DE9017338U1 - Flow vessel for a disintegrator - Google Patents
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Description
Durchflußgefäß für einen DesintegratorFlow vessel for a disintegrator
Die Erfindung betrifft ein Durchflußgefäß für einen Desintegrator.The invention relates to a flow vessel for a disintegrator.
Desintegratoren dienen beispielsweise imDisintegrators are used, for example, in
medizinischen Bereich für den Aufschluß von Zellen, von Bakterien und von Pilzen und im industriellen Bereich für die Abwasserhomogenisierung, die Herstellung von Emulsionen, die Pulverdispergierung in Flüssigkeiten oder auch für die Dispersionmedical sector for the disruption of cells, bacteria and fungi and in the industrial sector for wastewater homogenization, the production of emulsions, the dispersion of powder in liquids or for the dispersion
von Agglomeraten in der Biologie. Dabei wird ein Durchflußge.fäß verwendet, in das eine als Ultraschallwandler ausgebildete Sonotrode eintaucht, wobei das zu bearbeitende Medium durch das Durchflußgefäß strömt. Die Sonotrode wirdof agglomerates in biology. A flow vessel is used into which a sonotrode designed as an ultrasonic transducer is immersed, whereby the medium to be processed flows through the flow vessel. The sonotrode is
durch einen Schallwandler, der mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist, zu hochfrequenten Schwingungen angeregt. Die Stellung der Sonotrode in dem Durchflußgefäß muß üblicherweise zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades und einesby a sound transducer connected to a high frequency generator, to high frequency vibrations. The position of the sonotrode in the flow vessel must usually be adjusted to achieve good efficiency and
Maximums an Energie justiert werden, derart, daßMaximum energy can be adjusted so that
bestimmte Abstände zwischen dem Sonotrodenende und einer diesem gegenüberliegenden Prallplattecertain distances between the sonotrode end and an opposite impact plate
eingehalten werden.
5be respected.
5
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußgefäß für einen Desintegrator zu schaffen, das eine Steuerung des Wirkungsgrades ermöglicht und dem zu bearbeitenden Medium ein Maximum an Energie zuführt.The invention is based on the object of creating a flow vessel for a disintegrator, which enables control of the efficiency and supplies the medium to be processed with a maximum of energy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, daß ein dem Ende der Sonotrode gegenüberliegender Durchflußstutzen mit Prallplatte vorThis object is achieved according to the invention by the characterizing features of the main claim. Due to the fact that a flow nozzle with a baffle plate opposite the end of the sonotrode is
gesehen ist, der in der Höhe einstellbar ist, ist es möglich, den Wirkungsgrad zu steuern und darüber hinaus den Raum zwischen der Sonotrode und der gegenüberliegenden Prallplatte derart zu begrenzen, daß ein Maximum an Energie an daswhich is adjustable in height, it is possible to control the efficiency and, in addition, to limit the space between the sonotrode and the opposite impact plate in such a way that a maximum of energy is delivered to the
zu bearbeitende Medium abgegeben werden kann. Somit ist eine Einstellung auch bei veränderter Sonotrode in einfacher Weise möglich.the medium to be processed. This makes adjustment easy even if the sonotrode is changed.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenenBy the means specified in the subclaims
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß aufgrund der Einschnitte im Befestigungsbereich der Sonotrode mit dem Gehäuse eine schwingungstechnische Abkopplung der SchwingungenAdvantageous further developments and improvements are possible through these measures. It is particularly advantageous that, due to the cuts in the area where the sonotrode is attached to the housing, the vibrations are decoupled
vom Gehäuse ermöglicht wird. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, daß sowohl das Ende der Sonotrode als auch die Prallplatte mit einer Kavitationsschutzschicht aus polykristallinem Diamant ver- sehen sind, da dann die Kavitationsschäden erheblichfrom the housing. It is also particularly advantageous that both the end of the sonotrode and the impact plate are provided with a cavitation protection layer made of polycrystalline diamond, as this significantly reduces cavitation damage.
verringert werden. Auf diese Weise können DesIn this way, the
integratoren optimal eingesetzt werden, da die Sonotroden weniger häufig ausgewechselt werden müssen und große Leistungen erzielt werden können, wobei in verbesserter Weiseintegrators, as the sonotrodes need to be replaced less frequently and high performance can be achieved, with improved
kontinuierliche Verfahren zur Bearbeitung der unterschiedlichen Medien eingesetzt werden können.continuous processes can be used to process the different media.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in derEmbodiments of the invention are described in
Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Drawing and are explained in more detail in the following description. Shown are:
Fig. 1 eine Vorrichtung in BlockdarstellungFig. 1 a device in block diagram
zur Bearbeitung einer Flüssigkeit, zum Beispiel zur Stabilisierung einer Dispersion unter Verwendung eines ein Durchflußgefäß gemäß der Erfindung erweisenden Desfor processing a liquid, for example for stabilizing a dispersion using a design that provides a flow vessel according to the invention
integrators ,integrators,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Durchflußgefäßes, Fig. 2 a section through an embodiment of a flow vessel,
Fig. 3 eine Aufsicht auf den oberen TeilFig. 3 a top view of the upper part
des Gehäuses des Gefäßes mit dem Schnittverlauf für die Einschnitte,of the vessel casing with the cutting line for the incisions,
Fig. 4 die Seitenansicht auf den oberenFig. 4 the side view of the upper
Teil des Gehäuses gemäß Fig. 3 mit Einschnitten für die Schwingungsentkopplung, Part of the housing as shown in Fig. 3 with cutouts for vibration decoupling,
7
Fig. 5 einen Teilschnitt durch die7
Fig. 5 a partial section through the
im erfindungsgemäßen Durchflußgefäß verwendeten Sonotrode,Sonotrode used in the flow vessel according to the invention,
Fig. 6 einen Teilschnitt eines zweitenFig. 6 a partial section of a second
Ausführungsbeispiels einer im erfindungsgemäßen Durchflußgefäß verwendeten Sonotrode, undEmbodiment of a sonotrode used in the flow vessel according to the invention, and
Fig. 7 einen Teilschnitt durch einFig. 7 a partial section through a
drittes Ausführungsbeispiel· der im erfindungsgemäßen Durchflußgefäß verwendeten Sonotrode.Third embodiment of the sonotrode used in the flow vessel according to the invention.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäßeDurchflußgefäßIn Fig. 1 the flow vessel according to the invention is
dargestellt,shown,
wobei eine Sonotrode 3 in das Durchfiußgefäß l· eintaucht. Das Durchfiußgefäß 1 ist über eine Zufl·ußl·eitung 4 und ein von einem Mikroprozessor gesteuertes Ventil· 6 mit einem Vorratsbehälterwhereby a sonotrode 3 is immersed in the flow vessel 1. The flow vessel 1 is connected to a storage container via an inflow line 4 and a valve 6 controlled by a microprocessor
verbunden. Eine Abfl·ußl·eitung 8 führt vom Durchflußgefäß l· in einen Sammelbehälter 9. Weiterhin ist eine Kühiumlaufl·eitung 10 mit dem Durchflußgefäß verbunden, die zur Kühiung desselben dient. Ein von einem Hochfrequenzgenerator 11 versorgterconnected. A drain line 8 leads from the flow vessel l into a collecting tank 9. Furthermore, a cooling circulation line 10 is connected to the flow vessel, which serves to cool it. A high frequency generator 11 supplies
Schal·l·wandl·er l·2 erzeugt die Schwingungen, die über ein Stufenhorn 13 auf die Sonotrode 3 übertragen werden, die sie ais axiaie Schwingungen an das das Durchflußgefäß l· durchströmende Medium abgibt.Sound transducer 12 generates the vibrations which are transmitted via a step horn 13 to the sonotrode 3, which transmits them as axial vibrations to the medium flowing through the flow vessel 1.
Im Vorratsbehälter 7 ist beispieisweise eine Emulsion enthalten, die stabilisiert werden soll. Der Mikroprozessor 5 steuert über das Ventil 6 die Durchflußmenge, wobei die Emulsion über die Zufluß-For example, the storage container 7 contains an emulsion that is to be stabilized. The microprocessor 5 controls the flow rate via the valve 6, whereby the emulsion is fed via the inflow
leitung 4 in das Durchflußgefäß 1 gelangt.line 4 into the flow vessel 1.
In dem Bereich unterhalb der Sonotrode 3 werden aufgrund der Druckwellen die Phasen der Emulsion homogenisiert und nach der Behandlung gelangt die bearbeitete Emulsion über die AbflußleitungIn the area below the sonotrode 3, the phases of the emulsion are homogenized due to the pressure waves and after treatment, the processed emulsion is discharged via the drain line
8 in den Sammelbehälter 9. Der Durchfluß kann kontinuierlich oder auch diskontinuierlich von dem Mikroprozessor 5 gesteuert werden, wobei aber eine stetige Bearbeitung durchgeführt wird.8 into the collection container 9. The flow can be controlled continuously or discontinuously by the microprocessor 5, whereby, however, continuous processing is carried out.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Durchflußgefäß 1 dargestellt. Das Gehäuse 14 des Durchflußgefäßes 1 besteht aus einem Mantel 15 und einem mit dem Mantel 15 verbundenen Rohr 16, wobei der Mantel an den Befestigungsstellen mit dem Rohr 16 VorFig. 2 shows a section through the flow vessel 1. The housing 14 of the flow vessel 1 consists of a jacket 15 and a pipe 16 connected to the jacket 15, the jacket being connected to the pipe 16 at the fastening points.
sprünge aufweist, derart, daß zwischen Mantel 15 und Rohr 16 ein Ringspalt 17 entsteht. Das Rohrcracks, such that an annular gap 17 is formed between the casing 15 and the tube 16. The tube
16 weist einen Zulauf 18 und einen Ablauf 19 auf, die mit der Kühlleitung 10 und mit dem Ringspalt 17 in Verbindung stehen, so daß das Kühlmedium16 has an inlet 18 and an outlet 19, which are connected to the cooling line 10 and to the annular gap 17, so that the cooling medium
den Mantel 15 des Durchflußgefäßes 1 im Ringspaltthe jacket 15 of the flow vessel 1 in the annular gap
17 umströmen kann. In das obere Ende des Gehäuses 14 ist die mit dem Stufenhorn 13 eine Einheit bildende stabförmige Sonotrode 3 eingesetzt und über ein Gewinde 20 mit dem Gehäuse verschraubt.17 can flow around. The rod-shaped sonotrode 3, which forms a unit with the step horn 13, is inserted into the upper end of the housing 14 and is screwed to the housing via a thread 20.
Von unten her ist ein Durchflußstutzen 21 in den Mantel 15 eingeschraubt, wobei Dichtungen 22 zum Abdichten zwischen Mantel 15 und Durchflußstutzen 21 als Ringdichtungen vorgesehen sind. Der Durchflußstutzen 21 weist eine mittlere Bohrung 23A flow nozzle 21 is screwed into the casing 15 from below, with seals 22 provided as ring seals for sealing between the casing 15 and the flow nozzle 21. The flow nozzle 21 has a central bore 23
auf, die mit der Zuflußleitung 4 in Verbindung steht. Im oberen Bereich des Durchflußstutzens 21 ist eine Prallplatte 24 eingesetzt, die eine mittlere Bohrung 25 aufweist und dem Ende der Sonotrode 3 gegenüberliegt.which is connected to the inflow line 4. In the upper area of the flow nozzle 21, a baffle plate 24 is inserted, which has a central bore 25 and is located opposite the end of the sonotrode 3.
Der Durchflußstutzen 21 ist in der Höhe verstellbar,The flow nozzle 21 is adjustable in height,
d.h. er kann mehr oder weniger weit in das Gehäuse, d.h. den Mantel, eingeschraubt werden. Auf diese Weise kann die Entfernung zu dem Ende der Sonotrode 3 eingestellt werden, und zwar in der Weise, daß ein Maximum an Energie an die durch die Bohrung 23 in den im Gehäuse gebildeten Hohlraum 2 6 abgegeben werden kann. Dabei liegt der Bearbeitungsbereich des Mediums zwischen Sonotrode 3 und Prallplatte 24. Ein Abflußstutzen 27 stehti.e. it can be screwed more or less far into the housing, i.e. the casing. In this way, the distance to the end of the sonotrode 3 can be adjusted in such a way that a maximum of energy can be delivered to the cavity 26 formed in the housing through the bore 23. The processing area of the medium lies between the sonotrode 3 and the impact plate 24. A drain connection 27 is provided
mit der Abflußleitung 8 in Verbindung.with the drain line 8.
Damit das Stufenhorn 13 keine Schwingungen an den Mantel 14 des Gehäuses überträgt, sind gemäß Fig. 3 und 4 Maßnahmen für die SchwingungsentTo ensure that the standard horn 13 does not transmit vibrations to the casing 14 of the housing, measures for vibration reduction are required as shown in Fig. 3 and 4.
kopplung vorgesehen. Die zwei Figuren beziehen sich auf den oberen Bereich des Mantels 15, in den das Stufenhorn 13 mit der Sonotrode eingeschraubt ist. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Mantel 15 mit Einschnitten 28, 29 in unterschiedcoupling is provided. The two figures refer to the upper area of the casing 15, into which the step horn 13 with the sonotrode is screwed. In Fig. 4 it can be seen that the casing 15 is provided with incisions 28, 29 in different
lichen Höhe versehen ist. In Fig. 3 ist der Schnittverlauf der Sägescheiben für die Einschnitte 28, 29 in den unterschiedlichen Höhen dargestellt.height. Fig. 3 shows the cutting path of the saw disks for the cuts 28, 29 at the different heights.
Die Sonotrode 3 und das Stufenhorn 13 bestehenThe sonotrode 3 and the standard horn 13 consist
vorzugsweise aus Titan oder ein Titanlegierung, wobei das Ende der Sonotrode eine Kavitationsschutzschicht 30 aufweist. Diese Kavitationsschutzschicht ist näher in mehreren Ausführungsbeispielen in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellt. In das Endepreferably made of titanium or a titanium alloy, the end of the sonotrode having a cavitation protection layer 30. This cavitation protection layer is shown in more detail in several embodiments in Figs. 5, 6 and 7. In the end
der Sonotrode 3 ist eine Sackbohrung 31 mit einem Gewinde eingearbeitet, in das der Gewindestutzen 32 eines Tellers 33 eingeschraubt ist. Dabei wird zwischen Ende der Sonotrode 3 und Teller 3 3 eine organische Folie oder organische Schicht oder einethe sonotrode 3 has a blind hole 31 with a thread, into which the threaded socket 32 of a plate 33 is screwed. An organic film or organic layer or a
duktile Metallfolie eingebracht, die als DämpfungsDuctile metal foil is inserted, which acts as a damping
schicht 34 zur Dämpfung radialer Schwingungen dient. Es hat sich gezeigt, daß die Ankopplung verschiedener Materialpaarungen, beispielsweise Titan und Stahl, aus dem vorzugsweise der Tellerlayer 34 serves to dampen radial vibrations. It has been shown that the coupling of different material pairs, for example titanium and steel, from which the plate is preferably made
besteht, durch Verschrauben bei großen Amplituden und Leistungsdichten, wie sie in Desintegratoren auftreten, Schwierigkeiten bereiten. Bei Anregung der Sonotrode 3 entstehen sowohl axiale Schwingungen als auch radial verlaufende Dehnungswellen, dieexists, can cause difficulties when screwed together at high amplitudes and power densities, as occur in disintegrators. When the sonotrode 3 is excited, both axial vibrations and radial strain waves are generated, which
aufgrund der unterschiedlichen Materialien unterschiedlich groß sind. Dadurch entstehen zwischen den verschraubten Flächen Reibungen, die zu Abrieb und zur Schwingungsabkopplung von Sonotrode 3 und angeschraubtem Teller 33 führen. Aufgrund derare of different sizes due to the different materials. This creates friction between the screwed surfaces, which leads to abrasion and the vibration decoupling of the sonotrode 3 and the screwed-on plate 33. Due to the
zwischen Sonotrode 3 und Teller 33 angeordneten Dämpfungsschicht 34 werden die radialen Wellen gedämpft, während die axialen Schwingungen ohne Beeinträchtigung auf den Teller 33 übertragen werden. Die Dämpfungsschicht 34 hat vorzugsweiseThe damping layer 34 arranged between the sonotrode 3 and the plate 33 dampens the radial waves, while the axial vibrations are transmitted to the plate 33 without impairment. The damping layer 34 preferably has
eine Dicke von ca. 25 bis 75 &mgr;&idiagr;&eegr;.a thickness of approximately 25 to 75 μm.
Auf dem Teller 33 ist mittels Hartlot 35, das eine Schmelztemperatur von < 750 C aufweist, unter Zwischenschaltung eines Trägers 36 die KavitationsOn the plate 33, the cavitation is prevented by means of brazing material 35, which has a melting temperature of < 750 C, with the interposition of a carrier 36.
schutzschicht 30 aufgebracht, die aus polykristallinen! Diamant besteht, der auf dem Träger 36 aufgesintert ist.protective layer 30 is applied, which consists of polycrystalline diamond sintered onto the carrier 36.
In Fig. 6 ist die Kavitationsschutzschicht 30In Fig. 6, the cavitation protection layer 30
aus polykristallinem Diamant mit dem Träger 36 aus Hartmetall direkt mit dem Ende der Sonotrode verlötet, wobei der Lötvorgang unter Vakuum oder Schutzgas über ein mit dem Titan verbundenes Hartlot 37, das eine Schmelztemperatur von>800° Cmade of polycrystalline diamond with the carrier 36 made of hard metal directly to the end of the sonotrode, whereby the soldering process is carried out under vacuum or inert gas via a hard solder 37 connected to the titanium, which has a melting temperature of> 800° C
aufweist, und ein darauf aufgebrachtes Hartlotand a brazing solder applied thereto
38, das eine Schmelztemperatur von < 750 C aufweist, durchgeführt wird.38, which has a melting temperature of < 750 C.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt,Fig. 7 shows an embodiment,
das insbesondere für kleine Durchmesser der Sonotrode 3, vorzugsweise für Durchmesser von 1 mm bis 3 mm geeignet ist. In das Ende der Sonotrode 3 wird eine Sackbohrung 39 eingebracht und darüber hinaus wird eine sehr kleine Querwhich is particularly suitable for small diameters of the sonotrode 3, preferably for diameters of 1 mm to 3 mm. A blind hole 39 is made in the end of the sonotrode 3 and in addition a very small transverse
bohrung 40, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 0,3 mm vorgesehen, die mit der Sackbohrung 39 in Verbindung steht. In die Sackbohrung 39 wird Kleber, vorzugsweise Epoxydharz eingebracht und der Träger 36 mit der Kavitationshole 40, for example with a diameter of 0.1 mm to 0.3 mm, which is connected to the blind hole 39. Adhesive, preferably epoxy resin, is introduced into the blind hole 39 and the carrier 36 is connected to the cavitation
schutzschicht 30 aus polykristallinem Diamant wird in die mit Epoxydharz gefüllte Bohrung eingepreßt. Der überflüssige Kleber 41 wird dabei in die Querbohrung 40 gedrückt und läuft gegebenenfalls ab. Die stehengebliebene Wandung 42 derprotective layer 30 made of polycrystalline diamond is pressed into the hole filled with epoxy resin. The excess adhesive 41 is pressed into the cross hole 40 and runs off if necessary. The remaining wall 42 of the
Sonotrode 3 erhält eine Sicke, die in eine in das Hartmetall 36 eingebrachte Nut formschlüssig eingreift. Da der Rand der Sonotrode 3 physikalisch bedingt kavitationsfrei bleibt, treten dort keine Verschleißerscheinungen auf.Sonotrode 3 has a bead that engages positively in a groove made in the hard metal 36. Since the edge of the sonotrode 3 remains cavitation-free for physical reasons, no signs of wear occur there.
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen als Durchflußstutzen (21)Sonotrode, which is coupled to a sound transducer and transmits its vibrations to the medium,
characterized in that the nozzle is designed as a flow nozzle (21)
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