EP2207621A1

EP2207621A1 - Kardanisches streichmesser

Info

Publication number: EP2207621A1
Application number: EP08800453A
Authority: EP
Inventors: Kurt Müntener
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-07-21
Also published as: WO2009052640A1

Abstract

Eine Vorrichtung (101; 101a; 101b) zum Bearbeiten von Dispersionen weist mindestens ein gegenüber einer Streichfläche einer Scherplatte (1; 1a, 1') zu einer scherenden Bewegung geführtes und über eine Antriebswelle (111) zu einer Drehbewegung (16) angetriebenes längliches Scherwerkzeug (3) auf. Das jeweilige Scherwerkzeug (3) erstreckt sich unter einem Winkel (z.B. -a,+a) quer zur Achse (111a) der Antriebswelle (111). Dabei besitzt das jeweilige Scherwerkzeug (3) eine im Wesentlichen quer zur Achse (111a) der Antriebswelle (111) verlaufende Scherkante (3d) an einer Scherfläche (3c). Ferner ist das jeweilige Scherwerkzeug (3) mit der Antriebswelle (111) einseitig über ein Kardangelenk (10a) verbunden. Eine Belastungseinrichtung (6), insbesondere eine Feder belastet die Scherkante (3d) etwa in ihrem Bereiche oder nahe diesem gegen die Scherplatte (1; 1a; 1') hin, während die Scherfläche (3c) auf Grund des Kardangelenkes (10a) einerseits und der Belastungseinrichtung (6a) anderseits, einen Einzugswinkel (4) bildend, schräg zur Scherplatte (1; 1a; 1') verläuft.

Description

Kardanisches Streichmesser

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Vorrichtungen werden für Dispersionsschichten in der Elektronikindustrie, für die Farbstoffverarbeitung und für Dispersionen von Feststoffpartikeln in Fett, also beispielsweise Schokoladen und schokoladeartige Massen, eingesetzt. Bei der Bearbeitung geht es um die Vermahlung bzw. Zerkleinerung, aber auch Abrundung, der Partikel, um die Homogenisierung sowie um die Versalbung bzw. Homogenisierung der Dispersionsmassen.

Bei der Vermahlung von Dispersionen handelt es sich praktisch immer um eine Feinvermahlung. Der Ausdruck „Feinvermahlung" heisst, dass am Ende eines Mahlprozesses Feststoffkörper einer mittleren Komgrösse von weniger als 20 μm in der Flüssigkeit verteilt sind. In der Elektronikindustrie benötigt man heute sogar Dispersionen von Feststoffpartikeln im Nanometerbereich. Der Mahleffekt wird bei den meisten Nassmahlverfahren (die natürlich stets auch mit einer Homogenisierung einhergehen) durch intensive Scherung der Dispersion erreicht. Die Scherkräfte sollen dabei die einzelnen Körner zerreissen und so zerkleinern. Für die Flüssigvermahlung werden beispielsweise auch Rührwerksmühlen eingesetzt, bei denen die zu vermählende Dispersion durch bewegte Kugeln geschert wird.

Ein anderes Beispiel für die Anwendung solcher Scherkräfte sind die sogenannten Reibwalzwerke, bei denen sich unter Druck aneinanderliegende Walzen mit unterschiedlicher Drehzahl und meist auch in entgegengesetzter Drehrichtung drehen. Dabei ist es oberstes Gebot, dass die, die Scherzone begrenzenden, meist metallischen Teile einander nicht berühren, sondern dazwischen eine dünne Schicht der zu vermählenden Dispersion liegt, wobei die Schichtdicke auch die erreichbare Komfeinheit bestimmt. Daher verhindert jede Unebenheit der Walzenoberflächen oder jede Abweichung von der Parallelität der die Scherung erzeugenden Walzen oder, bei anderen Schervorrich- tungen dieselben Abweichungen von Schwerwerkzeugen zu einer Scherfläche, die Erreichung der gewünschten gleichmässigen Korngrössen über den gesamten Scherbereich bzw. machen deshalb den Prozess ineffizient. Bei Walzwerken ist die Bereitstellung eines gleichmässigen Walzenspaltes mit zueinander parallelen Walzenwellen, besonders bei wechselndem Druck, aber schwierig. Zudem sind solche Walzwerke relativ platzaufwendig und teuer. Ausserdem erfordern sie in den meisten Fällen eine Vorvermahlung der gröbsten Partikel der Dispersion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sie kostengünstig hergestellt und vielseitig eingesetzt werden kann und trotzdem mit hoher Effizienz die gewünschten Produkte in ausgezeichneter Qualität erzeugt. Erfindungsgemäss gelingt dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Dadurch, dass das jeweilige Scherwerkzeug sich unter einem Winkel quer zur Achse der Antriebswelle erstreckt, also im Idealfall radial verläuft und dabei gegenüber einer Scherfläche durch Drehung der Antriebswelle zu einer scherenden Bewegung geführt ist, wobei das jeweilige Scherwerkzeug eine im wesentlichen quer zur Achse der Antriebswelle verlaufende Scherkante an einer Scherfläche besitzt, ergibt sich eine relativ grosse Reibung bzw. Scherung von selbst. Allerdings muss beachtet werden, dass einerseits aus herstellungstechnischen Gründen wegen Distanz- und geometrischen Toleranzen an sich nie vollkommene Parallelität werden kann. Anderseits ist die Reibung - und damit die Abnützung - über die Länge der Scherkante bzw. des Bewegungsradius wegen der nach radial aussen hin kontinuierlich zunehmende Umfangsgeschwindigkeit unterschiedlich. Die Folge ist schon von Anfang an wegen der unvollkommenen Parallelität ein unterschiedlich grosser Scherspalt über die Länge des Scherwerkzeuges, was zu unterschiedlicher Korngrösse bzw. einer dementsprechend weiten Kom- grössenverteilung (Gauss'sche Verteilung entsprechend einer Glockenkurve) führt. Dabei verändert sich über die Betriebszeit infolge des unterschiedlichen Abriebs über die Länge der Scherkante sowie auch auf Grund des Abriebs der Scherplatte dauernd der Scherspalt. Die Bedeutung dieser Tatsache tritt ans Licht, wenn man bedenkt, dass 1 Winkelsekunde Parallelitätsabweichung , entsprechend 0,0028 Winkelgraden, bei nur zwei starr an der Antriebswelle, insbesondere einander gegenüberliegend, angebrachten Scherwerkzeugen von beispielsweise je 150 mm Länge und bei einem äusseren Scherdurchmesser von 400 mm bereits eine Abweichung der Grösse des Scherspaltes von 19,4 μm ergibt, wogegen die Korngrösse kleiner als dieses Mass sein soll, also et- wa 15 μm, 10 μm oder gar 1 μm.

Um all dies auszugleichen, soll das jeweilige Scherwerkzeug mit der Antriebswelle über ein Kardangelenk verbunden sein, was eine selbsttätige Anpassung der gegebenenfalls teilweise abgenützten Scherkante bzw. Scherfläche an die Streichfläche erlaubt, und zwar insbesondere im Zusammenwirken aller das Schwerwerkzeug belastenden Kräfte, wie die Kraft der Belastungseinrichtung, welche - zusammen mit der Kardanlagerung - eine Dreipunktabstützung des Schwerwerkzeuges auf der, eine Gegenkraft auswirkenden Schicht der zu bearbeitenden Masse ergibt, wie später noch erläutert wird.

Diese Anpassung ergibt sich in gut kontrollierbarer weise besonders dann, wenn eine Belastungseinrichtung, insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, welche etwa im Bereiche der Scherkante oder nahe dieser die Scherkante gegen die Scherfläche hin belastet, während die Scherfläche auf Grund des Kardangelenkes einerseits und der Belastungseinrichtung anderseits, einen Einzugswinkel bildend, schräg zur Scherfläche verläuft. Selbstverständlich soll und muss auch die Belastungseinrichtung den notwendigen Druck auf die Scherkante ausüben, und zwar so stark, dass im Gleichgewichtszustand der niederdrückenden Kraft gegenüber der Kraft des Staudruckes der Masse der gewünscht grosse Scherspalt entsteht.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das Scherwerkzeug an der dem Kardangelenk gegenüberliegenden, vorzugsweise radial aussen liegenden, Ende mittels einer Führungsanordnung im Wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung bzw. parallel zur Achse der Antriebswelle geführt ist. Im bevorzugten Fall liegt also das Kardangelenk radial innen. Femer ist bevorzugt die Führungsanordnung von einem Langloch an einem von der Antriebswelle abstehenden Arm gebildet, der verschieden ausgestaltet sein kann. In einer zweckmässigen Ausgestaltung führt diese Führungsanordnung das Scherwerkzeug, insbesondere einen daran befestigten, gegebenenfalls zylindrischen, Zapfen, in Drehrichtung mit Spiel, beispielsweise indem die Breite des Langloches grösser ist als der Durchmesser des Zapfens, so dass für Kippbewegungen um das Kardangelenk auch bei maximaler Abweichung von der Parallelität bzw. maximalem Abrieb der Scherkante genügend Spielraum verbleibt. Gleichzeitig sichert die Führungsanordnung gegen das Herausfallen des Kardangelenkes aus seiner Gelenkspfanne.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 A einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfin- dungsgemässen Bearbeitungsmaschine, zu der

Fig. 1B eine Draufsicht bzw. einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1A unter

Weglassung der Doppelwand des Behälters veranschaulicht;

Fig. 2 ist ein Detailschnitt nach der Linie H-Il der Fig. 1B;

Fig. 3 ist eine Ansicht im Sinne des Pfeils III der Fig. 1 B;

Fig. 4 ist ein Detailschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1 B; die

Fig. 5, 7, 8 veranschaulichen in mehreren Schnitten jeweils nach der Linie A-A der Fig. 1B die Situation, wenn Scherarm und Scherplatte zueinander parallel sind (Fig. 5), in den Fig. 7 und 8 je eine Situation mit nichtparalleler Lage dieser Teile, wogegen die

Fig. 6 das Scherwerkzeug in axonometrischer Darstellung zeigt; die

Fig. 9, 10 veranschaulichen zwei alternative Ausführungsformen für eine vierar- mige Vorrichtung, wobei jeder Arm mindestens ein erfindungsgemäß ausgebildetes Scherwerkzeug trägt; die

Fig. 11 A, 11 B zwei andere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung, von denen

Fig. 12 einen in Fig. 1B eingezeichneten Schnitt nach der Linie XII-XII, Fig. 13 einen in Fig. 1B eingezeichneten Schnitt nach der Linie XIII-XIII, und

Fig. 14 einen in Fig. 1B eingezeichneten Schnitt nach der Linie XIV-XIV, darstellt;

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine Ausführungsvariante der Scherplatte, die in

Fig. 16 in einem Schnitt nach der Linie XVI-XVI der Fig. 15 und in

Fig. 17 in einem Schnitt nach der Linie XVII-XVII der Fig. 15 dargestellt ist, wogegen die Fig. 18 ein Schnitt nach der Linie XVIII-XVIII der Fig. 15 und die

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung dieser Scherplatte ist, wogegen zum

Vergleich die

Fig. 20 die zuvor an Hand der Fig. 12-14 besprochene Ausführungsform der

Scherplatte in einer ähnlichen Perspektivdarstellung zeigt; an Hand der Perspektivdarstellung der

Fig. 21 sollen die geometrischen und physikalischen Verhältnisse der kardani- schen Lagerung eines Scherwerkzeuges erläutert werden; die

Fig. 22a-c veranschaulichen das Prinzip eine Scheranordnung, wie sie in Vorrichtungen nach den Fig. 11A und 11B verwendet werden könnte, jedoch ohne Kardangelenk, wobei Fig. 22a ein Schnitt nach der Linie a-a der Draufsicht in Fig. 22c und Fig. 22b ein Schnitt nach der Linie b-b der Fig. 22a ist; an Hand der perspektivischen Darstellung der

Fig. 23 sei das Prinzip der einseitigen kardanischen Lagerung des Schwerwerkzeuges an Hand einer Ausführung mit einer im wesentlichen rechteckigen Scherplatte erläutert, die an einem verkürzten Arm mittels eines Kugelgelenks gelagert ist; die Fig. 24 bis 26 zeigen den Temperiermitteldurchfluss nach einer besonderen Ausführungsform bei einer Wellenanordnung entsprechend der Fig. 11 A, wobei die Fig. 26 etwa der obere Teil zur Fig. 24 ist, welche einen Schnitt nach der Linie XXIV-XXIV der Fig. 25 und die Fig. 25 einen Schnitt nach der Linie XXV-XXV der Fig. 24 darstellt; die

Fig. 27 veranschaulicht einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform, zu der die

Fig. 28 als vergrössertes Detail die Relativlage and Anordnung zweier in axialem Abstand voneinander befindlicher Schereinheiten zeigt, wogegen die

Fig. 29 bis 31 einen Vergleich der jeweiligen Antriebswellen samt Schereinheiten für die Ausführungsformen der Fig. 1A, 1B einerseits, der Fig. 11 A, 11B anderseits und der Fig. 27 in perspektivischer Darstellung wiedergeben.

Ein Behälter 101 besitzt einen Einfülltrichter 102, einen oberen zylindrischen Rohrabschnitt 103 und einen unteren Auslaufabschnitt 104 mit einem Auslauftrichter. Zwischen dem oberen Rohrabschnitt 103 und dem Auslaufabschnitt 104 ist eine Scherplatte 1 eingesetzt und mittels die Flanschen 105, 106 der beiden Abschnitte 103 und 104 durchsetzenden, in Fig. 1A lediglich strich-punktiert angedeuteten Bolzen 107 dicht verschraubt, die durch entsprechende Bohrungen (107a in Fig. 15 bzw. 19, 20) ragen, wobei Dichtungen 108 vorgesehen sind (vgl. Fig. 12-14).

Vorzugsweise sind sämtliche Abschnitte des Behälters 101 doppelwandig ausgeführt, um die darin befindliche Masse - im Allgemeinen eine Dispersion - über einen spalt- förmigen Raum 109 zu temperieren. Der Begriff „temperieren" soll hier als Oberbegriff für eine Kühlung oder Heizung verstanden werden, denn zu Beginn des Betriebes, also wenn der Behälter 101 noch kalt ist, mag es zweckdienlich sein, die Masse über ein Heizmedium im Raum 109 zu erwärmen, während bei laufendem Betrieb die dabei entstehende Wärme über ein Kühlmedium abgeführt werden muss. Wenn hier von einem spaltförmigen Raum die Rede ist, so versteht es sich, dass dieser verschieden gestaltet sein kann, beispielsweise mit schraubenlinienförmigen Heiz-/Kühl-Kanälen. Alternativ könnten natürlich auch wahlweise zu betreibende Heiz- (z.B. elektrische Wicklungen) und Kühlleitungen vorgesehen werden, obwohl dies im Allgemeinen weniger bevorzugt sein wird. Im vorliegenden Fall aber mag der Raum 109 dem Durchfluss eines Temperiermediums dienen und zu diesem Zweck mit entsprechenden Anschlüssen 118 (nur einer ist dargestellt) für Zu- und Abfuhr dieses Mediums versehen sein.

Mit der Scherplatte 1 wirkt eine Scheranordnung zusammen, die eine zu einer Drehung im Sinne des Pfeils 16 rund um ihre geometrische Achse 111a antreibbare Antriebswelle 111 und aus der Draufsicht im Sinne der Linie B-B ersichtliche Arme 18a bis 18d (im dargestellten Ausführungsbeispiel sind es vier; vgl. auch Fig. 1B) zur Fixierung von plat- tenförmigen, im wesentlichen länglich rechteckigen Scherwerkzeugen 3 mit Scherfläche 3c (Fig. 6) und Scherkante 3d aufweist. Die Scherplatte 1 nimmt zur Achse 111a einen Winkel 131 ein, der aus fertigungstechnischen Gründen bzw. auf Grund von Montagetoleranzen von exakten 90° - innerhalb einer Toleranzvorgabe abweichen wird (wenn auch nicht soll). Die Einzelheiten dieses Scherwerkzeuges und seine Lagerung in Zusammenarbeit mit der Scherplatte 1 soll unten noch besprochen werden.

Vorerst sei aber im Zusammenhang mit der Fig. 1 A noch auf den Materialfluss in der Bearbeitungsmaschine 101 eingegangen. Eine Dispersion, wie beispielsweise eine ka- kaohaltige Dispersion in einer Fettsubstanz, wird über den Oberteil 102 eines Behälters eingefüllt und gelangt durch Schwerkraft und/oder Umpumpen in den Bereich der Scherwerkzeuge 3 und der Scherplatte 1. Das Umpumpen kann - wie dargestellt - auch mehrmals in einem Kreislauf erfolgen. Die Scherwerkzeuge 3 nehmen einen vorbestimmten Winkel 4 (Fig. 2) zur Fläche der Scherplatte 1 ein und haben einen mehrfachen Effekt:

> auf Grund ihrer mindestens annähernd radialen Ausrichtung, ausgehend von der Welle 111 , reiben sie gegenüber der Scherplatte 1 , so dass die Festpartikel der

, Dispersion zerkleinert werden;

> die Masse wird homogenisiert und versalbt.

Nachdem also auf diese Weise die Bearbeitung wenigstens in einem ersten Durchgang erfolgt ist (dabei zeigt die Darstellung der Fig. 1A lediglich eine Scheranordnung im Zu- sammenwirken mit einer Scherplatte 1 , obwohl mehrere Wellen 111 auch parallel zueinander angeordnet sein könnten), kann die bearbeitete Masse abziehen. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen; beispielsweise wäre es denkbar, radial aussen an der Scherplatte 1 und/oder in der Wand des Abschnittes 103 mindestens eine Abzugsöffnung vorzusehen. Im vorliegenden Fall aber besitzt die Scherplatte 1 mindestens eine Durchtrittsöffnung 112 für die bearbeitete Masse, vorzugsweise eine Mehrzahl solcher Öffnungen 112, die über die Räche der Scherplatte 1 , vorzugsweise aber über die Randfläche, verteilt sind. Auf diese Weise gelangt die Masse in den vom Abschnitt 104 und (oben) durch die Scherplatte 1 begrenzten Bereich, von wo sie abgepumpt und/oder zur neuerlichen Bearbeitung rückgeführt werden kann, wie an Hand einer schematisch dargestellten Leitung 113 angedeutet ist. Zu diesem Zwecke zeigt die Fig. 1A eine Pumpe 114 und ein Wegeventil 115, das gegebenenfalls sowohl zur Leitung 113 als auch zur Ausgangsleitung 116 geöffnet werden kann.

Hier sei erwähnt, dass der beschriebene Materialdurchgang durch die Maschine auch über mindestens zwei hintereinandergeschaltete Scherplatten 1 mit zugehörigen Scherwerkzeugen 3 in ähnlicher Weise erfolgen kann, wie dies später an Hand der Fig. 27 an Hand einer anderen Ausführungsform beschrieben wird.

Damit ein klagloser Übertritt der bearbeiteten Masse aus dem oberen Rohrabschnitt 103 in den darunterliegenden Abschnitt 104 erfolgen kann, mag ein Entlüftungsrohr 117 ausserhalb der Bewegungsbahn der Arme 18a bis 18d (vgl. die Fig. 1A und 1B) vorgesehen sein, die es gestattet, dass beim Abfliessen der Masse aus dem Auslaufabschnitt 104 bzw. beim Nachfliessen von Masse von oben ein den Fiuss fördernder Luftdruckausgleich stattfindet.

Was die Scherwerkzeuge 3 betrifft, sind sie an den Armen in einer Weise gelagert und geführt, wie sie besonders an Hand der Fig. 2 bis 8 bzw. von Fig. 23 besprochen wird. Die Lagerung ist vorzugsweise einseitig am Kardangelenk, insbesondere an der radialen Innenseite, wogegen die andere Seite, insbesondere die radial äussere Seite eine lose Führung mit Spiel aufweist. Das Spiel ist zweckmässig so gross, dass sich der Zapfen 10b darin im Ausmasse der horizontalen Relativbewegung infolge einer Drehung des Scherwerkzeuges 3 um seine an Hand der Fig. 23 beschriebene Raumdiagonale 33' frei bewegen kann. Diese Lagerung und Führung umfasst also ein Kardangelenk 10a an der radial inneren, der Welle 111 zugewandten Seite und - vorzugsweise - auch eine Höhenbewegung bzw. Seitenbewegung zulassende Führung 18', 119 zur Bewegung wenigstens im Ausmass h der Fig. 1A, d.h. senkrecht zur Drehrichtung 16 der Welle 111 und parallel zu ihrer Achse 111a. Die Höhenbewegung innerhalb des Masses h ist vorteilhaft so bemessen, dass bei maximaler Abweichung von der Parallelität bzw. bei maximal möglichem bzw. tolerierbarem Abrieb der Scherwerkzeuge 3 der zylindrische Zapfen 10b die obere oder untere Begrenzung des Langloches 119 möglichst noch nicht erreicht.

Da das erfindungsgemäss vorgesehene Kardangelenk 10a bzw. 10a' eine Bewegung nach allen Seiten zulässt, ist es zweckmässig, wenn das Langloch 119 gegenüber dem Zapfen 10b ein gewisses Spiel aufweist. Dabei soll das Langloch 119 so breit sein, dass der darin geführte Zapfen 10b bei einem Kippen des Scherwerkzeuges (wie es um die Diagonale 33' an Hand der Fig. 23 beschrieben wird) eine Bewegung quer zur Erstreckungsrichtung des Langloches 119 zulässt. Das bedeutet, dass das Scherwerkzeug 3 durch den Druck 6 der Belastungseinrichtung statt der mit vollen Linien dargestellten Position, in welcher seine Ebene durch die Punkte des Kardangelenks (Kugel 10a') sowie der die Seitenkante des Werkzeuges 3 definierenden Punkte (3-Punkt- Lagerung) bestimmt ist, die strich-punktiert gezeigte Lage einnimmt, in welcher die drei Punkte durch das Kardangelenk 10a' und die die Scherkante 3d definierenden Punkte bestimmt ist.

Diese Führungsanordnung 18', 119 liegt bevorzugt am radial Süsseren Ende des Armes, obwohl an Hand der Fig. 23 noch eine Führung am inneren Ende (vgl. Anschläge 39') erläutert wird. Damit kann in jedem Falle - ungeachtet einer allfälligen ungleich- massigen Abnützung der gegen die Scherplatte 1 gewandten Scherkante der Scherwerkzeuge 3 - eine automatische Anpassung und Nachstellung erfolgen. Wie ersichtlich, verlaufen die Arme 18a bis 18d oberhalb der Scherwerkzeuge 3 und übergreifen sie über deren ganze Länge, so dass die Scherwerkzeuge 3 an ihrem anderen, bevorzugt radial äusseren, Ende mittels einer aus Fig. 1B ersichtlichen Endplatte 18' auch dann gegen Herausfallen gesichert ist, wenn das Kardangelenk gemäss den Fig. 5-8 von einem Zapfen 10a mit gegen das freie Ende abnehmendem Durchmesser und nicht von einer Kugel 10a' wie in Fig. 23 gebildet ist. Allerdings kann im Rahmen der Erfindung das Kardangelenk auch von einem zylindrischen Zapfen gebildet sein, der aber in einem Lagerloch steckt, welches weit genug ist, um die angestrebte kardani- sche Bewegung zu erlauben.

Die Ausführungsform des Zapfens mit einer gewissen Konizität nach den Fig. 5-8 hat den Vorteil, dass der Zapfen 10a leicht in sein Lagerloch gesteckt werden kann und dabei zugleich auch ein Anschlag in horizontaler Richtung nach radial innen zu ist, ohne die Höhenbewegung oder eine horizontale Schwenkbewegung des Schwerwerkzeuges 3 zu behindern. Dagegen wären bei einem Kugelgelenk 10a¹ nach Fig. 23 verschiedene Lösungen möglich: Entweder ist der Arm 18a' in einer horizontalen (bezogen auf Fig. 23) und durch die Kugelgelenkspfanne verlaufenden Ebene (in Fig. 23 strichpunktiert als Ebene T angedeutet) geteilt, so dass das Kugelgelenk 10a' erst in den unteren Teil des Armes 18a' eingelegt und danach der obere Teil darüber, auf an sich beliebige Art, beispielsweise mittels Spannschrauben, befestigt wird. Oder der Arm besitzt ein Einsteckloch, in welches auch die Kugel 10a' einführbar ist, und an der Innenseite dieses Loches eine aufweitbare Gelenkspfanne, z.B. aus Kunststoff, welche die Kugel 10a' unter Aufweitung aufnimmt und dann elastisch zusammenschnappt.

Jedenfalls zeigt die Fig. 23 eine bevorzugte Ausführung, obwohl bei einem Kardangelenk 10a¹, das also eine Verschiebung nach radial aussen selbst verhindert, wie das mit dem Kugelgelenk 10a' der Fall ist, eine Ausführung ohne die Führungsanordnung (vgl. Langloch 119 in Fig. 3) am äusseren Ende der Arme 18 möglich ist.

Allerdings kann eine solche Führung (ein die Bewegung des Zapfens mit der Kugel 10a' führende Anordnung nach Art eines vertikalen Schlitzes mit Spiel) auch am radial inneren Ende vorgesehen werden, etwa durch zwei zueinander parallele Anschläge oder durch ein L-förmiges Winkeleisen. Dieser L-förmige Anschlag 39' mit an der Rückseite abwärts geführtem Schenkel und einem unter dem Lagerzapfen für das Schwerwerkzeug 3 sich erstreckendem horizontalen Schenkel ist in Fig. 23 zu sehen, welche die einseitige Lagerung der Scherplatte 3 in einem Kugelgelenk 10a' an einem - gegenüber den vorherigen Ausführungsbeispielen - verkürzten Arm 18a veranschaulicht. In jedem Fall Hat die Führung die Aufgabe, die an sich mögliche freie Bewegung der Schwerwerkzeuge 3 in Drehrichtung, nach vorne sowie gegebenenfalls auch nach unten zu begrenzen. Durch die einseitige Lagerung der im wesentlichen rechteckigen Scherplatte 3 an einer von der Scherkante 3d entfernt gelegenen Stelle, nimmt die Scherplatte 3 an sich die mit vollen Linien dargestellte Lage ein, in der sie mit ihren Endpunkten 29 und 30 an der Scherplatte 1 aufliegt. Durch die Belastung im Sinne des Pfeils 6 jedoch wird die Scherplatte 3 um die Raumdiagonale 33 gekippt und in die strichpunktierte Lage gedrückt, in welcher ihre Scherkante 3d in gewünschter Weise entlang einer geraden Linie 32 zwischen ihren Endpunkten 29 und 31 an der Streichfläche 1 anliegt bzw. entlang dieser Linie 32 einen Scherspalt 15 (vgl. Fig. 21) begrenzt.

Wenn man die axonometrische Darstellung der Fig. 6 betrachtet, so ist ersichtlich, dass das Scherwerkzeug 3 aus einer Trägerplatte 3a und einer Schleissplatte 3b zusammengesetzt ist. Die Schleissplatte 3b kann in an sich beliebiger Weise mit der Trägerplatte 3a verbunden sein, beispielsweise mittels einer lösbaren Halterung, durch Klebung o.dgl. Dementsprechend besitzt die Schleissplatte 3b an der nach unten gewandten Seite eine Scherfläche 3c, die an einer nach unten gekehrten Scherkante 3d endet. Die Lagerung dieses Scherwerkzeuges 3 erfolgt einseitig in einem etwa zapfenförmigen Kardangelenk 10a, das in einem Abstand von der Scherkante 3d angeordnet ist, wobei das Kardangelenk vorzugsweise in einem Zapfen 10b entlang einer Längsachse O seine Fortsetzung findet. Dieser Zapfen 10b ist am jeweiligen Arm 18, wie oben erläutert - bevorzugt so gelagert, dass eine Bewegung parallel zur Achse der Antriebswelle 111 (Fig. 1A) zugelassen wird, d.h. vorteilhaft in dem schon erwähnten Langloch 119 innerhalb der aus Fig. 1B ersichtlichen Endplatte 18'. Die Unterbringung und Halterung des Langloches in der Endplatte 18' ist der Vorteil eines das Scherwerkzeug 3 über seine ganze (radiale) Länge übergreifenden Armes 18. Vorteilhaft ist, wenn die Breite 11a (Fig. 3) des Langloches 119 um so viel grösser ist als der Durchmesser des Zapfens 10b, dass eine mögliche ausschwenkende Tangentialbewegung des Zapfens 10b nicht behindert wird. Diese leicht ausschwenkende Tangentialbewegung kann durch Drehung eines rechteckigen Scherwerkzeuges 3 um seine Diagonale 33' (Fig. 23) im Falle einer Änderung des Abstandes der Schwerkante 3d bzw. 3d' und der Achse O zur Scherplatte 1 entstehen.

Übrigens wird aus einem Vergleich der Fig. 1A mit den Fig. 2-4 ersichtlich, dass auch die Scherplatte 1, wo ja bei der Bearbeitung abzuführende Wärme entsteht, über Kanä- Ie 120 temperiert werden können, die mit entsprechenden Anschlüssen, wie dem aus Fig. 1A ersichtlichen Anschluss 121 , versehen sind. Dies, zusammen mit den übrigen Temperiermassnahmen, ermöglicht eine relativ genaue Einhaltung einer optimalen Temperatur der Masse, zu welchem Zweck gegebenenfalls mindestens ein Temperatursensor (nicht dargestellt) an einen entsprechenden Temperatur-Regelkreis angeschlossen ist.

Um dem dynamischen Auftrieb 8 (vgl. die Fig. 21 ) - bei Einhaltung des notwendigen Scherspaltes 15 (im Allgemeinen < 20 μm) - entgegenzuwirken, ist eine Belastungseinrichtung, insbesondere eine Feder 6a (Fig. 4), vorgesehen. Wie Fig. 4 zeigt, liegt diese Feder 6a (oder eine andere Last) etwa oberhalb des Bereiches der Scherkante 3d bzw. nahe dieser Scherkante 3d und belastet dieselbe über Belastungsbolzen 6c gegen die Scherplatte 1 hin, während die Scherfläche 3c des Schwerwerkzeuges 3 auf Grund des Kardangelenkes 10a einerseits und der Belastungseinrichtung 6a anderseits, einen Einzugswinkel 4 (Fig. 2) bildend, schräg zur Scherplatte 1 verläuft. Es sei darauf hingewiesen, dass in Fig. 1B die Durchgangsöffnungen 112 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt sind. Die Feder 6a sitzt jeweils in einem Federgehäuse 6b, und ihr Druck auf den jeweiligen Belastungsbolzen 6c ist gewünschtenfalls mittels einer Justierschraube 122 einstellbar. Die Anordnung der Feder 6a, gesehen in radialer Richtung des Armes 18 und des darunterliegenden Werkzeuges 3, ist nicht kritisch. Wie aus dem Pfeil 6 der Fig. 21 oder 23 ersichtlich ist, genügt an sich eine einzige Belastungseinrichtung. Im Falle der Ausführung nach Fig. 1B und den zugehörigen Detailfiguren sind pro Scherwerkzeug 3 zwei solcher Federgehäuse 6b in einem Abstand voneinander vorgesehen, wie es bevorzugt ist. Es können aber auch mehrere Belastungseinrichtungen gleicher oder verschiedener Art über die (radiale) Länge des Scherwerkzeuges 3 verteilt sein.

Der Effekt dieser Anordnung ist am besten aus den Fig. 5 und 7, 8 ersichtlich. Demnach ist der zu einem Kardangelenk ausgebildete Zapfen 10a in einem Lagerloch 10b eines Armes 18 untergebracht. Dabei ist das Lagerloch 10b zur Erleichterung der kar- danischen Funktion am Eintritt bevorzugt mit einem ein Spiel erlaubenden Radius R versehen. Der Zapfen 10a ist eben so ausgebildet, dass er sich in dem Lagerloch 10b nach allen Richtungen, insbesondere durch Abwälzen am Radius R, leicht bewegen und drehen kann und somit eine Kardanfunktion ausübt. Der oben erwähnte Längs- schlitz 119 (Fig. 3) verhindert, dass sich der Zapfen 10a und sein mit ihm verbundenes Scherwerkzeug 3 in Bewegungsrichtung des Armes 18 so stark zu bewegen vermag, dass der Zapfen 10a aus dem Lagerloch 10b herausfallen könnte. Diese Bewegungsbegrenzung könnte allerdings auch auf andere Art, beispielsweise auf der Seite des Zapfens 10a, sei es durch einen Kugelkopf (Fig. 23) oder etwa auch durch einen den Zapfen 10a umgebenden, z.B. kalottenförmigen, Flansch erfolgen, der in Richtung der Achse O durch einen Halteteil festgehalten wird. In der in Fig. 5 gezeigten Parallellage von Arm 18 und Scherplatte 1 stimmen die Kardanachse O und die durch das Lagerloch 10b definierte Achse O¹ überein, was bei einer vorhandenen Neigung der Scherplatte 1 zur Scherkante 3d dann der Fall ist, wenn zwei einander gegenüberliegende Arme 18 in einem Winkel von 90° quer zur Neigungsachse liegen, und vorausgesetzt, dass die Scherplatte 1 noch plan ist.

Nützt sich jedoch das Scherwerkzeug 3 bzw. deren Scherkante 3d (und/oder die Scherplatte 1) am radial äusseren Ende stärker ab, dann kann die Situation nach Fig. 7 entstehen, in der die Achsen O und O' miteinander einen Winkel einschliessen. Diese Fig. 7 zeigt deutlich, dass es eigentlich nur auf eine Relativbewegung ankommt, denn während das Kardangelenk mit dem Zapfen 10a durch die Schräglage einen Ausgleich der Abnützung der Scherfläche bzw. der Scherkante erlaubt, könnte theoretisch auch die Scherplatte 1 beweglich gelagert sein, um diesen Ausgleich zu ermöglichen. Allerdings wäre eine solche Lösung wegen der notwendigen Dichtheit des Behälters 101 (vgl. Fig. 1A) schwierig und verlangte zumindest doppelseitig schwenkbar gelagerte Scherwerkzeuge, wie sie die Fig. 22a zeigt, wogegen völlig starre Scherwerkzeuge infolge von Abweichungen der Ebenen der Arme in diesem Falle nicht genügen könnten. Es ist klar, dass eine solche Lösung eine von der vorliegenden Patentanmeldung unabhängige Erfindung darstellt.

Der umgekehrte Fall, nämlich dass eine besondere Abnützung an der radial innen liegenden Seite des Scherwerkzeuges 3 erfolgt, wird an Hand der Fig. 8 gezeigt. Auch hier schliessen dann die Achsen O und O' auf Grund der kardanischen Lagerung zueinander einen Winkel ein, und dementsprechend wird - wie gezeigt - eine Anpassung der Lage des Scherwerkzeuges an die eigene Abnützung automatisch derart erfolgen, dass sich unterhalb der Scherkante 3d ein geringer, aber gleichmässiger Spalt ergeben wird, der eine gleichmässige Bearbeitung der Dispersion und einen gleichmässigen Vermahlungseffekt sichert.

Um die geometrischen und physikalischen Verhältnisse der eben besprochenen Lagerung zu beleuchten, sei kurz auf die Fig. 21 eingegangen, in welcher der entsprechende, das Scherwerkzeug lagernde Arm der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist. Die Scherplatte 1 , die bevorzugt eben ist, im Rahmen der Erfindung aber auch, z.B. nach Art eines Zylinders gekrümmt sein kann (ähnlich wie dies bei einem Conchentrog der Fall ist), ist hier vereinfacht dargestellt. Auf dieser Scherplatte 1 wird also eine gewisse Dispersionsschicht 2 liegen, welche zu bearbeiten ist. Über diese Scherplatte 1 und die darauf liegende Dispersionsschicht 2 streicht das Scherwerkzeug 3 mit seiner Scherkante 3d. Bezüglich der Grundsätze der Theologischen Scherung zwischen Dispersionsschichten sei auf die DE-A-42 21 315 verwiesen. Diese Grundsätze gelten selbstverständlich auch im vorliegenden Fall, wenn von Scherung die Rede ist.

In Fig. 21 ist das Scherwerkzeug 3 als einfache Platte dargestellt, obwohl es an sich verschiedene Formen annehmen kann, wogegen der kardanische Lagerzapfen 10a und der Führungszapfen 10b nur strich-punktiert angedeutet sind. Da das Scherwerkzeug 3 vom Arm 18 (siehe etwa die Fig. 5 und 7, 8) über die Belastungseinrichtung 6 (vgl. Bolzen 6c) über die ganze (radial sich erstreckende) Länge ihrer Scherkante 3d gegen die Scherplatte 1 hin niedergedrückt wird (vgl. dazu auch Fig. 23) und anderseits das Zentrum des kardanischen Lagers 10 in einem vorbestimmten Abstand 9 zur Scherplatte 1 liegt, ergibt sich der schon erwähnte Anstellwinkel 4. Unabhängig davon, ob die Scherplatte 1 rundum exakt im rechten Winkel zur Antriebsachse 111a (Fig. 1A) steht bzw. ob die Achse O parallel zur Scherplatte 1 liegt, wird die Scherkante 3d über ihre gesamte Länge in jeder Drehposition zunächst an der Scherplatte 1 anliegen (in ihrem bewegungslosen Zustand), wogegen ab Beginn der Drehung (Pfeil 5) um die Achse 111a ein dynamischer Zustand erreicht wird, in dem die Kante durch die Auftriebskräfte 8 der Masse so weit angehoben wird, dass sich ein konstanter Scherspalt 13 bildet. Denn durch die Dynamik der Bewegung und die rheologisch-physikalischen Eigenschaften der zu bearbeitenden Dispersion im Einzugsbereich 2 und im Einzugsspalt 7 sowie auf Grund des Anstellwinkels 4 wird die das Scherwerkzeug 3 von der Scherplatte 1 leicht anhebende Auftriebskraft 8 entstehen, welche den Anstellwinkel 4 geringfügig verkleinert. Die Drehgeschwindigkeit 5 des Scherwerkzeuges 3, zusammen mit dem Einzugsspalt 7 und den physikalischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Stoffes sowie dem resultierenden Gleichgewichtszustand der Andruckkräfte 6 mit den Antriebskräften für die Bewegung 66, sowie die das kardanische Lager 10a festhaltenden Reaktionskräfte, und der Auftriebskräfte 8 mit den Gegenkräften aus Scherung und Staudruck 88 im Einzugsraum 2 unter dem Scherwerkzeug 3 bestimmen letztlich die Grosse des Scherspaltes 13 (Abstand 15 der Scherkante 3d von der Scherplatte 1). Die gewünschte Grosse dieses Scherspaltes 13 bzw. der Abstand 15, welcher die Bearbeitungsfeinheit der Dispersion bestimmt, lassen sich durch die Grosse der Belastung 6 einstellen und vorzugsweise auch variieren. Denn alle auf das Scherwerkzeug 3 wirkenden Kräfte werden letztlich in einem Gleichgewichtszustand zueinander sein. Für eine Vermahlung bedeutet das, dass die maximale Korngrösse einer zu vermählenden Dispersion nach einem Durchgang durch den Scherspalt 13 nicht grösser ist als dieser selbst.

Bis jetzt wurde im Wesentlichen die Anordnung, Ausbildung und Lagerung des jeweiligen Scherwerkzeuges 3 besprochen. Dieses kann aber auf verschiedene Weise relativ zur Scherplatte 1 angetrieben werden. Denn das Problem, um das es hier geht, ist ja die Bearbeitung einer Masse bzw. Dispersion, wie Schokolade, Farben Beschich- tungsmassen o.dgl. Dabei können die Arme 18 an der Welle etwa radial von ihr abstehen. Selbstverständlich bedarf es nicht unbedingt einer Konstruktion mit Armen 18, weil die Scherwerkzeuge 3 beispielsweise auch an einem über ihnen liegenden Teller gelagert und von diesem angetrieben sein können, der sie voll oder nur teilweise abdeckt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen aber zwei Varianten zur oben erwähnten Lösung. Dreht sich nämlich die Welle 111 im Sinne des Pfeils 16 im Uhrzeigersinn, dann lässt sich mit etwa tangential zur Drehrichtung 16 angeordneten und unter einem der Drehrichtung 16 entgegengesetzten Armen, die in Fig. 9 radial nach aussen zu unter einem, diesmal von 90° abweichenden, Winkel -α rückwärts gerichtet sind, nach Art einer Zentrifugalpumpe eine Pumpwirkung entfalten. Diese Pumpwirkung kann beispielsweise dazu ausgenutzt werden, die bearbeitete Masse radial nach aussen beschleunigt in eine dort angeordnete Abflussöffnung oder deren mehrere zu fördern, was aber auch bedeutet, dass die Verweilzeit im jeweiligen Reaktionsraum verkürzt wird. Umgekehrt kann es erwünscht sein, die Masse intensiver zu bearbeiten, und zu diesem Zweck können die Arme 18 gemäss Fig. 10 zur Drehrichtung 16 gesehen, radial nach aussen zu unter einem Winkel +α vorwärts gerichtet sein, um so der Zentrifugalkraft entgegenzuwirken und die Masse verzögert nach aussen zu befördern, d.h. die Verweilzeit im Reaktionsraum zu verlängern.

Während die Fig. 1A eine Maschine 101 zeigt, welche insgesamt für den beabsichtigten Zweck besonders ausgebildet ist, zeigen die Fig. 11A und 11B Maschinen, wie sie in ihren Grundzügen als Mischer bekannt sind, jedoch zur Bearbeitung der Masse bzw. Dispersion mit den erfindungsgemässen Scherwerkzeugen versehen sind. Dabei zeigt Fig. 11 A strich-punktiert ein Mischgefäss 101a, das an seiner Oberseite einen Antrieb mit einem Motor M und Motorwelle Mw und einer parallel dazu gelagerten und über Keilriemen K angetriebenen hohlen Welle 111' mit einem Gehäuse 126 am Gefäss 101a angeflanscht ist. Diese Welle 111' rotiert um eine feststehende Achse 17, die an der Oberseite mittels der in Fig. 26 im Detail gezeigten Form- oder Keilachse K1 und Bolzen 123 zwar drehfest, aber axial verschiebbar an einem Deckel 124 gelagert ist und an der Unterseite die Scherplatte 1a trägt. Nach Lösen der Muttern 140 kann durch eine relativ leichte Axialverschiebung der Keilachse K1 , die (nach Fig. 24) an der Unterseite die Scherplatte 1a trägt, die letztere relativ zu den Scherwerkzeugen 3 verschoben werden, was bedeutet, dass die jeweiligen, die Belastungseinrichtung bildenden Federn 6 in den Gehäusen 6b zusammengedrückt oder entlastet werden. Auf diese Weise lässt sich also deren Druck einstellen, ohne jede einzelne Justierschraube 122 (Fig. 4) betätigen zu müssen. Somit besitzt die Vorrichtung zwei unterschiedliche Druckeinstellmöglichkeiten, d.h. einerseits individuell über die Justierschrauben 122 und anderseits insgesamt über das Heben oder Senken der Keilachse K1 über die Muttern 140. Da aber die Gesamtverstellungseinrichtung eine Relatiwerstellung von Scherwerkzeugen 3 und Scherplatte 1 vornimmt, versteht es sich, dass dies auch umgekehrt gelöst sein könnte, indem die Welle 111' gegenüber der Scherplatte 1 höhenverschiebbar ist, doch wird dies im Allgemeinen weniger bevorzugt sein.

Über Anschlüsse 125 kann dem Zwischenraum zwischen der Welle 111' und der Achse 17 oder gesonderten Kanälen Temperiermittel zugeführt werden. Der Vorteil dieser Lösung liegt nicht zuletzt darin, dass das Mischgefäss 101a - nach Abschrauben des Gehäuses 126 - auch für andere Aufgaben eingesetzt werden kann. Es kann auch - an Stelle des Gehäuses 101a ein solches aufgesetzt werden, bei dem mehrere zueinander parallele Wellen 111 oder 111', beispielsweise auch mit unterschiedlichen Werkzeugen, wie Dissolverwerkzeugen zum Auflösen von grosseren Partikeln oder Agglomera- ten, von einem gemeinsamen Motor oder jeweils separat angetrieben werden.

Ähnlich ist die Situation im Falle der Fig. 11B, wobei aber an Stelle eines fest mit dem Behälter 101a verbundenen Antriebsgehäuses 126 (Fig. 11A) ein über einen Hebekolben 127 in einem Ständer 128 heb- und senkbares Gehäuse 126a vorgesehen ist, so dass der Behälter 101a, nach dem Herausheben der in Fig. 24 im Einzelnen dargestellten Werkzeuganordnung oder Schereinheit 1 , 18 aus dem Behälter, weggerollt und durch einen anderen Behälter ersetzt werden kann. Die Antriebseinheit der Fig. 11 B kann dabei im Wesentlichen genau so ausgebildet sein, wie dies für die Fig. 11A bzw. in Fig. 26 dargestellt ist. Ausserdem wäre es denkbar, die Hubvorrichtung 127, 128 auch während des Bearbeitens im Behälter 101a zu betreiben, um so eine Auf- und Abwärtsbewegung der Schereinheit 1, 18 zu erzeugen. In ähnlicher Weise kann es auch bei der Ausführung nach Fig. 11A für manche Anwendungen erwünscht sein, die Antriebswelle 111' während der Drehung im Behälter 101a auf- und abzubewegen und dazu eine entsprechende Hubvorrichtung vorzusehen, obwohl es in beiden Fällen auch möglich ist, die Auf- und Abbewegung durch Heben und Senken des Behälters 101a relativ zur Schereinheit 1 , 18 zu erzeugen.

An dieser Stelle sei bemerkt, dass im folgenden die Schnitte nach den Linien XII-XII, XIII-XIlI und XlV-XIV der Fig. 1 B besprochen werden sollen, dass aber die diesbezüglichen Ausführungen in analoger Weise auch für eine Bearbeitungsmaschine nach den Fig. 11 A oder 11 B gelten.

In Fig. 12 ist ein vergrösserter Schnitt nach der Linie XII-XIl zu sehen, der jedoch auch den Anschluss 121 (Fig. 1A) und den Temperierkanal 120 samt den Dichtungen 108 im Einzelnen veranschaulicht. Zweckmässig sind bei der dargestellten Ausführung mit einem Temperierkanal 120 noch weitere Dichtungen 129 vorgesehen. Dies ist vorteilhaft, wenn die Scherplatte 1 an ihrer Oberseite eine Schieissplatte 1z trägt, die gewünsch- tenfalls, nach Lösen der Bolzen 107, leicht auswechselbar ist. Fig. 13 zeigt den Schnitt nach der Linie XlII-XIII der Fig. 1B, doch ist hier eine der Durchgangsöffnungen 112 zu sehen. Wie ersichtlich, sind die Durchgangsöffnungen 112 so angeordnet, dass keine zusätzliche Dichtung gegenüber dem Temperierkanal 120 erforderlich ist.

Fig. 14 veranschaulicht die Anordnung des Entlüftungsrohres 117 in einem Schnitt nach der Linie XIV-XIV der Fig. 1B. Auch dieses Entlüftungsrohr 117, welches die Verbindung des Raumes oberhalb der Scherplatte 1 und dem Raum darunter herstellt, ist so angeordnet, dass keine zusätzliche Dichtung gegenüber dem Temperierkanal 120 erforderlich ist.

Die Fig. 15 bis 19 zeigen eine Ausführungsvariante einer Scherplatte 1 ', bei der für eine zusätzliche Bearbeitung, insbesondere eine intensivere Vermahlung, die Scherplatte 1' mit scharfen Kanten 19 (vgl. Fig. 16, 18, 19), bevorzugt sägezahnförmig, an der Fläche der Scherplatte V bzw. einer auswechselbaren Schieissplatte 1z' vorgesehen sind. Bei der Bewegung der Scherwerkzeuge 3 (siehe vorige Figuren) über die Sägezähne mit der Kante 19 ergeben sich schlagartige Auf- und Abbewegungen des, bevorzugt plat- tenförmigen, Scherwerkzeuges 3, die - zusätzlich zur Scherung - zu einem besseren Mahleffekt durch zusätzliches Zerschlagen der Feststoffpartikel führen. Auf diese Weise kann gegebenenfalls auf eine Vorvermahlung gröberer Partikel verzichtet werden. Im Vergleich dazu zeigt Fig. 20 eine Perspektivdarstellung der schon erläuterten Scherplatte 1.

Während die Fig. 21 zur Verdeutlichung der geometrisch-physikalischen Gegebenheiten bei der Erfindung oben bereits besprochen worden ist, zeigen die Fig. 22a bis 22c den theoretischen Fall einer nicht-kardanischen Lagerung der Scherwerkzeuge 3, die hier jeweils an ihren beiden Enden gelagert sind, d.h. mit pro Schwerwerkzeug 3 doppelseitiger Lagerung. Dies zeigt klar den Nachteil auf, dass bei mangelnder Parallelität der Arme 18 bzw. des Schwerwerkzeuges 3 zur Scherplatte 1 (sei es durch Abweichungen innerhalb der geometrischen Toleranz oder durch im Betrieb entstandene Abweichungen infolge von Abrieb) ein einseitig aufgeweiteter und somit nicht parallel verlaufender Scherspalt entsteht. Denn es ist klar, dass so eine automatische Anpassung an Parallelitätsfehler infolge von Toleranzen, Montagefehler oder Abnützung nicht möglich ist; anderseits ist ebenso klar, dass die gezeigte Anordnung leicht in eine erfin- dungsgemässe umgewandelt werden könnte, indem etwa die dargestellte Zapfenlagerung einseitig durch ein Kardangelenk beispielsweise nach Art der Fig. 5-8 ersetzt wird, wobei am anderen Ende vorteilhaft die Ausbildung entweder nach Fig. 3 oder nach Fig. 23, allenfalls mit entsprechender Führung und/oder Halterung gegen Herausfallen des Kardanzapfens aus seinem Lagerloch, vorgesehen wird.

Jedenfalls lässt natürlich eine fixe, zweifache Lagerung des Scherwerkzeuges mit einander gegenüberliegenden Lagerzapfen eine Parallelität nur in der einzig möglichen Stellung zu, um so einen überall gleichmässigen Mahlspalt oder Scherspalt (vgl. 13 in Fig. 21) zu erzeugen. Hier erweist es sich, dass das erfindungsgemäss vorgesehene Kardangelenk eine dynamische Anpassung über den gesamten Umdrehungsbereich von 360° zulässt und damit stets ein gleichmässiger Scherspalt (13 in Fig. 21) gewährleistet ist.

Wenn nun die Fig. 22c zeigt, wie die Anordnung mit zwei einander gegenüberliegenden Armen und Scherwerkzeugen (an Stelle von vier kreuzweise angeordneten Armen entsprechend Fig. 1B) sein kann, so soll hier erwähnt werden, dass bezüglich der Zahl der rund um die Antriebswelle 111 angeordneten Scherwerkzeugen an sich keine Beschränkung besteht. Aus Gründen der Vermeidung von Unwucht ist aber zweckmässig, wenn die Scherwerkzeuge in gleichen Winkelabständen rund um die Welle 111 und ihre Achse 111a angeordnet sind. Allerdings kann es in manchen Fällen erwünscht sein, nur ein einziges Scherwerkzeug 3 an der Welle 111 zu befestigen, und in diesem Falle mag es vorteilhaft sein, wenn sich ein solches Scherwerkzeug am Ende der Welle 111 quer zu dieser erstreckt, so dass sich sein eines Ende an der einen Seite der Welle 111 , das andere Ende an der anderen Seite der Welle 111 befindet.

Eine Version mit gekühlter Scherplatte 1a (vgl. auch die Fig. 11 A, 11B) ist den Fig. 24 bis 26 zu entnehmen. Die Anordnung und Lagerung des aus Fig. 24 ersichtlichen Scherwerkzeuges 3 ist dieselbe wie bereits an Hand der Fig. 2-8 beschrieben wurde. Dabei wird die Antriebswelle 111', gelagert in je einem ortsfesten Lager 28, 28' (Fig. 26), ähnlich wie in Fig. 11A über ein Keilriemenrad 36 und die Keilriemen K angetrieben, während in ihrem hohlen Inneren das drehfeste aber vorteilhaft axial verschiebbare, Doppelrohr 17 (vgl. auch die Anschlüsse 125 in Fig. 11A) montiert ist, über welches in der aus Fig. 24 ersichtlichen Weise mittig ein Temperiermedium einem Zufuhrkanal 25 zugeführt und peripher (siehe die Pfeile) aus dem Temperierkanal 120 wieder abgeführt wird. Auf diese Weise ist eine intensive Temperierung und insbesondere eine sehr effektive Abfuhr der entstehenden Bearbeitungswärme möglich.

In Fig. 27 ist eine Ausführungsvariante in Form eines Extruders 101 b dargestellt, bei dem jedoch an Stelle einer Extruderschnecke die erfindungsgemäss einseitig karda- nisch gelagerten Scherwerkzeuge 3 an Armen 18 vorgesehen sind. Im Zentrum der Arme 18 steckt die Formwelle bzw. Keilwelle 111" in einer mit dem Scherarm fest verbundenen Mitnahmehülse 43 (Fig. 28, 31) mit einer entsprechenden zur Aussenform der Welle 111" komplementären Form, die sich zweckmässig durch eine Öffnung 111a" zwischen den Armen 18 fortsetzt. Die Aussenform der Formwelle 111" kann an sich beliebig sein, wie dies im Stande der Technik an sich bekannt ist, z.B. als Keilwelle.

Aus Fig. 28 auch ersichtlich, dass die Arme 18 vorteilhaft eine - in Drehrichtung - nach vorne zu weisende und gegen das Scherwerkzeug 3 hin geneigte Fläche 44 aufweisen, welche somit einerseits ein strömungsgünstigeres Profil in der zu verarbeitenden Masse bildet, anderseits diese Masse gegen das jeweilige Scherwerkzeug 3 hin ablenkt.

Wie aus Fig. 27 ersichtlich wird, ist das Extrudergehäuse 103a modular aufgebaut, wobei die einzelnen Module durch Spannschrauben 37 zusammengepresst sind, was gleichzeitig die jeweils vorausberechnete Kraft der Belastungseinrichtung (Feder 6 im Federgehäuse 6b) bestimmt und erzeugt. Das heisst, dass an sich die Belastung der durch die Feder 6 jeweils durch die Geometrie bzw. die Länge der Hülsen 43 bestimmt wird. Gegebenenfalls kann man aber zwischen einander gegenüberliegenden Hülsen (vgl. Fig. 28) eine Spreizvorrichtung zum Einstellen der Federkraft vorsehen, also beispielsweise einen Exzenter bzw. eine Nocke, ein Kniehebelgelenk o.dgl. Jeder Modul umfasst eine temperierbare Scherplatte 1b und dazwischen das Gehäuse 103a, welches, wie gezeigt, ebenfalls temperierbar ist. Wie ersichtlich sind die Arme 18 an der Antriebswelle 111" jeweils gegeneinander gekehrt axial verschiebbar mit ihren Hülsen 43 aufgezogen, so dass gemäss Fig. 28 ihre freien Enden 130 gegeneinander stossen. Im nicht eingebauten Zustand definiert dies den unbelasteten Abstand 131a (vgl. den belasteten Abstand 131 in Fig. 27) der einander gegenüberliegenden Scherkanten 3d von der jeweiligen Scherplatte 1b (vgl. Fig. 27, 28). Zwischen den jeweiligen Scherein- heiten 1b, 18 befinden sich, vorteilhaft temperierbare, Zwischenplatten 38, die eine Umlenkung der Strömung von aussen nach (radial) innen erzwingen.

Auf diese Weise tritt die zu bearbeitende Masse über die Zufuhrleitung 113 in einen nach rechts zu (gesehen in Fig. 27) in nicht dargestellter Weise abgedichteten Ringraum 40 rund um die Welle 111" ein und wird dann von der radial inneren Seite her, gegebenenfalls unterstützt durch die Zentrifugalkraft, beispielsweise bei einer Ausbildung der Arme 18 im Sinne der Fig. 9, nach radial aussen geleitet, wie die Pfeile in Fig. 27 zeigen. Teilweise aber tritt die Masse schon zwischen den Armen 18 hindurch und erreicht einen wiederum radial innen gelegenen Spalt 41 der Zwischenscheiben 38, von wo sie über die nächste Scherplatte 1 b radial nach aussen zur Durchtrittsöffnung 112 der nächsten Scherplatte 1b gelangt. Dies wiederholt sich beliebige Male, wobei gegebenenfalls allseitig temperierbare Konditionierräume 42 vorgesehen werden. Am Ende tritt dann die bearbeitete Masse über einen ähnlich dem Ringraum 40 ausgebildeten Ringraum 40a und eine Austragleitung 109a wieder aus.

Während Fig. 29 in Perspektivansicht jene Ausführung mit einer vollen Antriebswelle 111 und den Armen 18 veranschaulicht, wie sie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1A, 1 B Verwendung finden, zeigt Fig. 30 die hohle Antriebswelle 111', welche bei der Ausführung nach den Fig. 11A und 11b verwendet wird.

Aus den obigen Varianten ist ersichtlich, dass die Erfindung die verschiedenste Gestalt annehmen kann, wobei lediglich die kardanische Lagerung der Scherwerkzeuge 3 von Bedeutung ist. Diese Scherwerkzeuge 3 sind bevorzugt derart rechteckig, wie dies in den Fig. 21 oder 23 dargestellt ist, doch sind auch andere Formen möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Bearbeitungsvorrichtung (101 ; 101 a; 101 b) zum Bearbeiten von Dispersionen mit mindestens einem gegenüber einer Scherfläche einer Scherplatte (1 ; 1a, 1') zu einer streichenden Bewegung geführten und über eine Antriebswelle (111 ; 111 '; 111") zu einer Drehbewegung (16) angetriebenen länglichen Scherwerkzeug (3), dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Scherwerkzeug (3) sich unter einem Winkel (z.B. -α,+α) quer zur Achse (111a) der Antriebswelle (111 ; 111 '; 111 ") erstreckt, dass das jeweilige Scherwerkzeug (3) eine im wesentlichen quer zur Achse (111a) der Antriebswelle (111 ; 111'; 111") verlaufende Scherkante (3d) an einer Scherfläche (3c) besitzt, dass das jeweilige Scherwerkzeug (3) mit der Antriebswelle (111) über ein Kardangelenk (1 Oa) verbunden ist, und dass eine Belastungseinrichtung (6), insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, welche etwa im Bereiche der Scherkante (3d) oder nahe dieser die Scherkante (3d) gegen die Scherplatte (1 ; 1a; 1") hin belastet, während die Scherfläche (3c) auf Grund des Kardangelenkes (10a) einerseits und der Belastungseinrichtung (6a) anderseits, einen Einzugswinkel (4) bildend, schräg zur Scherplatte (1; 1a; 1 ') verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der folgenden Merkmale vorgesehen ist:

a) die Scherplatte (1 ; 1a; 1') ist als im wesentlichen ebene Scheibe oder Teller ausgebildet; b) das Scherwerkzeug (3) ist im wesentlichen länglich rechteckig, wobei vorzugsweise das Kardangelenk (10a) in einem Abstand von der Scherkante (3d) angeordnet ist; c) es sind mindestens zwei Scherwerkzeuge (3), z.B. vier, vorgesehen, die vorzugsweise in gleichmässigen Winkelabständen rund um die Antriebswelle (111 ; 111'; 111") angeordnet sind; d) wenigstens zwei Belastungseinrichtungen (6) ist jeweils eine individuelle Justiereinrichtung (122) zum Einstellen der Kraft zugeordnet, vorzugsweise aber auch eine Gesamtjustiereinrichtung (17, 140).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Scherwerkzeug (3) an der dem Kardangelenk (10a) gegenüberliegenden, vorzugsweise radial aussen liegenden, Ende mittels einer Führungsanordnung (119) im wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung bzw. parallel zur Achse der Antriebswelle geführt ist, dass bevorzugt die Führungsanordnung (119) von einem Langloch an einem von der Antriebswelle abstehenden Arm (18) gebildet ist, und dass zweck- mässig diese Führungsanordnung (119) das Scherwerkzeug (3), insbesondere einen daran befestigten, gegebenenfalls zylindrischen, Zapfen (10), mit Spiel in Drehrichtung führt, beispielsweise indem die Breite des Langloches grösser ist als der Durchmesser des Zapfens (10).

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kardangelenk (10a; 10a') einer der folgenden Bedingungen genügt:

a) es besitzt eine Längsachse (O), die in einem Abstand, insbesondere am der Scherkante (3d) gegenüberliegenden, die Breite (11) des Scherwerkzeuges (3) begrenzenden Ende des Scherwerkzeuges (3), von der Scherkante (3d) gegenüber der Achse (111a) der Antriebswelle (111 ; 111 '; 111") etwa radial verläuft, wobei vorzugsweise das der Antriebswelle (111 ; 111'; 111") abgewandte Ende des Scherwerkzeuges (3) eine Bewegung parallel zur Achse (111a) der Antriebswelle (111 ; 111 '; 111 ") zulassende Führung aufweist, bevorzugt mit einem einen Längsschlitz (119) durchsetzenden Lagerzapfen (10), wobei zweckmässig die Lagerung in Richtung der Drehbewegung (5) ein Spiel aufweist; b) es ist bezüglich der Antriebswelle(111; 111'; 111 ") an der radial inneren Seite angeordnet; c) es umfasst einen am Scherwerkzeug (3) angebrachten Zapfen (10a) mit gegen das freie Ende abnehmendem Durchmesser.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherplatte (1 ; 1a; 1') einer der folgenden Bedingungen genügt:

a) sie ist als im wesentlichen ebener Teller ausgebildet, der jedoch gegebenenfalls im Querschnitt zwischen Zentrum und Peripherie sägezahnartig ausgebildet ist; b) sie besitzt mindestens eine Durchtrittsöffnung (112) für die bearbeitete Masse, vorzugsweise eine Mehrzahl solcher Öffnungen (112), die wenigstens über einen Teilbereich der Fläche, insbesondere um einen Umfangsbereich derselben, verteilt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Scherwerkzeug (3) von einem es der Länge nach übergreifenden Arm (18) getragen ist - vorzugsweise mittels zweier einander gegenüberliegender Lager- bzw. Führungsanordnungen (10, 10a), von denen eine, insbesondere die der Antriebswelle (111 ; 111'; 111") näher liegende, von dem Kardangelenk (10a) gebildet ist, und dass der Arm (18) vorzugsweise eine - in Drehrichtung - nach vorne zu weisende und gegen das Scherwerkzeug (3) hin geneigte Fläche aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Scherkante (3d) zu dem von der Achse (111a) der Antriebswelle (111 ; 111'; 111") ausgehenden Radius unter einem von 90° abweichenden Winkel (-α,+α) steht, insbesondere unter einem der Drehrichtung (16) entgegengesetzten, radial nach aussen zu rückwärts gerichteten und so eine Pumpwirkung entfaltenden Winkel (-α) und/oder unter einem zur Drehrichtung (16) gesehen, radial nach aussen zu vorwärts gerichteten und so der Zentrifugalkraft entgegenwirkenden Winkel (+α).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherplatte (1 ; 1a; 1") zumindest drehfest, vorzugsweise im wesentlichen ortsfest, in ein, beispielsweise rohrartiges, Behältnis (101; 101a; 101 b) eingebaut oder in dieses mit Hilfe einer Hebeeinrichtung (127) einsenkbar ist, und dass vorzugsweise in der Scherplatte (1 ; 1a; 1') mindestens ein Temperierkanal (25, 120) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Scherplatten (1b) ortsfest in einem rohrförmigen Gehäuse (103a) angeordnet sind, wobei die zugehörigen Scherwerkzeuge (3) einander abgewandt gegenüber einer antreibenden Formwelle (111 ") verschiebbar aber drehfest, vorzugsweise mittels mit ihnen fest verbundenen Hülsen (43) angeordnet sind, und dass gegebenenfalls der Druck der Belastungseinrichtung (6) durch die Abmessungen gegeneinander spannbarer Abschnitte des Gehäuses (103a) bestimmt ist.

10. Verwendung einer Vorrichtung mit mindestens einem Scherwerkzeug (3), das mit der Antriebswelle (111) über ein Kardangelenk (10a) verbunden ist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Bearbeitung einer Dispersion, insbesondere einer kakaohältigen Masse.