EP2231336A1

EP2231336A1 - Bearbeitungsvorrichtung für dispersionen

Info

Publication number: EP2231336A1
Application number: EP08870002A
Authority: EP
Inventors: Kurt Müntener
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-09-29
Also published as: WO2009086647A1

Abstract

Eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Dispersionen weist einen von einer etwa zylinderförmigen Innenwand (3) umgebenen, und sich entlang der Zylinderachse (A') erstreckenden Behälterraum (1 ) zur Aufnahme der zu bearbeitenden Dispersion und mindestens ein in den Behälterraum (1) ragendes Reib- und Scherwerk auf. Das Reib- und Scherwerk besitzt zumindest einen Rollkörper (4; 104, 204, 304), der an einer um eine Drehachse (A) drehende Rotorwelle (24) gelagert ist, mit seiner Umfangsfläche (10) an der einer Innenwand (3 bzw. 5) anliegt und an dieser Innenwand (3 bzw. 5) im Behälterraum (1 ) schleifend abrollend eine Reibung bzw. Scherung auf die Dispersion ausübt. Dabei die Umfangsfläche (10) bzw. der zugehörige Rollkörper (4; 104; 204; 304) drehfest mit seiner Rotorwelle (24) bzw. Achse (A) verbunden und weist ein Kardangelenk (4, 32a, 32b) zur Selbstausrichtung auf.

Description

BEARBEITUNGSVORRICHTUNG FÜR DISPERSIONEN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Dispersionen, mit einem von einer etwa zylinderförmigen Innenwand umgebenen, und sich entlang der Zylinderachse erstreckenden Behälterraum zur Aufnahme der zu bearbeitenden Dispersion und mindestens einem in den Behälterraum ragenden Reib- und Scherwerk, das mindestens einen Rollkörper aufweist, der an einer um eine Drehachse drehende Rotorwelle ist, mit seiner sich im wesentlichen parallel zur Zylinderachse angeordneten Umfangsfläche an einer Innenwand anliegt und an dieser Innenwand im Behälterraum schleifend abrollend eine Reibung bzw. Scherung auf die Dispersion ausübt. Eine derartige Bearbeitungsvorrichtung ist beispielsweise aus der US-A-3,840,190 bekannt geworden.

Bei der bekannten Ausführung ist ein Rotor mit entlang der Zylinderachse verlaufender Achse als Träger für mehrere walzenartige Rollkörper an seinem Umfang vorgesehen. Die Rollkörper sind derart am rotierenden Träger gelagert, dass ihre äussere Umfangsfläche (infolge von am Rollkörper vorgesehenen Schneckengängen gibt es auch eine innere Umfangswand) im wesentlichen an der Innenwand des stillstehenden Behälters anliegt und an ihr um je eine Drehachse herum abrollt und antreibt. Wesentlich ist dabei aber eine genügende Differenzgeschwindigkeit zwischen den Flächen, um die notwendige Scherung durchzuführen. Diese Art der Bearbeitung kann für die verschiedensten Dispersionen eingesetzt werden, ist aber hauptsächlich für Schokolade- und Kakaomassen sowie Farbdispersionen gedacht.

Dieses Prinzip wurde in mehreren Schriften in Varianten gezeigt, hat sich aber am Markt kaum durchgesetzt. Der Grund dafür liegt nicht zuletzt darin, dass für eine wirksame Bearbeitung, gerade von Schokolade, es erforderlich ist, dass die Umfangswand des jeweiligen Rollkörpers über ihre ganze Länge an der Innenwand anliegt. Dies aber ist schwierig zu erzielen. Ist nämlich die Drehachse des Rollkörpers nicht exakt parallel zur Zylinderachse des Behälterraumes, dann liegt der Rollkörper leicht quer. Durch die

BESTATIGUNGSKOPIE Krümmung des Zylinderraumes - und je nach Schräglage der Drehachse durch Toleranzen bei der Montage, durch Abnützung u.dgl. - liegt dann der Rollkörper statt entlang einer ganzen Linie nur mehr an zwei Punkten an der Innenwand an, so dass eine effiziente Bearbeitung nicht mehr möglich ist. Das Problem verschärft sich noch dadurch, dass ja auch die Drehachsen der Rollkörper exakt parallel zur Zylinderachse des Behälterraumes liegen müssen, weil sonst dasselbe Problem auftritt. Und zu guter Letzt sei noch erwähnt, dass es zu lokalen Ausreibungen kommen kann, wenn nämlich die Achsen (im obigen Sinne) nicht parallel sind bzw. wenn aus irgend einem Grund ein Rollkörper an einer Stelle der Innenwand stärker reibt als an einer anderen Stelle, wodurch sich Aushöhlungen, d.h. Ungleichmässigkeiten im an sich zylindrischen Verlauf der Innenwand bilden. Nichtsdestoweniger sei anerkannt, dass der bekannte Lösungsansatz wenigstens den Vorteil einer relativ kompakten Bauweise hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sicherzustellen, dass solche Schräglagen nicht vorkommen können bzw. dass immer eine exakte Anlage in einer Linie der Flächen möglich ist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Umfangsfläche bzw. der zugehörige Rollkörper drehfest mit seiner Rotorwelle bzw. Achse verbunden ist und ein Kardangelenk zur Selbstausrichtung aufweist. Durch die drehfeste Verbindung wird - statt der bekannten reinen Abrollbewegung - eine Differenzgeschwindigkeit zwischen Rollkörper und Innenwand bei gleichzeitiger automatischer Anpassung der Flächen aneinander auf Grund des Kardangelenkes möglich.

Was das Kardangelenk betrifft, so werden deren Aspekte später, an Hand der Zeichnung, näher beleuchtet, da sich hier eine erstaunliche automatische Selbstausrichtung des Rollkörpers ergibt.

Wenn hiervon einem Rollkörper die Rede ist, so sei darauf hingewiesen, dass zwar eine Walzenform, allenfalls in einer dem obigen Stand der Technik entsprechenden Variante, im allgemeinen bevorzugt sein wird, dass aber auch andere Variationen denkbar sind. Beispielsweise könnte die Innenwand des Behälters etwa nach innen gekrümmt sein, um sich einem kugel- oder kalottenartigen, allenfalls auch konischen oder konisch gebauchten Rollkörper anzuschmiegen.

Im Gegensatz zum genannten Stand der Technik, bei dem sich praktisch nur eine drucklose Planetenbewegung des Rollkörpers ergibt, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, wenn die den Rollkörper antreibende Welle bezüglich der drehbaren Innenwand auf sie zu und von ihr weg beweglich, insbesondere um einen Kipppunkt kippbar, gelagert ist, und wenn eine Belastungseinrichtung zum Belasten des an der beweglichen Welle kardanisch befestigten Rollkörpers gegen die drehbare Inn- wand hin vorgesehen ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht bzw. einen Schnitt nach er Linie M-Il-Il der Fig. 1 ; die

Fig. 3a, 3b in einer Art explodierter Darstellung die Kardanlagerung in perspektivischer Darstellung; wovon die

Fig. 4 und 5 zwei weitere Schnitte veranschaulichen, wobei die Fig. 5 ein Schnitt durch die Fig. 4 im Sinne der Linie V-V ist;

Fig. 6 eine besondere Ausführungsform des Rollkörpers mit schraubenlinien- förmiger Kerbung, wovon die

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6 veranschaulicht;

Fig. 8 eine Ausführungsvariante des Rollkörpers in einem der Fig. 7 ähnlichen

Schnitt; und Fig. 9 eine gegenüber Fig. 1 vergrösserte Darstellung einer weiteren Ausführungsform er erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung.

Hier sei betont, dass die schematischen Darstellungen lediglich der Erläuterung der Erfindung dienen und daher nicht massstabgetreu sind. So würden in der Praxis, etwa im Falle der Fig. 1 , die Bearbeitungswellen gegenüber dem Behälterraum derart ins Verhältnis gebracht, dass der letztere radial breiter ist, um so mehr Platz zur Lagerung der die jeweilige Innenwand drehbar lagernden zentralen Welle zu schaffen. Zwar ist in den Beispielen der Fig. 1 und 9 jeweils eine zentrale Welle für die drehbare Innenwand vorgesehen, doch ist für den Fachmann leicht vorstellbar, eine oder mehrere exzentrisch zum Behälterraum angeordnete Paare von Bearbeitungswerkzeugen, d.i. Innenwand und Rollkörper, im Behälterraum anzuordnen.

Dieser Behälterraum ist in Fig. 1 mit 1 bezeichnet und kann - wie durch zwei strichpunktierte Linien angedeutet - an sich beliebig hoch sein, wie es eben die jeweilige Konstruktion als sinnvoll erscheinen lässt. Dieser Behälterraum 1 ist von einem Behälter 2 mit einer ortsfesten Innenwand 3 umgeben. Beim Stand der Technik ist es diese Innenwand, an der ein walzenartiger Rollkörper schleifend abrollt. „Schleifend abrollt" heisst, dass sich in der Praxis ein gewisser Geschwindigkeitsunterschied ergibt, der zu einer durchaus erwünschten Scherwirkung auf die Masse der Dispersion führt.

Ausserdem besitzt der Behälter 1 auch eine Aussenwand 7, um zwischen Innenwand 3 und Aussenwand 7 einen Kühlspalt 8 aufzunehmen, der hier als blosser Leerraum gezeichnet ist, aber jede aus dem Stand der Technik bekannte Form und Funktion haben kann, wie etwa mit schraubenlinienförmig um den Behälter laufenden Kühlkanälen gleich oder über die Länge unterschiedlicher Breite, mit Kühlwasser, Kühlluft oder einem verdampfbaren Kühl- bzw. Temperiermittel usw. (vgl. die spätere Erläuterung des Begriffes „Temperiermittel").

Auch hier sind - wie beim Stand der Technik - Rollkörper 4 mit Drehachsen A vorgesehen, die parallel zur Achse A' der jeweiligen Innenwand angeordnet sein müssen, denn wegen der zylindrischen Krümmung dieser Innenwand, bewirkt jede Ungenauigkeit, dass der zugehörige Rollkörper nur noch an zwei Punkten an seinen Enden anliegt. Wie noch erläutert wird, ist daher eine kardanische aber drehfeste Lagerung des Rollkörpers an seiner zugehörigen Welle von Vorteil, weil sich damit ein Ausgleich und eine automatische Selbstorientierung der Lage ergibt, so dass die genannte Parallelität erhalten wird, und zwar unabhängig davon, ob nun der Rollkörper 4 mit der Innenwandfläche 3 zusammenwirkt, oder ob er- wie bevorzugt - mit einer drehbar gelagerten Innenwand 5 zusammen arbeitet.

Während also nach dem Stande der Technik vorgeschlagen wurde, gleich die Innenwand 3 des Behälters 1 als Werkzeugfläche zu verwenden (was schon wegen der zwangsweisen Abnützung dieser Fläche bei der Bearbeitung problematisch ist), wird nach einer Ausführung der Erfindung eine von der Behälterinnenwand 3 gesonderte drehbare Innenwand 5 verwendet, die vorzugsweise von der Fläche eines Verschleiss- belages 6 gebildet ist, der bevorzugt austauschbar ist. Als Verschleissbelag können Hartmetallringe, Keramikringe (weniger bevorzugt) aber auch auf einen Träger aufgebrachte, z.B. aufgedampfte oder galvanisch aufgebrachte, harte Schichten in Frage kommen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn gegebenenfalls auch der Rollkörper 4 einen (äusseren) Belag 10 aufweist.

Dadurch, dass nach der Erfindung die Innenwand oder Innenfläche 5 drehbar ist, kommt es zu einem besseren Zusammenwirken mit dem Rollkörper 4 bei der Bearbeitung von Dispersionen. Auch das Einzugwinkel-Verhältnis zwischen den miteinander kooperierenden Flächen dieser Werkzeuge ist verbessert. Um aber nun die drehbare Lagerung dieser Innenwand 5 zu verwirklichen, ist sie - wie auch Fig. 2 besonders deutlich zeigt - an einem flach topfartigen Körper 9, der aber zweckmässig nicht geschlossen ausgebildet ist, sondern an seinem Boden Durchgangsöffnungen 11 aufweist, die hier (kreis-)rund sind, wie bevorzugt (weil sich keine Ecken ergeben, in denen sich Material ansammeln kann), an sich aber beliebige Form haben können. Durch diese Durchgangsöffnungen 11 ergibt sich ein Dispersionsaustausch von oben nach unten und umgekehrt. Es versteht sich aber auch, dass statt der Topfform des Körpers 9 dieser radiale Arme (oder mindestens einen) aufweisen könnte, zwischen denen dann den Öffnungen 11 entsprechende Zwischenräume verbleiben, In der Mitte des topfartigen Körpers 9 ist eine, allgemein mit 12 bezeichnete, Welle angebracht, beispielsweise - wie dargestellt - angeschweisst. Die Drehlagerung dieser Welle ist herkömmlicher Natur und daher nicht im einzelnen dargestellt. Jedenfalls ist die Welle 12 Teil der drehbaren Lagerung der drehbaren Innenwand 5. Dabei kann die drehbare Lagerung entweder dazu dienen, dass die Innenwand durch die Zusammenarbeit mit den Rollkörpern 4 gewissermassen passiv angetrieben wird, oder es ist für sie ein getrieblicher oder motorischer Antrieb vorgesehen. In allen Fällen wird es vorteilhaft sein, wenn an der Welle 12 eine ihre Drehung kontrollierende Einrichtung 13 (Fig. 1) vorgesehen ist, die beispielsweise zur kontrollierten Bremsung (z.B. Wirbelstrombremsung, deren Bremswirkung Drehzahlabhängig ist) gegenüber der Drehantriebskraft der Rollkörper 5, oder zu einem kontrollierten Antrieb dient.

Es sei hier erwähnt, dass eine Kontrolle der Drehbewegung der Innenwand 5 auch von den Rollkörpern 4 ausgehen kann, die hier als einander gegenüberliegendes Paar von Rollen oder Walzen dargestellt sind, gegebenenfalls aber auch in grosserer Anzahl, theoretisch aber nur als einzelne Rolle, angebracht sein können. Wenn mehrere Rollkörper 4 vorhanden sind, dann ist es zweckmässig, wenn diese (bezüglich der zentralen Achse A) in gleichmässigen Winkelabständen vorgesehen sind, weil sich so die entstehenden Druckkräfte besser ausgleichen. Denn jedem der Rollkörper ist zweckmässig ein Motor M bzw. M¹ zugeordnet, deren Drehzahl vorzugsweise (z.B. über Frequenzumrichter) einstellbar, ja gegebenenfalls auch ihre Drehrichtung umkehrbar ist, Dabei müssen Drehzahl, und gegebenenfalls auch Drehrichtung, der Motoren M, M' nicht unbedingt gleich sein. So kann durch unterschiedliche Drehzahl etwa auch die Drehzahl der passiv angetriebenen Welle 12 verändert werden. Die Rollkörper 4 an sich beliebiger Anzahl können aber auch von einem zentralen Motor über ein Riemengetriebe oder ein anderes Getriebe mit Unter- oder Übersetzung jeweils einzeln mit unterschiedlicher oder gleicher Drehzahl bzw. Drehsinn angetrieben werden.

Es wurde bereits von der Kühlung über den Kühlspalt 8 gesprochen. Da bei der Bearbeitung von Dispersionen, wie Kakaomassen, die Einhaltung einer gewünschten Temperatur oft die Qualität des Produktes entscheidend beeinflusst, ist eine Temperierung (d.h. je nach Anforderung und Gegebenheiten eine Kühlung und oder eine Heizung) vorteilhaft. Dies ist besonders dann der Fall, wenn wie beim dargestellten Ausführungs- beispiel eine relativ intensive Bearbeitung unter Einbringung grosser Energiemengen erfolgt. Es kann also sein, dass zu Beginn der Bearbeitung, wenn die Dispersion noch kalt ist, eine Erwärmung über den Spalt 8 (Temperierspalt) vorteilhaft ist, dann aber- nach einer Zeit der Bearbeitung - ein Kühlen. Um dies optimal durchführen zu können, ist es bevorzugt, wenn auch eine Kühlung der Werkzeuge, hier insbesondere der drehbaren Innenwand 5, erfolgt. Zu diesem Zwecke ist die Welle in etwa von Rührwerksmühlen an sich bekannter Weise über nicht dargestellte Drehein- und -ausführungen mit einem Temperiermittel versorgt wird.

Im vorliegenden Fall ist es sogar so, dass innerhalb der Welle 12 zwei Temperiermittel- Kreisläufe untergebracht sind. Einerseits wird nämlich die, wie gezeigt, relativ dicke Welle 12 selbst gekühlt, zu welchem Zweck ein Zulauf-Ringraum 14 über Bohrungen 16 in einen Ablauf 15 (vgl. Fig. 2) übergeht. Anderseits wird über einen zentralen Kanal 17 einem radial im Boden des topfartigen Körpers 9 verlaufenden Zulaufkanal 18 Temperiermittel zugeführt und gelangt über Bohrungen 19 zu einem Temperierraum 20 hinter dem Verschleissbelag 6. Von dort aus verteilt sich des Temperiermittel über den Umfang hinter der Innenwand 5 (wie in Fig. 1 und 2 strichliert angedeutet) und tritt - in diesem Ausführungsbeispiel an der gegenüberliegenden Seite - über einen radialen Abiaufkanal 21 wieder aus, der ähnlich wie der Zulaufkanal 18 ausgebildet ist. Danach gelangt das Temperiermittel in einen Kanal 22 der Welle 12 und zur (nicht dargestellten, an dieser angebrachten Drehabführung). Hier sei erwähnt, dass es der Effizienz der Kühlung besonders dienlich ist, wenn zwischen den Zu- und Ablaufkanälen (die ja auf unterschiedlichem Wärmeenergieniveau liegen) Isolierungen vorgesehen sind, und dies kann in der dargestellten Weise einfach durch Anordnung von Isolier-Ringräumen 23 geschehen.

Nun sei die kardanische Lagerung der Rollkörper 4 erläutert. Die Elemente dieser kar- danischen Lagerung sind in den Fig. 3a, 3b, 4 und 5 gezeigt, wobei die Darstellung des Lagers in Fig. 1 etwa einem Vertikalschnitt durch die Fig. 5 entspricht.

Die sich entlang der Achse A erstreckende jeweilige Antriebswelle 24 ist in einem Pendelrollenlager 25 derart gelagert, dass sie sich um einen Kipppunkt P verschwenken kann. Zwar wird sie auch noch in einem zweiten, oberen Rollenlager 26 gehalten, doch ist dieses - geführt von einem einen Schlitz durchdringenden Stift 27 zwecksVerhinde- rung einer Drehung des Aussenringes des Lagers 26 - über einen begrenzten Weg mit Hilfe eines Schlittens 28 horizontal verschiebbar, so dass das obere Lager 26 beim Verschwenken der Welle 24 um den Punkt P horizontal verschoben und damit der Rollkörper 4 an die Innenwand 5 angedrückt wird.

Die Anordnung einer kippbaren Welle 24 - die konstruktiv auch anders gestaltet werden könnte - ist aus konstruktiven Gründen einfacher, obwohl es an sich möglich wäre, die Welle 24 und ihre Achse A radial auf die Innenwand 5 zu in anderer Form beweglich zu machen, beispielsweise verschiebbar. Wichtig ist dabei nur die Möglichkeit, eine genügend grosse Anpresskraft zum Andrücken des Rollkörpers 4 an die Innenwand 5 erzeugen zu können.

Am unteren Ende ist die Welle 24 mittels einer zentrierten Kupplung 29 an einen Wellenstummel 24a angekoppelt, der den Rollkörper 4 trägt. Durch die Verschwenkbarkeit der Welle 24 kann also der Rollkörper 4 einerseits fest gegen die drehbare Innenwand 5 gepresst werden, wozu am oberen Ende der Welle 24 eine Belastungseinrichtung 30 vorgesehen ist, anderseits kann sich der zwischen dem Umfang des Rollkörpers 4 und der Innenwand 5 sich ergebende Spalt jeweils einspielen, wie es der Fachmann auf dem Gebiet der Vermahlung von Dispersionen bei Reibwalzwerken gewohnt ist.

Wenn also die Welle 24 um den Punkt P schwenkt, so würde der Rollkörper 4 bei fixer Befestigung am Wellenstummel 24a in eine leichte Schräglage gegenüber der Innenwand 5 kommen, was zu einer unerwünschten Linien- oder beinahe Punktberührung führte. Um diese zu verhindern, ist am Wellenstummel 24a in an sich beliebiger Weise, hier aber mittels eines Steckstiftes 31 (vgl. Fig. 4, 5), ein Kardankörper befestigt, der an sich von einer Kugel gebildet sein könnte (in welchem Falle die drehfeste Mitnahme durch den Wellenstummel 24a auf andere Art, z.B. durch eine über die Oberfläche der Kugel laufende Vertikalnut und einen darin sitzenden Fortsatz gesichert werden könnte), bevorzugt aber aus Teilen 32a, 32b mit Zylinderflächen besteht, wie dies aus den Fig. 3a und 3b hervorgeht. Fig. 3b zeigt die beiden Kreisabschnittsteile 32a, 32b, die - wie die Fig. 4 und 5 veranschaulichen - zur drehfesten Mitnahme durch dien Wellenstummel 24a vom Stift 31 durchsetzt werden, wie dies in Fig. 3b strich-punktiert angedeutet ist. Fig. 3a veranschaulicht strichliert den Sitz der beiden Kreisabschnittteile 32a, 32b in einer Rollkörperhälfte 4a. Der Rollkörper 4 ist zweckmässig aus zwei axial aneinander gereihten Teilen 4a, 4b (Fig.4) für die Montage zusammengesetzt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die beiden Teile 4a, 4b miteinander verschraubt, wie durch die strich-punktierten Linien 34 angedeutet ist, könnten aber auch miteinander auf andere Weise verbunden sein, beispielsweise durch Nieten, Kleben usw. Auch sieht man in den Fig. 4 und 5, dass die Teile 4a, 4b zur Sicherung der kardanischen Beweglichkeit den Wellenstummel 24a mit einem Spalt 33 aufnehmen. Ferner ist besonders aus Fig. 3a ersichtlich, dass die kardanische Fixierung mit den beiden Kreisabschnittteilen 32a, 32b und dem Bolzen 31 etwa mittig bezüglich der Breite der Umfangsfläche 10 des Rollkörpers 4 angeordnet ist. Um besonders den Spalt 33 abzudichten, ist an beiden Enden, nämlich dem oberen und unteren Ende (bezogen auf Fig. 4) je eine Dichtungsscheibe D angebracht, z.B. festgeschraubt, die für gewisse Anwendungsfälle aber auch entfallen kann.

Durch diese kardanisch bewegliche Fixierung wird nun erreicht, dass der oben genannte Fall einer Schräglage des Rollkörpers 4 gegenüber der Innenwand 5 oder 3 bzw. Winkelabweichungen der Achsen sowohl horizontal als auch vertikal nicht vorkommen können, weil sich der Rollkörper stets so ausrichten wird, dass er mit seiner gesamten axialen Länge der Umfangsfläche an der jeweiligen Innenwand 5 oder 3 in einer Linie anliegt. Denn es versteht sich, dass ein solches Kardangelenk auch dann von Nutzen wäre, wenn sie bei einer Maschine nach dem Stand der Technik angewandt wird, wo der Rollkörper nicht an einer drehbaren Innenwand (5), sondern an der ortsfesten Innenwand des Behälters 2 abrollt. Vor allem lässt sich so auch mit Hilfe einer geeigneten Belastungseinrichtung, wie die bei 30 gezeigte, ein nicht unbedeutender Druck auf die Dispersionsschicht aufbringen, was für die Reibwirkung von grosser Bedeutung ist.

Während der Rollkörper 4 nach den Fig. 3 bis 5 eine glatte zylindrische Umfangsfläche besitzt, zeigen die Fig. 6 bis 8, dass dies nicht unbedingt so sein muss und für manche Anwendungsfälle es sogar günstig sein kann, wenn der Rollkörper 104 bzw. 204 an seinem Umfang mindestens eine, z.B. schraubenlinienförmig über die Länge des Roll- körpers angebrachte, Vertiefung oder Nut aufweist, und dass diese Nut vorzugsweise - in Drehrichtung des angetriebenen Rollkörpers gesehen - vorne tiefer als an der rückwärtigen Auslaufseite ist, wobei der Übergang von der tiefen zur flacheren Seite stufenlos, insbesondere im Querschnitt etwa unter Bildung einer Dreiecksform der Nut, verläuft. Dies wird sich besonders empfehlen, wenn auch mit relativ grossen Dimensionen einzelner Körner einer Dispersion gerechnet werden muss, etwa wenn es sich um Kakaomassen mit hinzugefügten Zuckerkristallen handelt. Solche grosseren Kristalle werden sich an der tiefsten Stelle, also etwa an der Stelle B der Fig. 7 fangen. Dreht sich dann der Rollkörper 104 in Richtung des Pfeiles F, so erhält das bei B liegende grosse Korn durch die Reibung mit der Innenwand 5 (gegebenenfalls auch 3) einen Antrieb, der es in Richtung des Ffeiles f bewegt und dadurch in den weniger tiefen Bereich der Nut oder Vertiefung 35 führt. Dort aber ist das grosse Korn einem noch grosseren Abrieb ausgesetzt, so dass es sich gut in die Masse einarbeitet. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Tiefe B an der Vorderseite (in Drehrichtung F) der Nut 35 etwa der maximalen Korngrösse der zu bearbeitenden Dispersion, z.B. maximal 2 mm, beträgt, obwohl auch grossere Tiefen denkbar wären, in denen sich etwa Agglomerate mehrerer Körner ansammeln. In ähnlicher Weise wären auch geringere Tiefen der Nut 35 denkbar, wobei sich dann gegebenenfalls eine andere Anwendung bzw. Funktion ergibt, nämlich eine Art des Verspachteins der Masse.

Fig. 8 zeigt, dass die Nut 135 im Querschnitt nicht unbedingt dreieckig sein muss, weil es für manche Anwendungsfälle sogar günstiger sein kann, wenn des zu zerkleinernde Grosskom durch eine raschere Annäherung an die gegenüberliegende Innenwand 5 oder 3 nach einer Kurve radial nach aussen gefördert wird. Ebenso (aber weniger bevorzugt) mag es für andere Fälle günstiger sein, das Korn im Laufe der Drehung im Sinne des Ffeiles F langsamer gegen die radial äussere Innenwand 5 bzw. 3 gebracht wird, indem die Krümmung K nicht, wie in Fig. 8 gezeigt, konvex, sondern konkav ist. Bevorzugt ist es, wenn der Übergang von der tiefen zur flacheren Seite der Nut 35 bzw. 135 stufenlos ist, obwohl auch eine gestufte Ausführung denkbar wäre.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung der Fig. 1 , bei der die drehbare Innenwand 105 bzw. 105' nicht zylindrisch, wie im Falle der Fig. 1 , sondern schräg verlaufend ausgebildet ist. Auf diese Weise bilden die, mit einem an der Unterseite kegelstumpfförmigen Rollkörper 304 zusammenwirkenden Wände 105, 105' ringförmig umlaufende Konuswände. Dies ermöglicht es, den Druck zwischen den Flächen des Rollkörpers 304 und den Wänden 105, 105' über ein, z.B. einschraubbares, Einstellglied 36 zu erzeugen und einstellbar zu machen.

Auch hier versteht es sich, dass die kardanische Verbindung günstig ist, weil ja der Rollkörper 304 an beiden Wandflächen 105, 105' gleichmässig und einen Liniendruck ausübend anliegen soll und sich durch die kardanische Verbindung eine automatische Selbstausrichtung des Rollkörpers 304 ergibt.

Obwohl der Rollkörper 304 auch nur mit einer der beiden Konuswände 105 oder 105' zusammenarbeiten könnte, ist es schon aus Gründen der symmetrischen Verteilung der Kräfte günstiger, wenn beide Flächen 105 und 105' eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist die Fläche 105' an einer Ringwelle 37 angebracht, die - wie dargestellt - auch gekühlt bzw. temperiert sein kann (und zweckmässig auch wird), wobei die Kühlung bzw. Temperierung des Verschliessbelages 106' in analoger Weise wie beim Ver- schleissbelag 6 der Fig. 1 vor sich geht bzw. unter Bezugnahme auf die Kühlung der Welle 12 der Fig. 1 beschrieben wurde. Der Vorteil dieser Anordnung liegt nicht nur in der Gleichmässigkeit der wirkenden Kräfte, sondern auch darin, dass damit eine noch intensivere Bearbeitung der Dispersion erreicht wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die beiden Innenflächen 105, und 105' mittels der Motoren M9 und M9' mit unterschiedlicher Drehzahl , insbesondere für frei wählbare Schergeschwindigkeiten zwischen den Berührungslinien der Flächen 105 und 106 sowie 105' und 106' angetrieben werden können. Dabei ist unter „Bearbeitung" nicht nur eine Zerkleinerungswirkung (Mahlwirkung), vor allem durch Reiben und Scheren, zu verstehen, sondern auch ein gewisses Versalben und Homogenisieren, wie man es sonst nur mittels Conchen erreichen kann. Gleichzeitig erreicht man auch eine gute Durchmischung der Masse.

Die Innenflächen 105, 105' können dabei auch noch mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden, indem sie von Motoren M9 und M9', vorzugsweise mit frei wählbaren und einstellbaren Geschwindigkeiten, angetrieben werden, jedoch gegebenenfalls auch nur mit einem Motor und einem Verteilgetriebe. Die übrigen Teile der in Fig. 9 veranschaulichten Ausführung sind bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden, auf die hiermit verwiesen wird. Ebenso sieht der Leser der obigen Beschreibung, dass in dieser für Teile gleicher Funktion dieselben Bezugszeichen verwendet wurden, für Teile nur ähnlicher Funktion dieselben Bezugszeichen, jedoch mit einem Zusatz. Es ist aus dieser Figur aber auch ersichtlich, dass die an Hand der Fig. 1 beschriebene Kupplung 29 zwar weggelassen werden kann, aber an sich den Vorteil hat, dass nicht nur Parallelitätsabweichungen der Achsen A und A' der Rollkörper ausgeglichen werden können, sondern dass durch Abrieb oder Montagefehler entstehende Winkelveränderungen der schrägen Flächen 105, 106 und 105', 106' ausgeglichen werden. Dabei ist zu beachten, dass bei grosserer Umfangsgeschwindigkeit der Abrieb immer an den äussersten Stellen der Flächen 105, 106 und 105', 106' am grössten sein wird, d.h. also grösser sein wird, als an den innersten Stellen dieser Flächen. Trotzdem sei angemerkt, dass natürlich theoretisch eine vollständige Anpassung nur einseitig, also zwischen den Flächen 105 und 106 oder zwischen den Flächen 105' und 106' einstellen wird, so dass sich in der Praxis ein Mittelwert einstellt, d.h. sich die Teile im Betrieb mit der Zeit - einander anpassend - einschleifen.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen der Bearbeitungsvorrichtung möglich; so könnte der Träger oder Topf 9 am Umfang mit Rührflügeln oder mit mit der Innenwand 3 zusammenwirkenden Scherwerkzeugen ausgerüstet sein. Ferner könnte er am auch am Boden Rührflügel tragen. Diese können beispielsweise schaufelartig gekrümmt sein. Dabei ist es denkbar, dass sie etwa tangential zu einer runden Bodenöffnung E (Fig. 1) angeordnet sind, um so in einer Drehrichtung die Dispersion gegen diese Auslauföffnung E zu treiben (womit die Bearbeitungszeit verkürzt wird) oder- in der entgegengesetzten Drehrichtung - die Dispersion eher radial nach aussen zu drängen (womit die Bearbeitungszeit verlängert würde. Die Bearbeitungszeit kann aber auch durch einen entsprechenden, teilweise oder ganz zu schliessenden Verschluss erreicht werden, der der Bodenöffnung E zugeordnet ist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Boden des Behälters 2 zweckmässig leicht konisch gegen die Auslauföffnung E hin verlauft, um den Abfluss zu begünstigen. Selbstverständlich wäre es auch - insbesondere bei grosseren Behältern - denkbar, mehrere Auslauföffnungen E vorzusehen, wobei, wie bei fahrbaren Silos üblich, der Boden zweckmässig jeweils gegen eine der Öffnungen absinkt.

Claims

Patentansprüche

1. Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Dispersionen, mit einem von einer etwa zylinderförmigen Innenwand (3) umgebenen, und sich entlang der Zylinderachse (A') erstreckenden Behälterraum (1) zur Aufnahme der zu bearbeitenden Dispersion und mindestens einem in den Behälterraum (1) ragenden Reib- und Scherwerk, das zumindest einen Rollkörper (4; 104, 204, 304) aufweist, der an einer um eine Drehachse (A) drehende Rotorwelle (24) ist, mit seiner Umfangsflä- che (10) an einer Innenwand (3 bzw. 5) anliegt und an dieser Innenwand (3 bzw. 5) im Behälterraum (1) schleifend abrollend eine Reibung bzw. Scherung auf die Dispersion ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (10) bzw. der zugehörige Rollkörper (4; 104; 204; 304) drehfest mit seiner Rotorwelle (24) bzw. Achse (A) verbunden ist und ein Kardangelenk (4, 32a, 32b) zur Selbstausrichtung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine drehbar gelagerte Innenwand (5) umfasst, an welcher die Umfangsfläche (10) in einer Linie anliegt, und dass vorzugsweise die drehbare Innenwand (5) an einer bezüglich des Behälterraumes (1) zentralen Welle (12) vorgesehen ist, wobei zwischen Welle (12) und drehbarer Innenwand (5) durch mindestens einen radialen, die drehbare Innenwand haltender Teil (9), z.B. ein Arm, ein räumlicher Abstand vorgesehen ist, in dem der mindestens eine Rollkörper (4; 104; 204; 304) untergebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) mindestens einen Zufluss- und einen Abflusskanal (14, 15, 17, 22, 23) für ein Tempe- rierfluid aufweist, dass zwischen Welle (12) und Rückseite der drehbaren Innenwand (5) ein radialer Temperierkanal (18) über den radialen Teil (9) verläuft, und dass vorzugsweise zwischen Zufluss- und Abflusskanal (14, 15, 17, 22, 23) eine Isolieranordnung vorgesehen ist, insbesondere ein isolierender, an sich hohler Zwischenraum (23).

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der folgenden Merkmale vorgesehen ist:

(a) der Rollkörper (4; 104; 204) ist etwa walzenförmig zylindrisch ausgebildet und seine Zylinderachse (A) ist wenigstens annähernd parallel zur Zylinderachse (A') angeordnet;

(b) die kardanische Verbindung ist etwa mittig bezüglich der Breite der Umfangs- fläche (10) angeordnet, wobei sie vorzugsweise einen etwa nach einem Zylinder geformte, insbesondere jeweils einen Kreisabschnitt bildende Körper (32a, 32b) umfasst, die vorzugsweise zur drehfesten Mitnahme von einem Bolzen, Stift od.dgl. (21) durchdrungen sind, und wobei der Kreisabschnittkörper (32a, 32b) vorzugsweise zweigeteilt ist und zwischen den beiden Teilen (32a bzw. 32b) eine entlang der Zylinderachse (A) verlaufende Welle (24 bzw. 24a) aufnimmt;

(c) zwischen Rollkörper (4) und seiner Welle (12) ist mindestens eine Kupplung (29) vorgesehen.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rollkörper (4) antreibende Welle (24) bezüglich der drehbaren Innenwand (5) auf sie zu und von ihr weg beweglich, insbesondere um einen Kipppunkt (P) kippbar, gelagert ist, und dass eine Belastungseinrichtung (30) zum Belasten des an der beweglichen Welle (24) kardanisch befestigten Rollkörpers (4) gegen die drehbare Innwand (5) hin vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Rollkörper (4) vorgesehen sind, welche in gleichmässigen Winkelabständen rund um die Drehachse (A') gelagert sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (4), vorzugsweise jeder Rollkörper (4), von einer Antriebseinrichtung, insbesondere einem Motor (M, M'), angetrieben ist, und dass bevorzugt min- destens ein Rollkörper (4) relativ zu einem anderen mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbar gelagerten Innenwand (5) ein Innenwandantrieb (13; M9, M9¹) zur Drehung mit einer Drehzahl zugeordnet ist, aus der sich eine Differenzgeschwindigkeit zwischen der Geschwindigkeit der Innenwandfläche (5; 106, 106') und der Umfangsfläche (10; 105, 105') mindestens eines Rollkörpers (4; 304) ergibt.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (104; 204) an seinem Umfang mindestens eine, z.B. schrauben- linienförmig über die Länge des Rollkörpers (104; 204) angebrachte, Vertiefung oder Nut (35; 135) aufweist, und dass diese Nut (35; 135) vorzugsweise - in Drehrichtung (F) des angetriebenen Rollkörpers (104; 204) gesehen - vorne (B) tiefer als an der rückwärtigen Auslaufseite ist, wobei der Übergang von der tiefen zur flacheren Seite vorzugsweise stufenlos, insbesondere im Querschnitt etwa unter Bildung einer Dreiecksform der Nut, verläuft, und dass zweckmässig die Tiefe an der Vorderseite (in Drehrichtung) etwa der maximalen Korngrösse der zu bearbeitenden Dispersion, z.B. maximal 2 mm, beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Innenwand (5) einen Verschleissbelag (6) aufweist, der bevorzugt austauschbar ist.