktionen, bei der Hertateilung organophiler Ton^ineralien, bev^saerreinigung, bei Tiefbauten, in der feinkeramischen Industrie, Snail- und Farbeninduatrie, bei hydraulischen Bindemitteln, bei Baumaterialien, bei Schaumkunststoffen, usw·, hat der erreichbare, bzw. erzielte Dispersi onisgrad eine grosse Bedeutung, da

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bei Sicnerung eines entsprechenden Dispersion sgrades beim Materialverbrauch bedeutende Einsparungen möglich sind und auch die Materialqualität stark verbessert werden kann·

Zum Erreichen des entsprechenden Dispersion sgrades wurden früher verschiedene Befeuchtungs-, Zerkleiaeruiwcfl-Mahl- and Mischverfahren angewandt, die in neuerer Zeit durch Verfahren abgelöst wurden, die mit Scherung oder Stoea arbeiten, und diese wurden dann durch daa geeignetste Desaggregationsverfahren, das mit Stöse während der Soherung arbeitet, abgelöst« Die Desaggregation durch Stoas während der Scherung ist erfolgreicher and moderner ala alle bisher bekannten Verfahren, dennoch ist es nicht seinem Wert entsprechend verbreitet ■ . weii^.? bisher noch keine Vorrichtung hergestellt werden konnte, die während einer langen Betriebszeit die D^eaggregationsprozesse in entsprechender Menge und Qualität hätte ausführen können« Bei den bekannten Desaggregationsvorrichtungen waren vor alles hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit - -. die Ergebnisse nicht zufriedenstellend.

Die bekannten Desaggregationsvorrichtungen ermöglichen keine Rezirkulation, da bei diesen der Desaggregationsprozess Ia Falle der Rezirkulation diskontinuierlich wird·

Die Rezirkulation 1st deshalb notwendig, weil die Struktur des zu desaggregierenden, zu diepergierenden Materials nur stufenweise abgebaut werden kann (ζ·Β« beim Bento— nlt und ahnlichen Materialien) und weil zum Erreichen des entsprechenden Schereffektes eine entsprechende Viskosität erforderlich ist, die in vielen Fällen nur durch itezirkulation zu erreichen ist.

Die diskontinuierliche Rezirkulationstechnologie der bekannten Desaggregationsvorrichtungen birgt ^i_e Gefahr in sich, dass einzelne Materialteile öfters, andere seltener den Stossprozess während der Scherung durchmachen; das erhaltene Produkt wird also inhomogen sein.

Bei den bekannten Desaggregationsvorrichtungen wird im allgemeinen eine Scheibe mit einer dicht gezahnten Krone und

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eine ebenfalls dioht gezahnte stehende Gegenacheibe angewandt, die zwischen die Zähne der Scheibe eingreift. Bei diesen strömt das zu desaggregierende, zu dispergierende Material vcii innen nach aussen, im äusseren Desaggregations teil erhöht sich aeine Geschwindigkeit «nd 15 äUSä^räu xsii ötöh« für das Material ein grosser Raum zur Verfügung, demzufolge in der Desaggregationsvorrichtung eine starke Kavitation auftritt. Infolge der Kavitation «erden auf die Festkörperteilchen, bzw. auf die Flüssigkeitsteile verhältnismässig wenige Schereffekte ausgeübt und auch der Energiebedarf ist hoch«

Sin weiterer Nachteil der bekannten Desaggregationavorrichtungen besteht darin, dass in diesen die Festkörperteilchen und die Flüssigkeitsteile in radialer Richtung strömen und in den radial gerichteten Durchflusspalten infolge der auftretenden Reibung einen grossen Teil ihrer Energie verlieren. Die verlorene Energie verringert die für· die Scherung verwendbare Energiemenge·

Ein weiterer Fehler der bekannten Desaggregationsvorrichtungen besteht darin, dass der Schereffekt bei diesen nur durch Aenderung der Umdrehungszahl geändert werden kann» Infolge der Kavtotion und.der grossen Reibungskräfte liegt der Energieverbrauch sehr hoch, die Vorrichtungen werden veraältnismässig schnell abgenützt und können nicht weiter verwendet werden.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Desaggregationavorrichtung, die kontinuierlich im Rücklauf arbeitet₍ bei der bein Rücklauf jeder Teil der zu aggregierenden, au dispergierenden Materialien praktisch gleiche Zahl von Stoss- -Scherungsprozessen durchmacht, in welcher die hergestellte Dispersion einen hohen Dispersitätsgrad besitzt und vollkommen homogen ist, In der keine Kavitation und stärkere Reibungskräfte auftreten, der Scherungseffekt ohne Aenderung der Umdrehungszahl leicht, schnell und kontinuierlich geändert werdeii kann, die leicht bedient werden kann, auch durch längere Eetriebszeit betriebssicher funktionier, und bei Ver-

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brauch weniger Energie in kurzer Zeit die desaggregation,, die Dispersion eirer grossen Menge Materials durchführen kann.

Die erfindungasemässe Des aggregat lötvorrichtung lust daa gesetzte Ziel dadurch, dass zur Stoss-Scherung des zu ä#aaeffragie*en4«n_$ »» dispergierinden Materials ©in Laufsrad und eine Scheibe mit ineinandergreifenden bzw· nebeneinander angeordneten Zahnkränzen angewandt wird, die ringförmigen durchgeströmten Querschnittefläohen des vom strömenden Stoff ausgefüllten Raumes zwischen den Zähnen, die vertikal zur Richtung der Materialströmung sind, auf den ganzen mit Zahnen besetzten Teil der Vorrichtung praktisch gleich gross sind und dass sich in den Zahnkränzen der Torrichtung zwischen Je zwei nebeneinanderliegenden Zähnen durch diese begrenzte zum Umfang des Zahnkranzes eine schräge MaterialGtrömung sichernde Durchlassöffnungen befinden, von denen die Öffnungen in den Zahnkränzen des Laufrades in Richtung der Materialärconung betrachtet mit der Drehrichtung des ümf anges einen stumpfen Winkel einschliesses.

Bin weiteres Kenazeltujn der Erfindung besteht darin , dass die Oberfläche gegen die Zahnkränze des Laufrades und/oder der Scheibe konisch oder zylindrisch ausgebildet ist· J

Die Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad und/oder die Scheibe so gelagert sind, dass sie .. .einander^genähert oder voneinander entfernt wer«» den können· . .

Bin Kennzeichen der Erfindung 1st noch, dass die gegenüberliegenden Zahnflächen der ineinandergreifenden Zahnkränze zylindrisch sind«

Ein Kennzeichen der Erfindung ist schliesslich, dass die gegenüberliegenden Zahnflächen der ineinandergreifenden Zahnkränze konisch sind.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele beschrieben, wo

Abb· 1 ein prinzipielles Schema eines Ausführungebeispieles der erfindungsgemässen Desaggregations vorrichtung,

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Abb.2 das Bild des Laufrades des in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Abb. 3 schematisch in Querschnitt eine modifizierte Form d^r in Abb, I dargestellten Ausführung

Av~· 4 ist öiu« wöiiöJTC Äusxührungsform. bei d©y dazu desaggregierende, zu diapergierende Material durch den ringförmigen Raum entlang dem Umfang dea Laufrades und der Scheibe in Achsenrichtung strömt,

Abb. 5 eine modifizierte Ausführungsform , die der in Abb* 4 ähnlich ist, mit der Abweichung, dass hier abwechselnd mehrere Laufräder und Scheiben hintereinander angeordnet sind.

Bei der Ausführungsform der erfindungsgemässen Desaggregationsvorrichtung nach Abb. 1 ist das Laufrad 1 auf der Achse 2 befestigt und kann damit zugleich gedreht werden· Die Achse 2 ist im Lager 4 , das auf dem Gehäuseteil 3 der Vorrichtung ausgebildet ist, drehbar gelagert· Aus deüi mittleren Teil des als Scheibe 5 ausgebildeten Gehäuseteils, der mit dem Gehäuseteil 3 der Vorrichtung auf irgendeine bekannte Weise zusammengebaut ist, ragt ein Anschlusstutzen 6 heraus, der zum Anschluss der Vorrichtung an eine Rohrleitung, bzw· zur Einführung des zu dispergierenden Materials in das Innere des Gehäuses 3t 5 dient. Das eingeströmte Material wird durch den Austrittstutzen entfernt·

Auf der Oberfläche des Laufrades 1 gegenüber der Scheibe 5 befinden sich aus Zähnen ausgebildete Zahnkränze β · Diese Zahnkränze liegen voneinander radial in sol· chem Abstand, dass die von der Scheibe einwärts ragenden aus Zähnen - .gebildeten Zahnkränze 9 dazwischen geschoben werden können. Die Seheibe 5 bewegt sich mit dea Zahnkrän zen 9 zusammen, beim Betrieb drehen sich also die Zahn- kränze 8 zwischen den Zahnkränzen 9 in Richtung des in Abb. 2 dargestellten Pfeiles IO .

Zwischen den Zähnen der rotierenden Zähnkränze 8 befindet sich de eine öffnung 11 , die schräg zum Umfang des

Zahnkranzes ausgebildet sind. Ihre Richtung schliesat in Richtung der Materialatrömung betrachtet mit der Umfangsdrehrichtung einen stumpfen Winkel ein. So üben dje Seitenflächen dieser öffnungen auf das Material eine ähnliche Wirkung aus, wie z.B. ein rotierendes Schaufelrad einer Zentrifugalpumpe, d.h. sie können das Material auf eine gewisse Höhe heben, bzw. fördern.

Das zu desaggregierende, zu diapergierende Material strömt zwischen den Zähnen der aus der Scheibe 5 herausredenden Zahnkränze 9 durch ähnliche öffnungen 12 . Diese öffnungen können aber von den öffnungen 11 der Zahnkränze 8 auch abweichend sein, indem die öffnungen 12 in Richtung der Materialströmung betrachtet mit der Umfangsdrehrichtung anstatt eines stumpfen Winkele einen spitzen Winkel einschliessen.

Diese Ausgestaltung der Offnungen 11, 12 , der Zahnkränze 8 bzw. 9 ermöglicht die Weiterbeförderung des dazwischen durchströmenden Materials, sichert weiters aus strömungstechnischen Gründen, dass das durchströmende Material durch die öffnungen bei geringen Reibungskräften strömt, bzw. die zu desaggregierenden Teilchen einer starken Stosswirkung unterworfen werden. Diese Durchströmungsweise ist gegenüber der bisher angewandten radialen Durchströmung sehr vorteilhaft.

Bei der In. Abb. 1 schematisch dargestellten Ausführung ist die Wand des Gehäuseteils 3 vertikal zur Achse 2 , die zahnseitige Fläche 13 des Laufrades 1 hat einen etwas gebogenen Querschnitt und die innere Fläche der Scheibe 5 ist koni3ch. Die Fläche 13 und die innere Fläche der Scheibe 5 , sowie der mit dem zu dtspergierenden Material ausgefüllte Raum zwischen den Zahnkränzen 8 bzw. 9 haben eine solche Fom und Abmessung, dass die zur Richtung der Materialströmung vertikalen ringförmigen Querschnittsflächen aus dem An3chlusstutzen ausgehend überall gleich gross sind. Das bedeutet, dass von der Achaenlinie 14 auswärts radial betrachtet bei je einem vorgestellten ringförmigen Querschnitt

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die Aenderung des Radius - folglich die Längenänderung des ümfanges - durch Aenderungen der Breitenabmeasung des ringförmigen Querschnittes ausgeglichen ist. Demzufolge -strömt das durch den /ischlusstützen 6 einströmende Material, sich zwischen der Fläche 15 und der Scheibe 5 ausbreitend, auf die Weise/ dass es trotz Erhöhung seiner Geschwindigkeit den Raum zwischen der Fläche 13 und der Scheibe 5 restlos ausfüllt, alao keine die Durchströmung nachteilig beeinflussende Kavitation auftreten kann.

Die Ausführungsform nach Abb. 5 weicht von der Ausführung nach Abb. 1 darin ab, dass die Flächen der aus dem Laufrad 1 herausragenden Zähne 8a entlang dem Umfang der Zahnkränze nicht zylindrisch sondern konisch ausgebildet sind· Aehnliche Flächen begrenzen die Umfangsflächen der aus den Zähnen 9a bestehenden Zahnkränze, die aus der Wand der Scheibe 5a herausragen· Eine weitere Abweichung ist, dass die Scheibe 5a auf irgendeine bekannte Weise z.B. mit einer Schraubenverbin .dung 15 in Richtung doe Laufrades 1 oder davon sich entfernend bewegt werden kann, also die Breite der Spalten 16 zwischen den Seitenflächen der Zähne der Zahnkränze 8a und 9a und dadurch der Seherungseffekt ohne Aenderung der Umdrehungszahl des Laufrades

I geändert «erden kann·

Bei der in Abb. 4· dargestellten Ausführungsweise der erfindungsgemässen Desaggregationsvorrichtung strömt das in den Anschlusstutzen 6 eingeströmte zu dispergierende Ma-* terial nur durch den äusseren kreisringförmigen Teil des Laufrades 17 und der stehenden Scheibe 18 · Beim Laufrad 17 gibt es nur einen einzigen Zahnkranz, dessen Zähne die ganze Breite des Durchflussringfeldes ausfüllen. Die öffnungen 19 sind ebenso hoch-, wie die sie bildenden Zähne. Die öffnungen 19 schliessen mit der Umfangsdrehrichtung des Laufrades 17 einen ebensolchen Winkel ein. wie die öffnungen

II auf dem Laufrad 1 bei der Ausführung nach Abb· 1 · Die Öffnungen 21 zwischen den Zähnen 20 der stehenden Scheibe 18 sind ebenso hoch wie die Öffnungen 19 . Die Rieh-

tung der Öffnungen 21 ist ähnlich der Richtung der öffnungen 12 bei der Ausführung nach Abb. 1.

Die Ausführung nach Abb. 5 ist dem Wesen nach identisch mit der nach Abb. 4· , mit der Abweichung, dass hier abwechselnd mehrere Laufräder und stehende Scheiben hintereinander angeordnet sind. Die Breite der Spalte zwischen den Lauf rädern 1? und stehenden Scheiben 18 - und damit auch der Scherungseffekt - kann auch einstellbar ausgebildet werden.

Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemässen Deaaggregationsvorrichtung sind folgende:

Sie ermöglicht nicht die Ausbildung von schädlichen Kavitationen. Auch die Grosse der bei der Durchströmung auftretenden Reibungekräfte wird verringert, was durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Öffnungen bzw. Spalten gesichert wird· Ale Ergebnis beträgt - gemäss den Messungen -der Energiebedarf der Desaggregation, Dispergierung bzw. Scherung nur 27-29% des Energiebedarfs der bekannten Vorrichtungen.

Infolge der Beseitigung der Kavitation erhöht sich bedeutend der Scherungeeffekt und es können kolloide Dispersionen solcher Materialien hergestellt werden, die mit den bisher bekannten Vorrichtungen nicht auf entsprechende Feinheit diapergiert, bzw. zur zu grobkörnigen Dispersionen umgeformt werden konnten·

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass infolge 4er • pumpenartigen Ausgestaltung des Laufradas und der Scheibe die Vorrichtung - neben der Verringerung der Energieaufnahme und einem grösseren Soherungseffekt - auch als Pumpe arbeitet und die kolloide Dispersion unter einem Druck von mehreren Atm fördern kann·

Der Soherungseffekt kann stufenlos geregelt werden dadurch, dass das Laufrad und die Scheibe oder davon mehrere Paare in Achsenrichtung einander gegenüber verschoben werdea können. Die Zahl der aus Laufrad und Scheibe bestehen den Paare kann den gegebenen technologischen Erfordernissen

gemäas gewählt werden. Der Einbau der Paar© hintereinander kann nit relativ geringer Montagearbeit schnell durchgeführt werden· Die Vorrichtung kann neben Desaggregations-, Dispersionsaufgaben auch zur Yorzerkleinerung von grobkörnigen Materialien verwendet «erden.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform der Bestandteile der beispielsweise erläuterten Desaggregations vorrichtungen beschränkt. Werden dieseäxrxshBestandteile ähnlicher Funktion und ähnlicher Wirkung aber mit anderer

ver—

Ausgestaltung ersetzt, ändert sich der Sohutsümfeigi der Erfindung nicht;· So können z.B. das Laufrad imd die Scheibe auch auf die Weise ausgebildet werden, dass beide z.B. einander gegenüber rotieren: das kontinuierliche Übereinstimmen der Durchflussquersohnitte mit der Strömungsgeschwindigkeit kann auch auf ander^^tW/äffifen^ührt werden,

die Gröase des Winkels der Durchflussöffnungen mit der Umfangsdrehrichtung kann abhängig von der Qualität, Viskosität des durchströmenden Materials gewählt und bei den hintereinanderllegenden Laufrad-Scheibe-Paaren entsprechend den gegebenen technologischen Erfordernissen geändert werden, usw.

Schutzansprüche

Claims (4)

Schutzanaprüche

1. Deαaggregationsvorrichtung zur Herstellung von Dispersionen nut hohem Dispersion.sgrad, bei der zur Stoso-Gcherung des zu desaggregierenden, zu di3-. pergierenden Materials ein ir.it ineinandergreifenden, bzw. nebeneinanderlicgenden Zahnkränzen ausgebildetes Laufrad und eine Scheibe dient, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Richtung der Material· strömung vertikalen ringförmigen durchgeströmten Flächen des vom strömenden Material ausgefüllten Raumes zwischen den Zähnen /8, 8a, 9,'9a, 20/ auf den ganzen mit Zähnen ausgefüllten Teil der Vorrichtung praktisch gleich gross sind und dass sich in den Zahnkränzen der Vorrichtung zwischen je zwei benachbarten Zähnen /8, 8a, 9, 9a, 20/ durch diese begrenztes, eine schräge Materialströmung gev/ährleistende öffnungen /11, 12, 19, 21/ befinden, von denen die Öffnungen /11, 12, 19, 21/ in den Zahnkränzen des Laufrades /Il, 19/ in Richtung der Material-Strömung betrachtet mit der Umfangsdrehrientung einen stumpfen Winkel einschliesaen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, dass die zu den Zahnkränzen gerichtete Fläche des Laufrades /17/ und der S_cheibe A8/ zylindrisch ausgebildet ist,

3. Vorrichtung nach . Anbruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegeneinanderliegenden Zahnflächen der ineinandergreifenden Zahnkränze als Kegelflächen ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach " ■ Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der in Richtung der Strömung letzte Zahnkranz auf dem Laufrad /17/ befindet.

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