EP0436462B1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen kinematischen Hochfrequenzbehandlung eines Stoffes und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen kinematischen Hochfrequenzbehandlung eines Stoffes und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung Download PDF

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EP0436462B1
EP0436462B1 EP90810012A EP90810012A EP0436462B1 EP 0436462 B1 EP0436462 B1 EP 0436462B1 EP 90810012 A EP90810012 A EP 90810012A EP 90810012 A EP90810012 A EP 90810012A EP 0436462 B1 EP0436462 B1 EP 0436462B1
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comminution
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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    • B02C18/00—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments
    • B02C18/06—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with rotating knives
    • B02C18/062—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with rotating knives with rotor elements extending axially in close radial proximity of a concentrically arranged slotted or perforated ring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/83—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations comprising a supplementary stirring element
    • B01F31/831—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations comprising a supplementary stirring element the vibrations being generated by the rotation of the stirring element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/22—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with intermeshing pins ; Pin Disk Mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C18/00—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments
    • B02C18/06—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with rotating knives
    • B02C18/16—Details

Definitions

  • the present invention relates to a device for the continuous kinematic high-frequency treatment of a substance or mixture of substances in the form of a cylindrical arrangement of at least two comminuting organ rings, which are seated on holders, enclosing, rotatable in opposite directions relative to one another, and a method for producing this device.
  • a device for example from CH-A-604 894 and is based on a method and device for continuous kinematic high-frequency treatment of a substance or mixture of substances developed by Professor Willems and described in numerous patents. On the basis of these patents, a number of laboratory devices have been developed which are sold by the applicant.
  • a similar device is also described in GB-A-806,085, the peculiarities of which are the close arrangement of the surfaces or teeth which pass each other and the constant number of teeth arranged in rings in each of these rings.
  • These devices consist of a stator and a rotor rotating therein, the stator generally having slots and the rotor in some cases consisting of two blades provided with a cutting edge or can also consist of a comminution organ ring.
  • the slots are milled in, the slot width being relatively large due to this processing method.
  • the slot width is as small as possible, but the manufacture of such narrow slots by conventional mechanical means is either very difficult to carry out or involves high costs or is not possible at all and then there is great risk that individual teeth break off due to vibrations, which can destroy the entire device.
  • the risk of vibration could be reduced by using rounded cutters, their wedge effect means that only relatively wide slots of can be milled much more than 1 mm.
  • FIG. 1 and 2 show the stator 2 fastened to the housing 1 and the rotor 3 lying above it in FIG. 1 and rotating therein.
  • the stator holder 2 has a two-part holder 4, 5, on which the comminution member rings 6, 7 are arranged.
  • the rotor also has a two-part holder 8, 9 to which the comminution member rings 10, 11 are attached.
  • the two holder pieces 4, 5 are connected to one another via the schematically illustrated weld seam 12.
  • the separate production and processing of the holder pieces with the comminution organ rings is particularly advantageous if the comminution organ rings have teeth or slots of different numbers and sizes.
  • the slots 15 on the inner comminution member 5 of the stator will also be produced by means of the laser device, these also being closed towards the free end. After making the slots, the two holder pieces are welded together.
  • the production of such slits by means of a CO2 laser also has the advantage that the edges or the narrow sides 16 of the slits have a rectangular profile, as a result of which a perfect flow is ensured.
  • the rotor holder also consists of two holder pieces 8, 9, on which the comminution member rings 10, 11 are arranged.
  • the production of the slots 17 of the outer comminution member ring 10 by means of a laser is also required, these slots also being closed towards the free end.
  • the innermost ring 11 of the rotor and thus the device serves on the one hand for a rough pre-comminution and also exerts a pumping effect. Therefore, this innermost ring has relatively coarse teeth 18 which are open towards the free end, with gaps 19 in between, which have a direction deviating from the radial direction. These teeth are made as previously known. After the slots or teeth have been made on the comminution member rings, these or their holder pieces 8, 9 are welded together, as is shown schematically on the weld seam 20.
  • the holder 4, 5 of the stator is connected in a known manner via seals 21 to the lower housing part 1, to which an inflow pipe 22 and an outflow pipe 23 are fastened.
  • the direction of flow of the mixture of substances is indicated by the arrows 24.
  • the rotor holder 8, 9 is connected to the rotor shaft 25 in a known manner.
  • the other parts and the drive are already known.
  • the rotor and the stator are dimensioned such that they can be used with known apparatuses which are already on the market.
  • stator rings can also run within more than two stator rings with graduated diameters or only one rotor ring within one stator ring.
  • stator as its name suggests, is generally fixed, it can also be rotated in special arrangements and then rotates in the opposite direction to the rotor.
  • Such devices can be designed both as a continuous apparatus and as a dipstick.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen kinematischen Hochfrequenzbehandlung eines Stoffes oder Stoffgemisches in Form einer zylindrischen Anordnung mindestens zweier auf Haltern sitzender, sich umschliessender, relativ zueinander gegenläufig rotierbarer Zerkleinerungsorganringe und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der CH-A-604 894 bekannt und beruht auf einem von Professor Willems entwickelten und in zahlreichen Patentschriften beschriebenen Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen kinematischen Hochfrequenzbehandlung eines Stoffes oder Stoffgemisches. Auf der Basis aieser Patente sind eine Reihe von Laborgeräten entwickelt worden, die vom Anmelder vertrieben werden. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in der GB-A-806,085 beschrieben, deren Besonderheiten in der engen Anordnung der aneinander vorbeiziehenden Flächen bzw. Zähne und der konstanten Zahl der Zähne, die in Ringen angeordnet sind, in jedem dieser Ringe bestehen.
    Diese Geräte bestehen aus einem Stator und einem darin rotierenden Rotor, wobei in der Regel der Stator Schlitze aufweist und der Rotor in einigen Fällen aus zwei mit einer Schneide versehenen Flügeln besteht oder auch aus einem Zerkleinerungsorganring bestehen kann. Die Schlitze werden hineingefräst, wobei durch diese Bearbeitungsmethode die Schlitzbreite relativ gross ist. Für die Herstellung von gewissen Emulsionen oder Suspensionen ist es jedoch vorteilhaft, dass die Schlitzbreite möglichst klein ist, doch ist die Herstellung solcher schmalen Schlitze auf konventionellem mechanischem Wege entweder sehr schwer durchführbar oder mit hohen Kosten verbunden oder gar nicht möglich und dann besteht eine grosse Gefahr, dass durch Vibrationen einzelne Zähne abbrechen, womit das ganze Gerät zerstört werden kann. Man könnte zwar die Vibrationsgefahr durch die Verwendung von abgerundeten Fräsen verringern, doch bewirkt deren Keilwirkung, dass nur relativ breite Schlitze von wesentlich mehr als 1 mm gefräst werden können.
  • Es ist davon ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, die unter den oben geschilderten Umständen einen höheren Wirkungsgrad und ein besseres Durchmischungsvermögen ergeben. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäss den Patentansprüchen gelöst. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt in einem Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 2
    zeigt einen Schnitt gemäss der Linie II/II in Figur 1 und
    Figur 3
    zeigt einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht.
  • Man erkennt in Figur 1 den unteren Teil eines Gerätes, mit welchem homogenisiert, dispergiert, suspendiert, zerkleinert, aufgefasert oder begast oder dergleichen werden kann. In den Figuren 1 und 2 erkennt man den am Gehäuse 1 befestigten Stator 2 und den in Figur 1 darüberliegenden, darin drehenden Rotor 3. Der Statorhalter 2 weist einen zweiteiligen Halter 4, 5 auf, an dem die Zerkleinerungsorganringe 6, 7 angeordnet sind. Der Rotor weist ebenfalls einen zweiteiligen Halter 8, 9 auf, an dem die Zerkleinerungsorganringe 10, 11 befestigt sind. Die beiden Halterstücke 4, 5 sind über die schematisch dargestellte Schweissnaht 12 miteinander verbunden. Die getrennte Herstellung und Bearbeitung der Halterstücke mit den Zerkleinerungsorganringen ist insbesondere dann vorteilhaft, falls die Zerkleinerungsorganringe Zähne bzw. Schlitze unterschiedlicher Anzahl und Grösse aufweisen.
  • Für die Herstellung bestimmter Stoffsysteme, beispielsweise von Emulsionen, ist es erstrebenswert, den Durchfluss durch die Zerkleinerungsorgane in etwa konstant zu halten. Da die Zerkleinerungsorganringe, wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, konzentrisch mit zunehmendem Radius angeordnet sind, muss notwendigerweise die Schlitzbreite von innen nach aussen abnehmen, womit eine gesonderte Bearbeitung der einzelnen Zerkleinerungsorganringe vorteilhaft ist.
  • Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist es vorteilhaft, möglichst geringe Schlitzbreiten zu haben, wobei dies insbesondere auf den äussersten Zerkleinerungsorganring 4 zutrifft. Im Prinzip wäre es möglich, mit sehr feinen Sägeblättern oder dergleichen schmale Schlitze anzufertigen. Um nicht sehr hohe Herstellungskosten zu erhalten, müssten dann diese zum freien Ende hin, das heisst in Figur 3 nach oben hin, offen sein. Dies führt jedoch bei den hohen Drehzahlen und Fliessgeschwindigkeiten zu Vibrationen, die zur Zerstörung der einzelnen Zähne führen, wodurch die Gefahr besteht, dass die ganze Apparatur zerstört wird. Für die Herstellung solcher feiner Schlitze ist die Verwendung eines CO₂-Lasergerätes besonders vorteilhaft, wodurch es möglich wird, zum freien Ende 13 hin geschlossene Schlitze 14 anzufertigen, die eine Breite von weniger als 1 mm, z. B. 0,5 mm aufweisen können. Je nach Feinheit der Schlitze im äussersten Zerkleinerungsorganring 4 werden auch die Schlitze 15 am inneren Zerkleinerungsorgan 5 des Stators mittels des Lasergerätes hergestellt werden, wobei auch diese zum freien Ende hin geschlossen sind. Nach Anfertigung der Schlitze werden die beiden Halterstücke miteinander verschweisst. Die Herstellung solcher Schlitze mittels eines CO₂-Lasers bietet noch den Vorteil, dass die Kanten bzw. die Schmalseiten 16 der Schlitze ein rechteckiges Profil aufweisen, wodurch ein einwandfreier Durchfluss gewährleistet wird.
  • Analog dazu besteht der Rotorhalter ebenfalls aus zwei Halterstücken 8, 9, an denen die Zerkleinerungsorganringe 10, 11 angeordnet sind. Je nach gewünschter Schlitzbreite ist auch hier die Herstellung der Schlitze 17 des äusseren Zerkleinerungsorganringes 10 mittels Laser erforderlich, wobei auch diese Schlitze zum freien Ende hin geschlossen sind. Der innerste Ring 11 des Rotors und damit der Vorrichtung dient einerseits einer groben Vorzerkleinerung und übt ausserdem eine Pumpwirkung aus. Daher weist dieser innerste Ring relativ grobe, zum freien Ende hin offene Zähne 18 auf mit Spalten 19 dazwischen, die eine von der radialen abweichenden Richtung aufweisen. Diese Zähne werden wie vorbekannt hergestellt. Nach der Anfertigung der Schlitze bzw. Zähne auf den Zerkleinerungsorganringen werden diese, respektive deren Halterstücke 8, 9 zusammengeschweisst, wie dies schematisch an der Schweissnaht 20 dargestellt ist.
  • Der Halter 4, 5 des Stators ist in bekannter Weise über Dichtungen 21 mit dem Gehäuseunterteil 1 verbunden, an welchem ein Zuflussrohr 22 und ein Abflussrohr 23 befestigt sind. Die Fliessrichtung des Stoffgemisches ist mit den Pfeilen 24 angegeben.
  • Der Rotorhalter 8, 9 ist in ebenso bekannter Weise mit der Rotorwelle 25 verbunden. Die übrigen Teile sowie der Antrieb sind vorbekannt. Insbesondere sind der Rotor und der Stator derart dimensioniert, dass sie mit bekannten, bereits auf dem Markt befindlichen Apparaten verwendet werden können.
  • Wie anhand der Beschreibung dargestellt wurde, ist es für Emulsionen vorteilhaft, falls die Durchflussmenge durch die Zerkleinerungsorganringe annähernd konstant ist, doch trifft dies nicht für alle Stoffsysteme zu. So kann es für die Herstellung von Farben vorteilhaft sein, die Schlitze nach aussen breiter zu gestalten, wodurch die Durchflussgeschwindigkeit nach aussen hin abnimmt. Doch auch hier bringt die Herstellung feiner Schlitze mittels einem Laser grosse Vorteile, wobei nicht notwendigerweise ein CO₂-Laser verwendet werden muss. Unter gewissen Umständen kann auch ein kontinuierlich arbeitender Festkörper-Laser verwendet werden.
  • Es können auch mehrere Rotorkränze innerhalb mehrerer als zwei Statorkränze mit abgestuften Durchmessern oder nur ein Rotorkranz innerhalb eines Statorkranzes laufen. Obwohl der Stator, wie sein Name aussagt, im allgemeinen fest ist, kann er auch in speziellen Anordnungen drehbar sein und rotiert dann gegensinnig zum Rotor. Solche Vorrichtungen können sowohl als Durchlaufapparat als auch als Tauchstab ausgebildet sein.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur kontinuierlichen kinematischen Hochfrequenzbehandlung eines Stoffes oder Stoffgemisches, in Form einer zylindrischen Anordnung mindestens zweier auf Haltern (4, 5; 8, 9) sitzender, sich umschliessender, relativ zueinander gegenläufig rotierbarer Zerkleinerungsorganringe (6, 7; 10, 11), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Zerkleinerungsorganringe (6, 7; 10, 11) jedes Halters Schlitze (14, 15, 17) aufweist, die zum freien Ende (13) der Ringe hin geschlossen sind, und dass die Schlitze (14, 15, 17) mindestens einer der Zerkleinerungsorganringe (6, 7; 10, 11) eine Breite von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, aufweisen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Halter (4, 5) als Stator (2) und der andere Halter (8, 9) als Rotor (3) ausgebildet ist und je zwei Zahnkränze (6, 7; 10, 11) aufweisen und der Rotor (3) im Stator (2) läuft und dass die Schlitze (14) mit der kleinsten Breite am äussersten Zahnkranz (6) am Stator (2) angeordnet sind.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Schlitze (14, 15) mit einem CO₂- oder Festkörper-Lasergerät hergestellt werden, wobei der Bearbeitungsstrahl derart eingestellt wird, dass die Schlitze annähernd rechteckig ausgebildet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkranz (6, 7; 10, 11) für sich gefertigt und mit Schlitzen versehen wird und anschliessend je die beiden äusseren Zahnkränze mit ihren Halterstücken (4; 8) jeweils an die Halterstücke (5; 9) der inneren Zahnkränze geschweisst werden.
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