DE902708C

DE902708C - Machine for the production of finely divided mixtures, dispersions or emulsions

Info

Publication number: DE902708C
Application number: DESCH284A
Authority: DE
Inventors: Herbert V Felde; Ernst Walter Schneider
Original assignee: Supraton Deutsche GmbH
Current assignee: Supraton Deutsche GmbH
Priority date: 1949-11-01
Filing date: 1949-11-01
Publication date: 1954-07-26

Description

Maschine zur Herstellung von feinstzerteilten Mischungen, Dispersionen oder Emulsionen Die Erfindung gebt von Zerltleinerungsmaschinen vom Typ der sogenannten Kolloidmühlen aus, bei dienen das Gut erforderlichenfalls vorzerkleinert und anschließend in einer weiteren Stufe mit in einem innenverzahnten C ; ehäuse umlaufenden, verzahnten Rad feinstzerteilt wird.Machine for the production of finely divided mixtures, dispersions or emulsions The invention gives shredding machines of the so-called type Colloid mills, at which the material is pre-crushed if necessary and then used in a further stage with an internally toothed C; housing circumferential, toothed Wheel is finely divided.

Bei diesen Kolloidmühlen wurden Zahnteilung und das Verhältnis der Zahnbreiten von Läufer uud Gehäuse geregelt und sogar Ultraschallerzeuger in die Maschine eingebaut, um den Feinstzerteilungsgrad zu erhöhen. Diese bekannten. Einc richtungen erfordern jedoch einen erhöhten Betriebsaufwand und geben erfahrungsgemäß keine einheitliche feinstzerteilung. In these colloid mills, the tooth pitch and the ratio of the Tooth widths of rotor and housing regulated and even ultrasonic generators in the Machine built in to increase the degree of fine division. These well-known. Inc directions, however, require an increased operating expense and experience has shown no uniform fine division.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die gröberen Teilchen einer längeren und wiederholten Einwirkung der Zerteiiungskräfte unterliegen müssen, um ihre Teilchengröße auf den gewünschten Mittelwert herabzusetzen. Es ist zwar in der Zerteilungstechnik bereits bekannt, das Gut mehrfach durch eine Zerkleinerungsmaschine hindurchzuschicken. Hierbei werden aber alle Teilchen, also unnötigerweise auch die Teilchen mit bereits vorgeschriebener Teilchengröße, nochmals behandelt, was Zeit und Energie kostet. The invention is based on the knowledge that the coarser particles must be subject to prolonged and repeated exposure to the division forces, in order to reduce their particle size to the desired mean value. It is true Already known in the cutting technology, the material several times through a shredding machine to send through. Here, however, all particles are, therefore unnecessarily too the particles with already prescribed particle size, treated again what It takes time and energy.

Demgegenüber ist die Maschine nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zu einer am Umfang des verzahnten Rades angeordneten ringförmigen Kammer, die ebenso wie der benachbarte Teil des Gehäuses auch mit radialer Verzahnung versehen ist, ein glatte wandiger Raum (Wälzkammer) angeordnet ist, so daß gröbere Teilchen so lange in den beiden Kammern umlaufen können, bis ihre Teilchen größe annähernd die Größe der feinsten austragfah'-igen Teilchen erreicht hat. Auf diese Weise wird das zu zerkleinemde Gut in einmaligem Durchlauf iin den endgültigen Zerteilungszustand gebracht, wobei die gröberen Teilchen im Innern der Feinstzertei lungsstufe einer vielfach häufigeren Behandlung als die feinsten Teilchen unterworfen werden, die alsbald nach Erriechen der gewünschten Teilchengröße die Apparatur verlassen. Hier--durch wird erreicht, daß die Teilchengröße nur innerhalb enger Grenzen schwankt. In contrast, the machine according to the invention is characterized in that in shunt to an annular arranged on the circumference of the toothed wheel Chamber which, like the adjacent part of the housing, also has radial teeth is provided, a smooth walled space (rolling chamber) is arranged so that coarser Particles can circulate in the two chambers until their particles size has reached approximately the size of the finest particles that can be discharged. To this In this way, the material to be shredded becomes the final state of fragmentation in a single pass brought, with the coarser particles in the interior of the fine division one many times more frequent treatment than the finest particles that are subjected Leave the apparatus as soon as you smell the desired particle size. Here - through it is achieved that the particle size fluctuates only within narrow limits.

Die Trennung von gröberen und feinsten Teilchen wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch gefördert, daß die Kammer am Umfang des Rades mit radial innen einmündendem Guteinlaß und mit in Verlängerung des axialen Arbeitsschlitzes liegendem Gutauslaß versehen ist. The separation of coarser and finest particles is further Embodiment of the invention promoted in that the chamber on the circumference of the wheel with product inlet opening radially on the inside and with an extension of the axial working slot is provided lying Gutauslaß.

Da der Strömungswiderstand der dispergierten Teilchen im Dispersionsmedium größenordnungsmäßig dem Haupt, spalt und damit dem Quadrat des Teilchendurchmessers (Kunelform vorausgesetzt) proportional ist, ihre bewegungsenergie aber mit der Masse und damit der dritten; Potenz des Teilchendurchmessers ansteigt, steigt die Bewegungsenergie mit wachsendem Durchmesser der Teilchen schneller als ihr Strömungswiderstand.Because the flow resistance of the dispersed particles in the dispersion medium of the order of magnitude of the main gap and thus the square of the particle diameter (Assuming Kunel form) is proportional, but its kinetic energy is proportional to the mass and with it the third; When the power of the particle diameter increases, the kinetic energy increases with increasing diameter of the particles faster than their flow resistance.

Daher werden gröbere Teilchen sich weniger in eine gekrümmte Bahn, als in Richtung auf den Gutauslaß hin ablenken lassen als feinere und feinste Teilchen, die der Austragsströmung folgen werden, während die gröberen Teilchen im Umbuf zwischen der Kammer am Umfang des Rades und der angrenzend, Wirbelkammer bleiben werden, bis auch sie in feinste Teilchen unterteilt sind.Therefore, coarser particles are less likely to take a curved path, than let it be deflected towards the material outlet than finer and finest particles, which will follow the discharge flow, while the coarser particles in the Umbuf between the chamber on the circumference of the wheel and the adjacent vortex chamber will remain, until they too are divided into the finest particles.

Die stärkste Ablenkung der Austragsströmung und damit die stärkste Scheidung nach Größenklassen findet dann statt, wenn die Kammer am Umfang des Rades in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit einem axial angeordneten Arbeitsschlitz versehen ist. Eine ähnlich günstige Wirkung wird erreicht, wenn diese Kammer auf den Gutauslaß zu im Profil konisch verjüngt ist. The strongest deflection of the discharge flow and therefore the strongest Divorce according to size classes takes place when the chamber is at the circumference of the wheel in a further embodiment of the invention with an axially arranged working slot is provided. A similar beneficial effect is achieved when this chamber is on the Gutauslaß is tapered conically in the profile.

Die Wälzkammer enthält im Gegensatz zur Umfangskammer keine Zerkleinerungs'verkzeuge, wie Nocken, Schläger usw., sondern ist ganz im Gegenteil möglichst strömungsgünstig ausgestaltet, um den Teilchenumlauf zu verbessern. Tatsächlich kann man beobachten, daß nach kurzer Betriebszeit die Wandflächen der Wälzkamrner glatt und wie poliert aussehen, was auf eine intensive Umlaufbewegung des Gutes schließen läßt. Die Teilchenzerteilung findet aber nicht nur im inneren Bereich der Umfangskammer, sondern auch besonders wirkungsvoll in der Grenzone statt, in der das Gut von den Seitenkanten der Rotorzähne wie von einem Flügelrührer in eine axial auf und ab gehende Bewegung versetzt und gleichzeitig zerbrochen u-nd zerhackt wird. im Sinne der Erfindung liegt es fernerhin, die rotierenden Nuten düsenförmig auszubilden, so daß das durch die Düsen strömende Gut rhythmilsch mit schnellem Wechsel und hoher Geschwindigkeit in das Statorkammersystem geblasen wird. An Stelle der Statorkammern können auch Membranen im Stator ruhend angeordnet sien. In contrast to the circumferential chamber, the rolling chamber does not contain any comminution tools, like cams, clubs, etc., but, on the contrary, is as aerodynamic as possible designed to improve particle circulation. In fact one can observe that after a short period of operation the wall surfaces of the rolling chambers are smooth and as if polished look, which suggests an intensive orbital movement of the goods. Particle splitting not only found in the inner area of the circumferential chamber, but also especially effectively in the border zone, in which the material from the side edges of the rotor teeth as if set in an axially up and down motion by a paddle stirrer and is broken and chopped up at the same time. within the meaning of the invention it is furthermore to design the rotating grooves nozzle-shaped, so that the flowing through the nozzles Good rhythmic with quick changes and high speed in the stator chamber system is blown. Instead of the stator chambers, membranes can also be stationary in the stator arranged sien.

Die teilchenosortierung in der Feinstzerteilungseinrichtung wird dadurch verbessert, daß in weiterer Ausbildung der Erfindung der Guteinlaß zu der Umfangskammer als Homognisierspalt für das zerkleinerte Gut ausgebildet ist. Homogenisierspalte als solche sind bei Zerteilungsmaschinen, insbesondere bei Emulgatoren, bereits bekannt. Bei der Erfindung wird feiner die bisher unbeachtete Wirkung eines Homogenisierspaltes ausgenutzt, die Strömung des Gutes zu glätten, so idaß das obenerwähnte verstärkte Behrrungsvermögen der gröberen Teilchen sich durchweg in Strahl. richtung und damit im Sinne der Umlaufbewegung auswirkt. Diese Wirkung wird noch dadurch wesentlich erhöht, daß sich der Homogenisierspalt radial weit außen befindet und daher trotz geringer Höhe eine sehr große Leitfläche aufweist. Particle sorting in the fine granulator is improved by the fact that in a further embodiment of the invention, the inlet to the material Circumferential chamber is designed as a homogenizing gap for the comminuted material. Homogenizing gap as such are already used in dividing machines, in particular in the case of emulsifiers known. In the invention, the previously neglected effect of a homogenizing gap becomes finer exploited to smooth the flow of the good, so that the above-mentioned intensified The refinement of the coarser particles is consistently reflected in the beam. direction and with it in the sense of the orbital movement. This effect becomes even more essential increased that the homogenizing gap is located radially far outside and therefore despite low height has a very large guide surface.

Der grundsätzliche Erfindungsgedanke der wiederholten Bearbeitung vor allem gröberer Teilchen läßt sich auch in der Vorzerkleinerungsstufe der Maschine anwenden, indem gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung im Zuführungsweg des vorzerkleinerten Gutes ein weiterer Raum ohne Zerkleirerungswerkzeuge (zweite Wirbelkammer) angeordnet ist, in dem grobe Teilchen so lange aufgehalten bzw. zurückbefördert werden, bis ihre Teilchengröße annähernd die Größe der feinsten vorzerkleinerten Teilchen erreicht hat. Diese Wirbelkammer verringert also die Sortier- rund weiterhin die Zerteilungsarbeit der Feinstzerteilungsvorrichtung und wirkt gleichzeitig ausgleichend- auf den Gutdurchszatz, insbesondere im Falle unregelmäßiger Gutaufgabe oder ungLeichartigen Gutes. The basic inventive idea of repeated processing Coarser particles in particular can also be used in the pre-shredding stage of the machine apply by according to a further embodiment of the invention in the feed path of the pre-shredded Good another room without grinding tools (second vortex chamber) arranged is in which coarse particles are held up or transported back until their particle size approximates the size of the finest pre-comminuted particles Has. This vortex chamber thus further reduces the sorting work and the division work the finest dividing device and at the same time has a balancing effect on the material throughput, especially in the case of irregular feed or uneven goods.

Im Sinne der Erfindung liegt es auch, zwecks weiterer Entlastung der Fleinstzerteilungsvorrichtung zwischen Homogenisierspalt und zweit.er Wirbelkammer eine zusätzliche Vorzerkleinerungsvorrichtung an sich bekannter Art, beispielsweise vom Typ der Zahnkranzmüh'len, anzuordnen. Eine besondere Ausf2hrungsform einer solchen Vorzerkleinerungsvorrichtung besteht aus einer Mehrzahl von Schernockensätzen, die in konzentrischer Aufeinanderfolge abwechselnd am Rotor und Stator angeordnet sind. In einer solchen Vorrichtung unterliegt das Zerkleinerungsgut einer Vielzahl verschiedener mechanischer Einflüsse: Durch die Zentrifugalkraft wird es zunächst radial auswärts bewegt und prallt dabei auf die Stirnkanten der Statorzähne auf. Gleichzeitig wird es durch die Rotorzähne tangential verschoben, so daß es in den Scherbereich der Nocken gerät und wie in einer Häckselmaschine zerkleinert wird. Gleichzeitig wird es in den Zahnzwischenräumen herumgewirbelt und zum Teil durch Aufpralen der Teilchen aufeinander zertrümmert. It is also within the meaning of the invention for the purpose of further relief the finest dividing device between the homogenizing gap and the second vortex chamber an additional pre-shredding device of a known type, for example of the type of gear wheel mills to be arranged. A special embodiment of such The pre-shredding device consists of a plurality of sets of shear cams, the are arranged alternately in concentric succession on the rotor and stator. In such a device, the material to be crushed is subject to a multitude of different ones mechanical influences: Due to the centrifugal force, it is initially radially outwards moves and hits the front edges of the stator teeth. At the same time will it is moved tangentially by the rotor teeth so that it is in the shear range of the Cam device and how it is shredded in a chopping machine. At the same time will it is whirled around in the interdental spaces and in part by the particles striking it smashed on top of each other.

Diese Wirkungen werden gefördert, wenn die Nockensätze in einem von der axialen Einfüllöffnung zum Homogenisierspalt am Rande des Rades sich verjüngenden Raum angeordnet sind und wenn fernerhin die Anzahl der zu einem Satz gehörenden Nocken radial nach außen zunimmt. These effects are promoted when the cam sets are in one of the axial filling opening tapering towards the homogenizing gap at the edge of the wheel Space are arranged and if further the number of to one Set belonging cam increases radially outward.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen von Feinstzertei. lungsmasch, inen flach der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. I einen Längsschmtt durch einen Teil einer Ausführungsform, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor längs der Linie A-B der Fig. mit Schnitt durch den Statorrang, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweitens Ausführungsform, Fig. 4 einen Teilquerschnitt längs der Linie C-D der Fig. 3, Fig. 5 einen Teilquerschnitt längs der Linie E-F der Fig. 3, Fig. 6 eine Teildraufsqcht auf den Rotor längs der Linie G-H der Fig. 3 mit Schnitt durch den Statorrand. In the drawing are two embodiments of Feinstzertei. lungsmasch, Inen flat of the invention shown schematically. It shows Fig. I a longitudinal schmtt through part of an embodiment, Fig. 2 is a longitudinal plan view of the rotor the line A-B of the figure with a section through the stator section, Fig. 3 is a longitudinal section through part of a second embodiment, FIG. 4 is a partial longitudinal cross-section the line C-D of FIG. 3, FIG. 5 shows a partial cross section along the line E-F of FIG. 3, 6 a partial plan view of the rotor along the line G-H of FIG. 3 with section through the stator edge.

Beide Ausführungsformen der Feinstzerteilungsvorrichtung haben den allgemeinen Aufbau einer Kolloidmühle, bei der ein motorbetriebener Rotor I in einem Gehäuse 2 (Stator) umläuft. Zur Gutzuführung dient der axial angeordnete Einfülltrichter 3. Both embodiments of the fine dividing device have the general structure of a colloid mill, in which a motor-driven rotor I in a Housing 2 (stator) rotates. The axially arranged filling funnel is used to feed the material 3.

Bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. I und 2 sind am Rotor I drei konzentrische, durch ringförmige Lücken voneinander getrennte Sätze von Schernocken 4 angeordnet. Am Stator 2 sind entsprechende Schernockensätze 5 derart angeordnet, daß sie in die Lücken der Rotornockensätze 4 eingreifen. Die Anzahl der Nocken in den einzelnen Sätzen nimmt in Richtung von innen nach außen hin zu, während andererseits das Profil des mit den Nockensätzen besetzten Arbeitsraumes sich in gleicher Richtung verjüngt. Der Arbeitsraum setzt sich in einem schmalen Spalt 6 fort. In the embodiment of a colloid mill according to FIGS. I and 2 are on rotor I three concentric sets separated from one another by annular gaps arranged by shear cams 4. Corresponding shear cam sets 5 are located on the stator 2 arranged in such a way that they engage in the gaps in the rotor cam sets 4. the The number of cams in each set increases in a direction from the inside out towards, while on the other hand the profile of the working area occupied by the cam sets tapers in the same direction. The work space is in a narrow one Gap 6 continued.

Bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. 3 bis 6 sind im Stator 2 im Querschnitt halbkreisförmige Räume 11 ausgespart und im Rotor I entsprechende, im Querschnitt halbkreisförmige Räume I2 (Wirbelkammern). Den Wirbelkammern folgt der Abscheiderkanal I3, der in den schmalen Spalt 6 einmündet. In the embodiment of a colloid mill according to FIGS. 3 to 6 are in the stator 2 in cross-section semicircular spaces 11 are recessed and in the rotor I corresponding, Spaces I2 semicircular in cross-section (vortex chambers). The vortex chambers follows the separator channel I3, which opens into the narrow gap 6.

Bei beiden Ausführungsformen schließt sich an den Spalt 6, der als Homogenisier-und Leitspalt im obenerwähnten Sinne wirkt, dieFeinstzerteilungsvorrichtung in Form einer Kammer an, die in ihrem unteren, vorstehend als Umfangskammer bezeichneten Teil mit zwei koaxialen Zahnkranzsätzen besetzt ist, von denen der eine Satz 7 am Rotor und der andere Satz 8 am Stator angeordnet ist, während der obere, vorstehend als Wälzkammer bezeichnete Teil 9 keine Zahnung aufweist. Der Boden der Umfangskammer ist im Profil doppelkonisch ausgebildet und trägt an seiner tiefsten Stelle (Kegelspitze) den axialen Austragspalt 10. der gleichzeitig ebenfalls als Homogenisierspalt wirkt. In both embodiments, the gap 6, which is used as The homogenizing and guide gap in the above-mentioned sense is the fine-graining device in the form of a chamber, the lower one referred to above as the peripheral chamber Part is occupied with two coaxial ring gear sets, one of which is set 7 am Rotor and the other set 8 is arranged on the stator, while the upper one, protruding Part 9 referred to as the rolling chamber has no teeth. The bottom of the peripheral chamber is double-conical in profile and carries at its deepest point (cone tip) the axial discharge gap 10, which also acts as a homogenizing gap at the same time.

Die Wirkungsweise dieser Maschine ist folgende: Das bei umlaufendem Motor in den Einfülltrichter 3 geschüttete Gut gerät unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. I und 2 in den Bereich der Schernockensätze 4 und 5, in denen es in obenbeschriebener Weise mit zunehmender Teilchenfeinheit zerrissen, zerhackt, zerrieben und zerstoßen wird. Die keilförmige Ausgestaltung des Arbeitsraumes bewirkt dabei eine Grdhsortierung nach Teilchengrößen, so daß nur feinzerteiltes Gut in den Leit-und Homogenisierspalt 6 gelangen und in ihm weitergefördert werden kann. The mode of operation of this machine is as follows: The rotating Motor poured into the hopper 3 comes under the influence of centrifugal force in the embodiment of a colloid mill according to FIGS. I and 2 in the area of Shear cam sets 4 and 5, in which it is in the manner described above with increasing Particle fineness is torn, chopped, ground and crushed. The wedge-shaped The design of the working area results in sorting according to particle size, so that only finely divided material get into the guide and homogenizing gap 6 and into can be further promoted to him.

Bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. 3 bis 6 wird das Gut ebenfalls unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft den Wirbelkammern II, 12 zugeführt und in diesen vorzerkleinert, bis es größenmäßig den Abscheiderkanal I3 passieren kann, durch den es dem Leit- und Homogenisierspalt 6 zugeführt wird. In the embodiment of a colloid mill according to FIGS. 3 to 6 the material also under the influence of centrifugal force the vortex chambers II, 12 and pre-crushed in this until it reaches the separator channel I3 can happen through which it is fed to the guide and homogenizing gap 6.

Die Betriebsbedingungen der Maschine können so gewählt werden, daß die in den Kammern der Feinstzerteilungsvorrichtung auftretenden Erscheinungen, insbesondere die Praliwirkung der Gutteilchen aufeinander, mit Ultraschallfrequenz vor sich gehen. The operating conditions of the machine can be chosen so that the phenomena occurring in the chambers of the finely divided device, in particular the impact of the good particles on one another, with an ultrasonic frequency going on.

Das ist aber etwas anderes als die Einführung von Ultraschall durch besondere Ultraschallschwinger bei der eingangs erwähnten bekannten Kolloidmühle.But this is different from the introduction of ultrasound special ultrasonic vibrators in the known colloid mill mentioned at the beginning.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Machine for the production of finely divided Mixtures, dispersions or emulsions in which the material is first pre-shredded and in a further step on the edge of a mill housing with internal teeth, also toothed wheel is finely divided, characterized in that in the shunt for the second grinding stage (circumferential chamber 7, 8) a non-toothed, smooth-walled space (Rolling chamber g) is arranged so that coarser particles so long in the two chambers can circulate until their particle size is approximately the size of the finest dischargeable Particle has reached.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the peripheral chamber (7, 8) with material inlet opening radially on the inside and with in extension of the axial Working slot beginning Gutauslaß (IO) is provided.

3. Machine according to claim 1, characterized in that the peripheral chamber (7, 8) is tapered to the Gutauslaß (IO).

4. Machine according to claim 1, characterized in that the Guteirllaß is designed nozzle-shaped for the fine comminution stage.

5. Machine according to claim 1, characterized in that the internally toothed Housing (stator 2) membranes are arranged.

6. Machine according to claim 4, characterized in that the material inlet is designed as a homogenizing gap (6) for the pre-shredded material.

7. Machine according to claim 1, characterized in that in the feed path of the pre-shredded material another room without Grinding teeth (Second vortex chamber I I, I2) is arranged.

8. Machine according to claim 1, characterized in that between Homogenizing gap (6) and second vortex chamber (II, I2) an additional pre-shredding device is arranged in a known manner.

9. Machine according to claims I to 8, characterized in that that the pre-shredding device consists of a plurality of sets of shear cams (4, 5), which alternate in concentric succession on the rotor (1) and Stator (2) are arranged.

Io. Machine according to Claim 9, characterized in that the sets of cams (4, 5) in one of the axial filling opening (3) to the homogenizing gap (6) on the Edge tapered space are arranged.

11. Machine according to claim 9, characterized in that the number the cam belonging to a set increases radially outward.

Attached publications: German patent specifications No. 426 752, 709 704, 682 490.