EP3202489B1

EP3202489B1 - Vorrichtung zum homogenisieren und/oder dispergieren fliessfähiger produkte

Info

Publication number: EP3202489B1
Application number: EP17151619.8A
Authority: EP
Inventors: Ulf Sieckmann; Olaf Hommers
Original assignee: Symex GmbH and Co KG
Current assignee: Symex GmbH and Co KG
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-01-16
Also published as: DE202016000169U1; EP3202489A3; EP3202489A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte aller Art und Form, wie z. B. Flüssigkeiten, Pulver oder Fest-Flüssig-Gemische, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In der kosmetischen, pharmazeutischen oder chemischen Industrie werden eine Vielzahl verschiedenartigster flüssiger, pastöser oder fester Stoffe untereinander beziehungsweise miteinander vermischt, um insbesondere fließfähige Produkte herzustellen, wie beispielsweise Cremes, Salben oder Pasten. Die aus den unterschiedlichsten Ausgangsstoffen erzeugten und häufig als Emulsionen oder Dispersionen vorliegenden Stoffgemische bilden manchmal bereits ein fertiges, verkaufsfähiges Endprodukt. Unter Umständen werden diese Stoffgemische wiederum auch als Ausgangsprodukt für eine mögliche Weiterverarbeitung verwendet. Um solche häufig in Form einer Emulsion oder Dispersion vorliegenden Stoffgemische herstellen zu können, werden Vorrichtungen zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von bevorzugt fließfähigen Produkten eingesetzt, mit denen aus den miteinander zu mischenden Ausgangsstoffen in der Regel ein bevorzugt homogenes Stoffgemisch erzeugt werden soll. Die erzeugten Stoffgemische können auch in Form einer Pulverphase vorliegen, der erst nachträglich ein Binder hinzugegeben wird.
Vorrichtungen der vorbezeichneten Gattung werden beispielsweise zum Homogenisieren und/oder Dispergieren von fließfähigen oder pulverförmigen Produkten eingesetzt, die einen geschlossenen Behälter, wie beispielsweise einen Rührwerksbehälter, aufweisen. In den Behälter werden die verschiedenen festen, fließfähigen oder flüssigen Ausgangsstoffe eingegeben und mit Hilfe von zum Beispiel einem im Inneren des Behälters angeordneten Rührwerk zu einem Produkt mit einer bevorzugt homogenen Struktur verarbeitet. Aus DE 299 17 365 U1 ist beispielsweise eine solche Vorrichtung zum Homogenisieren eines fließfähigen Produktes bekannt, welche einen Behälter mit einem im Behälterinneren angeordneten Rührwerk aufweist. Zusätzlich zum Rührwerk im Behälterinneren ist an den Behälter eine Pump- und/oder Mischeinrichtung angeschlossen. Mit Hilfe dieser Pump- und/oder Mischeinrichtung werden auf das durch die Pump- und/oder Mischeinrichtung geförderte Produkt zudem Scherkräfte aufgebracht. Darüber wird eine gleichmäßige Verteilung der zur Ausbildung des Produktes verwendeten Ausgangsstoffe im zu erzeugenden Stoffgemisch erreicht. Die in DE 299 17 365 U1 beschriebene Pump-Mischeinrichtung weist eine Rotor/Stator-Anordnung zum Homogenisieren/Dispergieren des Produktes auf.
Aus EP 1 125 625 B1 ist des Weiteren eine Homogenisiereinrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe bekannt, welche einen Behälter mit einem an den Behälter angeschlossenen Homogenisator aufweist. Der Homogenisator umfasst zwei mittels einer Antriebseinrichtung antreibbare Rotoren, welche jeweils unabhängig voneinander antreibbar sind. Die offenbarte Rotor/Rotor-Anordnung erlaubt eine gleichsinnige beziehungsweise gegensinnige Bewegung der Rotoren. Dabei weisen die bekannten Rotor/Stator-Anordnungen und Rotor/Rotor-Anordnungen jeweils berührungsfrei ineinandergreifende Bauteilabschnitte auf, womit die Scherbeanspruchung auf das Produkt erhöht wird, das eine solche Anordnung durchströmt. Rotor/Rotor oder Rotor/Stator haben somit auf einer sich etwa senkrecht zu ihrer Rotationsachse erstreckenden Ebene liegende Bauteilabschnitte. Das Einmischen eines pulverförmigen Zusatzstoffes in eine liquide Phase beziehungsweise das Vermischen von verschiedenen pulverförmigen Ausgangsstoffen innerhalb einer reinen Pulverphase lässt sich mit einer solchen Pump- und/oder Mischeinrichtung nicht umsetzen.
Ferner ist aus DE 2017562 A oder US 2,668,694 A ein Mischer bzw. eine Rührvorrichtungen für beispielsweise die Suspension von Feststoffen in Flüssigkeiten bekannt. Die Misch- bzw. Rührvorrichtung umfasst einen Behälter, innerhalb dessen zwei koaxial zueinander geführte Wellen angeordnet sind, wobei Mischflügeleinheiten bzw. Schaufelräder auf unterschiedlichen Höhen angeordnet und unabhängig voneinander angetrieben werden können.
DE 1141517 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von Stoffen. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter innerhalb dem zwei Sternkörper mit schräg nach oben gerichteten Armen oberhalb des Behälterbodens angeordnet sind.
DE 10 2009 044 205 A1 oder JP S6447432 A betrifft jeweils eine Mischvorrichtung mit einem Behälter und zwei im Behälter mittels eines Rührwerkes von oben antreibbaren Mischrädern. Die Mischräder können gegenläufig angetrieben werden.
DE 3520039 A1 offenbart eine Mischvorrichtung mit einem Mischbehälter, innerhalb dem zwei separat antreibbare Rührwerke angeordnet sind. US 2010/071219 A1 offenbart eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft einen Haushaltsmixer mit einem Rührbehälter und zwei an einer gemeinsamen Antriebswelle auf unterschiedlichen Höhen angeordneten Schneidelementen.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Pump- und/oder Mischeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die verbessert ist und/oder mit der ein pulverförmiger Stoff vereinfacht eingemischt werden kann und eine verbesserte Homogenität im Stoffgemisch auch bei bevorzugt rein pulverförmigen Phasen auf einfache Weise erreichbar ist.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte, insbesondere von Emulsionen oder Dispersionen, der eingangs bezeichneten Art, gemäß den Merkmalen von Anspruch 1. Erfindungsgemäß ist die Pump- und/oder Mischeinrichtung oberhalb des Behälterbodens angeordnet, wobei der Versatz zwischen den als Mischteilen ausgebildeten Rotorelementen derart gewählt, dass ein sich in einer Ebene erstreckender Scherspalt ausgebildet ist. Mit Hilfe der axial zueinander beabstandeten als Mischteile ausgebildeten Rotorelemente, deren Abstand zueinander die Größe des Scherspaltes definieren, wird eine gleichmäßige Verteilung der Ausgangsstoffe in einem rein pulverförmigen Produkt gewährleistet, bei dem erst nachfolgend, also nach dem Herstellen eines gleichmäßig durchmischten Pulvergemisches ein Binder zugegeben wird. Durch den sich bevorzugt in axialer Richtung zwischen den Rotorelementen ergebende Abstand ist zumindest ein Spalt zwischen den Rotorelementen ausgebildet, mit dem Scherkräfte auf die zu mischenden Ausgangsprodukte ausgeübt werden können. Mit einem solchen vorzugweise in einer Ebene zwischen den axial zueinander beabstandeten Rotorelementen verlaufenden Spalt, auch als Scherspalt bezeichnet, kann bevorzugt ein rein pulverförmiges Stoffgemisch auf vorteilhafte Weise weiter aufgebrochen werden. Im Vergleich zu zwei Rotorelementen, welche ineinandergreifende Abschnitte beziehungsweise Bereiche aufweisen, ist zwischen den Mischteilen ein vergrößerter Scherspalt ausgebildet. Auch durch diese Art der Ausgestaltung wird die Homogenität des herzustellenden Produktes entscheidend verbessert.
Gemäß der Erfindung sind die Rotationsachsen von erstem und zweitem Rotorelement im Wesentlichen parallel, bevorzugt koaxial angeordnet. Bevorzugt ist durch das koaxiale Anordnen der Rotationsachsen eine vorteilhaft deckungsgleiche Ausrichtung beziehungsweise Anordnung von erstem und zweitem Rotorelement zueinander vorgesehen. Damit erfolgt eine vergleichsmäßigte Scherbeanspruchung des zumindest mittels der erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung bewegten fließfähigen Produktes über vorzugsweise den gesamten Umfang der beiden Rotoren. Zudem ist eine kompakte und damit platzsparende Anordnung von erstem und zweitem Rotorelement bewirkt. Vorzugsweise verlaufen die Rotationsachsen in der Vertikalen und im Wesentlichen senkrecht zu einer horizontalen Ebene als Aufstellfläche für die Pump- und/oder Mischeinrichtung
Zudem sind erfindungsgemäß das erste Rotorelement mit einer ersten Antriebswelle und das zweite Rotorelement mit einer zweiten Antriebswelle gekoppelt, welche mittels verschiedener Antriebseinrichtungen antreibbar sind, wobei vorzugsweise eine der Antriebswellen als Hohlwelle ausgebildet ist. Das Vorsehen von jeweils separaten Antriebswellen zum Antreiben des ersten und zweiten Rotorelementes, die vorzugsweise mit einer ersten und einer zweiten Antriebseinrichtung drehgebend gekoppelt sind, gewährleistet einen unabhängigen Antrieb des ersten Rotorelementes relativ zum zweiten Rotorelement. Bevorzugt können das erste und zweite Rotorelement gleichsinnig, also die gleiche Drehrichtung aufweisend, oder gegensinnig, also unterschiedliche Drehrichtungen aufweisend, angetrieben werden. Darüber hinaus ist auch eine individuelle Anpassung der Drehzahlen von erstem und zweitem Rotorelement möglich. Die Ausbildung einer Antriebswelle als Hohlwelle birgt zudem den Vorteil, dass beide Rotorelemente bezogen auf ihre Rotationsachsen von einer Seite aus mechanisch angetrieben werden. Damit ist die Kompaktheit der erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung weiter verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der axiale Versatz zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorelement veränderbar. Der Abstand ist bevorzugt in Längsrichtung der Rotationsachsen einstellbar, wodurch bei einer Ausführungsform der Erfindung der Spalt, insbesondere der Scherspalt, zwischen erstem und zweitem Rotorelement individuell auf das zu bearbeitende fließfähige Produkt abgestimmt werden kann. Je nach gegebener Viskosität des zu mischenden beziehungsweise zu fördernden fließfähigen Produktes, wird der Abstand zwischen erstem und zweitem Rotorelement vergrößert oder verringert. Zum Verändern des axialen Versatzes zwischen erstem und zweitem Rotorelement wird die Position von zumindest einem der Rotorelemente auf einer entsprechend zugeordneten Antriebswelle geändert.
Dies wird beispielsweise mit Hilfe verschieden langer Distanzhülsen erreicht, mittels denen die Position des ersten Rotorelements an der zugehörigen Antriebswelle verändert werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung wird eine der ersten und zweiten Antriebswelle mit dem jeweils in axialer Richtung daran fest angeordneten ersten beziehungsweise zweiten Rotorelement relativ zur jeweils anderen Antriebswelle in Achsrichtung verschoben. Die erste oder zweite Antriebswelle ist vorzugsweise mit einer entsprechenden Axial-Verstelleinheit gekoppelt.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung ist das erste Rotorelement als Axial-Pumprad und/oder das zweite Rotorelement als Radial-Pumprad ausgebildet. In einer Ausgestaltung erfolgt mit dem ersten Rotorelement ein Fördern des fließfähigen Produktes in Längsrichtung der Rotorachse des ersten Rotorelementes. Alternativ oder optional ist das zweite Rotorelement als Radial-Pumprad ausgebildet. Mit Hilfe des Radial-Pumprades erfolgt eine Umlenkung in der Bewegungsrichtung des fließfähigen Produktes um etwa einen Winkel von 90 Grad. Das vorzugsweise parallel zur Rotationsachse des zweiten Rotorelementes angesaugte fließfähige Produkt wird mittels des Radial-Pumprades umgelenkt, sodass es im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des rotierenden zweiten Rotorelementes in etwa radialer Richtung zu dessen Rotationsachse aus- beziehungsweise abgegeben wird. Vorzugsweise ist bei der Ausgestaltung der Pump- und/oder Mischeinrichtung mit einem Axial-Pumprad und einem Radial-Pumprad der Abstand oder Versatz zwischen erstem und zweitem Rotorelement derart gewählt, dass dieser mindestens etwa einem Fünftel des Durchmessers des ersten oder zweiten Rotorelementes entspricht.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung weist das erste Rotorelement mehrere im Wesentlichen radial zur Rotationsachse abstehende Förderflügel auf, welche dazu eingerichtet sind, vorzugsweise eine erste Förderbewegung des Produktes in Richtung des zweiten Rotorelements zu bewirken. Das erste Rotorelement weist insbesondere drei, vier, fünf oder mehr Förderflügeln auf, welche bevorzugt radial zur Rotationsachse des ersten Rotorelementes verlaufen. Es erfolgt eine Förderbewegung des zu homogenisierenden/dispergierenden fließfähigen Produktes in Richtung des zweiten Rotorelementes, das vorzugsweise unterhalb des ersten Rotorelements angeordnet ist. In axialer Richtung weisen die Förderflügel bevorzugt einen gekrümmten Verlauf oder eine gekrümmte Flügelform auf. Darüber ist eine wirksame Umwandlung der Drehbewegung des ersten Rotorelementes in eine Förderbewegung des Produktes mit einer vornehmlich axialen Bewegungskomponente gewährleistet.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung weist das zweite Rotorelement mehrere Förderschaufeln auf, welche dazu eingerichtet sind, eine zweite Förderbewegung des Produktes mit einer radialen Bewegungskomponente nach außen zu bewirken. Vorzugsweise weist das zweite Rotorelement, hier ein Radial-Pumprad, einen axialen, vorzugsweise zentrisch angeordneten Einlauf für das zu bewegende und insbesondere zu homogenisierende Produkt auf. Der Einlauf des zweiten Rotorelementes ist dem ersten Rotorelement zugewandt, wobei vorzugsweise das erste Rotorelement oberhalb des zweiten Rotorelements angeordnet ist. Der Auslauf des zweiten Rotorelementes ist an der Umfangsfläche des zweiten Rotorelementes vorgesehen. Zur Umsetzung der zweiten, radialen Förderbewegung des Produktes weist das zweite Rotorelement eine Vielzahl von Förderschaufeln im Bereich seines äußeren Umfanges auf. Die Förderschaufeln weisen einen bevorzugt gekrümmten Verlauf auf beziehungsweise haben eine Form, welche im Wesentlichen einem Abschnitt einer sich von der Rotationsachse ausgehend nach außen verlaufenden Spirale entsprechen.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung ist dem zweiten Rotorelement ein Stator mit einer Vielzahl von Statorelementen zugeordnet, durch den das Produkt während der mit dem zweiten Rotorelement erzeugten zweiten Förderbewegung hindurchtritt. Damit werden eine verbesserte Scherbeanspruchung und eine bevorzugt homogene Durchmischung des aus dem zweiten Rotorelement austretenden Produktes erreicht. Pulverförmige Zugabestoffe, welche in ein bevorzugt flüssiges oder pastöses Produkt eingegeben werden, lassen sich mit Hilfe des dem zweiten Rotorelement zugeordneten Stators vereinfacht aufbrechen. Der Stator ist der Peripherie des zweiten Rotorelementes, vorzugsweise dem äußeren Umfang und damit dem Auslass des zweiten Rotorelementes, zugeordnet. Der Stator bildet mit seinen feststehenden Statorelementen somit einen Strömungswiderstand für das geförderte Produkt aus. Die feststehenden Statorelemente erstrecken sich vorzugsweise parallel zur Rotationsachse des zweiten Rotorelementes.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung weist der Innenraum des Gehäuses in Förderrichtung zwischen dem ersten Rotorelement und dem zweiten Rotorelement einen Durchflussbereich mit einem sich, vorzugsweise in Strömungsrichtung, verringernden Strömungsquerschnitt auf. Damit ist erreicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der bevorzugt ein Gehäuse aufweisenden Pump- und/oder Mischeinrichtung erhöht wird. Das Einbringen eines Zugabestoffes in den geförderten Produktstrom ist damit vereinfacht. Zudem wird mittels des sich verringernden Strömungsquerschnitts der axiale Einlaufbereich für das zweite, bevorzugt als Radial-Pumprad ausgebildete Rotorelement erzeugt. Das Gehäuse ist zudem durch den sich in Strömungsrichtung verringernden Strömungsquerschnitt räumlich in zwei Gehäusebereiche unterteilt. Vorzugsweise ist das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei jeder Gehäuseteil vorzugsweise zumindest einen der jeweils ein Rotorelement aufnehmenden Gehäusebereiche ausbildet. In einer Ausfühungsform weist das Gehäuse eine trichterförmig zulaufende Einlassöffnung in Strömungsrichtung vor dem ersten Rotorelement auf.
Gemäß der Erfindung weist das als Mischteil ausgebildete erste und zweite Rotorelement jeweils zwei oder mehr Mischflügel auf. Mit Hilfe der relativ zueinander bewegbaren, bevorzugt gegensinnig drehenden Mischteile kann insbesondere bei einem pulverförmigen Produkt, wie beispielsweise Pulverstoffen, die Scherbeanspruchung auf vorteilhafte Weise erhöht werden. Das hat zur Folge, dass das pulverförmige aber fließfähige Produkt im Spalt zwischen den als Mischteilen ausgebildeten Rotorelementen optimal aufgebrochen wird. Bevorzugt wird mit den im Abstand zueinander angeordneten Mischteilen die Gleichmäßigkeit der Durchmischung des fließfähigen Produktes weiter verbessert. Ein Umlauf des fließfähigen Produktes wird mit den als Mischteilen ausgebildeten Rotorelementen bevorzugt nicht umgesetzt.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Scherspalt zwischen den Mischteilen, insbesondere den Mischflügeln, ein Spaltmaß aufweist, das im Bereich von etwa 2 bis 25 mm liegt. Bevorzugt hat der Scherspalt ein Spaltmaß im Bereich zwischen 5 und 20 mm. In einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung ist die Größe des Scherspaltes zwischen den Mischteilen veränderbar ausgebildet.
Erfindungsgemäß weisen das erste und das zweite Rotorelement jeweils zwei oder mehr im Wesentlichen radial zur Rotationsachse verlaufende Mischflügel auf. Mit Hilfe der an den Rotorelementen ausgebildeten Mischflügel wird bevorzugt eine Scherkraft auf unterschiedlichen Ebenen innerhalb des fließfähigen Produktes durch die vorzugsweise gegensinnig drehenden Rotorelemente erzeugt. Darüber wird die Scherbeanspruchung im Produkt und damit verbunden die Durchmischung des Produktes weiter verbessert. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen das erste und das zweite Rotorelement unterschiedlich lange Mischflügel und eine unterschiedliche Anzahl von Mischflügeln auf. Ferner können die Mischflügel des ersten und zweiten Rotorelementes eine rein radiale Ausrichtung aufweisen. Vorzugsweise kann zumindest ein Abschnitt der Mischflügel, bezogen auf die Rotationsachse, in Achs- oder Bewegungsrichtung einen gekrümmten Verlauf aufweisen oder in einem Winkel ungleich 90° verlaufen. Vorzugsweise können an den Mischflügeln Vorsprünge oder Zähne ausgebildet sein, welche in Umfangsrichtung, in tangentialer und/oder in axialer Richtung an den Mischflügeln vor- oder abstehen. Dabei bleibt bevorzugt weiterhin ein umlaufender Scherspalt zwischen dem ersten und zweiten Rotorelement ausgebildet.
An der erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung weist das erste Rotorelement zusätzlich mehrere unter einem Winkel geneigt zu seiner Rotationsachse verlaufende Mischflügel auf. Bevorzugt verlaufen die zusätzlichen Mischflügel in einem Winkel im Bereich von etwa 5 bis 85 Grad, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20 bis 55 Winkelgrad, geneigt zur Rotationsachse am ersten Rotorelement. Dabei sind die zusätzlichen Mischflügel auf der Seite des ersten Rotorelementes angeordnet, die vom zweiten Rotorelement der erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung abgewandt ist. Auch diese schräg zur Rotationsachse ausgerichteten Mischflügel können Vorsprünge oder Zähne aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die geneigt verlaufenden Rührflügel in einer Ebene im Abstand oberhalb der den Scherspalt definierenden Mischflügel von erstem und zweitem Rotorelement angeordnet. Durch den Abstand der geneigt verlaufenden Rührflügel, mit denen bevorzugt eine Förderrichtung des Materialgemisches in Richtung des Scherspaltes bewirkt ist, wird eine nachteilige Beeinflussung des Mischprozesses im Bereich des Scherspaltes zwischen den relativ zueinander bewegbaren Mischteilen mit ihren Mischflügeln vermieden. Vorzugsweise sind die geneigt verlaufenden Rührflügel auf einer Ebene angeordnet, die einen Abstand zu den Mischflügeln des ersten Rotorelementes im Bereich von etwa 50 mm bis ungefähr 150 mm aufweisen. Die eine Art Rührteil ausbildenden Rührflügel sind insbesondere starr mit dem ersten Rotorelement und seinen im Wesentlichen sich radial zur Rotationsachse des ersten Rotorelements erstreckenden Mischflügeln verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mischflügel und die Rührflügel von erstem und zweitem Rotorelement bevorzugt als Stabelemente mit einem polygonalen Querschnitt ausgebildet, wobei die Stabelemente vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt haben. Die Stabelemente an erstem und zweitem Rotorelement mit ihrem vorzugsweise viereckigen Querschnitt bewirken eine vorzugsweise homogene Vermischung von insbesondere einem rein pulverförmigen Materialgemisch. Mit dem polygonalen Querschnitt der Stabelemente ist die Scherbeanspruchung im Materialgemisch weiter erhöht. Bevorzugt weisen die Mischflügel von erstem und zweitem Rotorelement parallel zueinander verlaufende Flächen auf und definieren einen bevorzugt trapezförmigen Querschnitt der Stabelemente an erstem und zweitem Rotorelement. In einer bevorzugten Ausführungsform sind insbesondere die kleineren bzw. schmaleren der parallel zueinander verlaufenden Flächen der Mischflügel von erstem und zweitem Rotorelement einander zugewandt. Diese einander zugewandten Flächen der Mischflügel definieren die Größe des Scherspalts. Die Rührteile weisen Stabelemente mit einem bevorzugt viereckigen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei in einer Ausführungsform sich der Querschnitt in Erstreckungsrichtung der Rührflügel verändert.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung ist die Pump- und/oder Mischeinrichtung in einem Abschnitt der Zirkulationsleitung angeordnet, der einer am Behälterboden ausgebildeten Austrittsöffnung des Behälters unmittelbar zugeordnet ist. Die Einlassöffnung der Pump- und/oder Mischeinrichtung ist mit der Auslassöffnung des Behälters fluidleitend verbunden bzw. bildet die Einlassöffnung der Pump- und/oder Mischeinrichtung die Auslassöffnung des Behälters aus. Vorzugsweise sind die Rotorelemente der Pump- und/oder Mischeinrichtung unmittelbar unterhalb des Behälterbodens angeordnet. Vorzugsweise ist die Mittenachse der Auslassöffnung koaxial zur Mittenachse des Behälters angeordnet, wodurch ein gleichmäßiges Abführen des fließfähigen Produktes aus dem Inneren des Behälters gewährleistet wird. Die Zirkulationsleitung, insbesondere deren Druckseite, welche von der Auslassöffnung des Gehäuses der Pump- und/oder Mischeinrichtung wieder zum Behälter führt, ist mit einer Seitenwand des Behälters fluidleitend verbunden. Die Eintrittsöffnung in den Behälter ist z.B. in der oberen Hälfte eines Abschnitts der Seitenwand des Behälters vorgesehen oder angeordnet. Der Eintritt für die Zirkulationsleitung kann aber auch an einem anderen Ort, wie z.B. in einem unteren Abschnitt der Seitenwand oder am Boden des Behälters vorgesehen sein
Innerhalb des Behälters ist vorzugsweise ein rotierendes Rührwerk mit mehreren relativ zueinander beweglichen Rührwerksteilen angeordnet. Mit Hilfe eines Rührwerkes kann die im Behälter befindliche Produktmenge im Ganzen auf vorteilhafte Weise in Bewegung gehalten werden. Damit wird bevorzugt einer Entmischung des Produktes innerhalb des Behälters entgegengewirkt und somit dessen Homogenität aufrechterhalten. Bevorzugt wird ein Rührwerk, wie beispielsweise ein Ankerrührwerk oder ein Koaxialrührwerk, mit wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Rührteilen eingesetzt, die ferner jeweils relativ zum Behälter bewegt werden können. Jedes Rührteil weist bevorzugt mehrere sich in radialer Richtung zur Behälterlängsachse angeordnete Verdrängerelemente auf, auch bezeichnet als Mischflügel. Mit den Verdrängerelementen wird das Produkt im Behälter in Bewegung versetzt, wobei durch die bevorzugt gegensinnig zueinander rotierenden Rührteile die Bildung einer Trombe innerhalb des Behälters vermieden wird. Bevorzugt sind die Rotationsachsen der Rührteile koaxial oder zumindest parallel zur Mittenachse des Behälters angeordnet. Beiden Rührteilen ist vorzugsweise jeweils eine separate Antriebseinrichtung zugeordnet, mit denen die Rührteile unabhängig voneinander bewegbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand möglicher Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1:: eine Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren;
Fig. 2:: eine Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung im Teilschnitt;
Fig. 3:: eine Teilansicht einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4:: eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsmäßen Vorrichtung im Teilschnitt;
Fig. 5:: eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Rührwerk im Teilschnitt;
Fig. 6:: eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Rührwerk im Teilschnitt;
Fig. 7:: eine Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung;
Fig. 8:: eine Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung;
Fig. 9:: eine perspektivische Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung; und
Fig. 10:: eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung;
Fig. 11:: eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pump- und/oder Mischeinrichtung;
Fig.12:: eine Teilansicht des ersten Rotorelements mit einem Rührflügel aus Fig. 11;
Fig. 13:: eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung im Teilschnitt, und
Fig.14:: eine Teilansicht der Ausführungsform der Pump- und/oder Mischeinrichtung gemäß der Einrahmung in Fig. 13.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte, welche einen Behälter 2, auch bezeichnet als Rührbehälter, aufweist. Mit dem Behälter 2 ist über eine Ableitung 4, ausgehend vom Behälter 2, die Saugseite einer Pump- und/oder Mischeinrichtung 6 angeschlossen, die mit ihrer Druckseite wiederum über eine Zuleitung 8 mit dem Behälter 2 fluidleitend verbunden ist. Die Ab- und Zuleitung 4, 8 bilden eine Zirkulationsleitung aus, über die ein im Behälter 2 befindliches fließfähiges Produkt in Intervallen oder kontinuierlich umgewälzt werden kann. Der Einlass 10 der Ableitung 4 ist mit dem Behälterboden 12, und der Auslass 14 der Zuleitung 8 ist mit der Seitenwand 16 des Behälters 2 gekoppelt. Die Pfeile 18, 18' geben in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Flussrichtung eines sich im Behälter 2 befindlichen Produktes während eines Pump- und/oder Mischvorganges an.
Die Pump- und/oder Mischeinrichtung 6 ist separat zum Behälter 2 aufgestellt und bildet eine sogenannte Stand-Alone-Variante aus. Die Pump- und/oder Mischeinrichtung 6 umfasst zwei Antriebseinrichtungen 20, 22, welche die nicht näher dargestellten Pump- und/oder Mischelemente, wie unten näher beschrieben, antreiben. Das Eingeben beziehungsweise Einfüllen von Ausgangsstoffen zum Herstellen eines im Inneren des Behälters 2 zu erzeugenden fließfähigen Produktes erfolgt über nicht näher dargestellte Befüll- und Eingabeöffnungen, welche insbesondere im oberen Bereich des Behälters vorgesehen beziehungsweise angeordnet sind. Das Ablassen beziehungsweise Ausgeben eines fertigen Produktes erfolgt über insbesondere im Behälterboden 12 ausgebildete Ablassöffnungen, nicht gezeigt, beziehungsweise über eine nicht näher dargestellte Abzweigung an der Zirkulationsleitung oder an der in Fig. 1 gezeigten sowie in den nachfolgenden Figuren detailliert beschriebenen Pump- und/oder Mischeinrichtungen.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung 1' gezeigt, welche einen Behälter 2' aufweist, in dessen Behälterboden 12 eine Austrittsöffnung 24 vorgesehen ist, unterhalb der unmittelbar eine Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' angeordnet ist. Die Austrittsöffnung 24 am Behälterboden 12 bildet gleichzeitig die Einlassöffnung 25 der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6'. Die Auslassöffnung 26 der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' ist über eine Zirkulationsleitung 28 mit der Seitenwand 16 des Behälters 2' medienleitend verbunden, wodurch ein Kreislauf zum Umwälzen eines sich im Behälter 2' befindlichen Produktes ausgebildet wird. Die Pfeile 18, 18' geben wiederum die Fließrichtung des innerhalb des Behälters aufgenommenen Gemisches an.
Die zum Teil im Schnitt dargestellte Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' weist ein Gehäuse 30 auf, in dem ein erstes Rotorelement 32 und ein zweites Rotorelement 34 angeordnet ist. Das erste Rotorelement 32 ist mit der ersten Antriebseinrichtung 20, und das zweite Rotorelement 34 ist mit der zweiten Antriebseinrichtung 22 mechanisch, insbesondere drehgebend, gekoppelt. Erstes Rotorelement 32 und erste Antriebseinrichtung 20 sind über eine erste Antriebswelle 36 miteinander gekoppelt. Das zweite Rotorelement 34 ist mit der zweiten Antriebseinrichtung 22 über eine zweite Antriebswelle 38 gekoppelt. Beide Antriebswellen 36, 38 sind koaxial angeordnet, wobei die zweite Antriebswelle 38 als Hohlwelle ausgebildet ist, innerhalb der die erste Antriebswelle 36 drehbar gelagert ist. Erstes und zweites Rotorelement 32, 34 werden separat voneinander angetrieben, sodass die Rotorelemente gleichsinnig oder gegensinnig angetrieben und zudem mit unterschiedlichen Drehzahlen bewegt werden können. Wie Fig. 2 verdeutlicht, weisen die Rotorelemente 32, 34 in Längsrichtung ihrer Rotationsachsen einen axialen Versatz zueinander auf. Erstes und zweites Rotorelement sind somit in einem Abstand zueinander angeordnet. Zusätzlich ist am Gehäuse 30 der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' eine Zugabeleitung 60 angeordnet, über die das Eingeben bzw. Einbringen von festen, flüssigen oder pastösen Zugabestoffen erfolgen kann. Pfeil 39 gibt die Fließrichtung des Zugabestoffes in Richtung der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' an.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1" gezeigt, welche einen Behälter 2" umfasst, an den keine Zirkulationsleitung für ein Produkt angeschlossen ist. Am Behälterboden 12 ist eine Pump- und/oder Mischeinrichtung 6" derart angeordnet, dass die Pump- und Mischelemente im Inneren des Behälters angeordnet sind. Die Pump- und/oder Mischeinrichtung 6" weist ein erstes Rotorelement 32' und ein zweites Rotorelement 34' auf. Erstes und zweites Rotorelement 32', 34' sind entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform über die Antriebswellen 36, 38 mit einer ersten Antriebseinrichtung 20 und einer zweiten Antriebseinrichtung 22 mechanisch gekoppelt. Das erste und das zweite Rotorelement 32', 34' sind mittels der Antriebseinrichtungen 20, 22 beliebig antreibbar. Somit können die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung der Rotorelemente 32', 34' geändert werden. Durch eine Veränderung der Drehrichtung von erstem und zweitem Rotorelement wird auch die Förderrichtung des Gemisches innerhalb des Behälters 2" verändert.
Mittels der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6" wird das Produkt innerhalb des Behälters 2" umgewälzt. Das erste Rotorelement 32' ist als Axial-Pumprad, und das zweite Rotorelement 34' ist als Radial-Pumprad ausgebildet. Erstes und zweites Rotorelement 32', 34' sind bezogen auf ihre Rotationsachse axial zueinander beabstandet. Das erste Rotorelement 32' weist mehrere radial zur Rotationsachse abstehende Förderflügel 40, 40' auf, welche dazu eingerichtet sind, eine Förderbewegung des Produktes beziehungsweise des Gemisches in Längsrichtung seiner Rotationsachse und damit in Richtung des zweiten Rotorelementes 34' zu bewirken. Das zweite Rotorelement 34' umfasst mehrere gekrümmte Förderschaufeln 42, 42' (Fig. 7), die dazu eingerichtet sind, bezogen auf seine Rotationsachse, eine Förderbewegung des Produktes in radialer Richtung nach außen zu bewirken. Die innerhalb des Behälters 2" angeordneten ersten und zweiten Rotorelemente 32', 34' drehen insbesondere gegenläufig zueinander, wodurch dem Entstehen einer Trombe innerhalb des Behälters entgegengewirkt wird. Wie Fig. 3 zudem verdeutlicht, ist die Pump- und/oder Mischeinrichtung 6" an den Behälterboden 12 angeflanscht.
In Fig. 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte dargestellt. Die Vorrichtung 1'" weist einen an sich geschlossenen Behälter 2'" ohne eine Zirkulationsleitung auf. Eine Pump- und/oder Mischeinrichtung 6'" ist in der gezeigten Ausführungsform wieder direkt oberhalb des Behälterbodens 12 des Behälters 2'" angeordnet. Die Pump- und/oder Mischeinrichtung 6'" weist wiederum ein erstes Rotorelement 32" und ein zweites Rotorelement 34" auf, welche zumindest teilweise in den Innenraum des Behälters 2'" vorstehen.
Im Gegensatz zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform weist dieses Ausführungsbeispiel als Mischteile ausgebildete erste und zweite Rotorelemente 32", 34" auf. Die Rotorelemente 32", 34" weisen zwei oder mehr Mischflügel 44, 44' auf, welche zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung von den Rotationsachsen von erstem und zweitem Rotorelement 32", 34" abstehen. Ferner weist das erste Rotorelement 32" zusätzlich mehrere, vorzugsweise zwei unter einem Winkel geneigt zu seiner Rotationsachse verlaufende Rührflügel 46, 46' auf, welche in Richtung des Innenraumes des Behälters 2'" vorstehen. Solche als Mischteile ausgebildete Rotorelemente 32", 34" werden zum Vermischen von pulverförmigen Produkten eingesetzt. Erstes und zweites Rotorelement 32", 34" weisen ebenfalls einen axialen Versatz zueinander auf, welcher derart gewählt ist, dass ein sich in einer Ebene erstreckender Scherspalt 47 ausgebildet ist, in den keine Bereiche oder Abschnitte der Rotorelemente vorstehen. Der zwischen erstem und zweitem Rotorelement 32", 34" ausgebildete Scherspalt 47 weist ein Spaltmaß auf, das im Bereich von etwa 2 bis 25 mm liegt.
Ähnlich wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen können die als Mischteile ausgebildeten ersten und zweiten Rotorelemente 32", 34" mittels der Antriebseinrichtungen 20, 22 gegensinnig wie auch gleichsinnig und mit variierenden Drehzahlen angetrieben werden. Erstes und zweites Rotorelement 32", 34" sind über eine entsprechend mit den Rotorelementen mechanisch gekoppelte Antriebswelle 36, 38 mit den jeweiligen Antriebseinrichtungen 20, 22 mechanisch verbunden. Die zweite Antriebswelle 38 ist wiederum als Hohlwelle ausgebildet, in deren freiem Innenraum die erste Antriebswelle 36 drehbeweglich angeordnet ist.
Die Figuren 5 und 6 zeigen alternative Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'" welche optional zu den als Mischteilen ausgebildeten Rotorelementen 32", 34" jeweils ein Rührwerk 48, 48' umfassen. Mit Hilfe der Rührwerke 48, 48' wird ein sich in Behälter 2'" befindliches Produkt im Ganzen in Bewegung gehalten. Das Rührwerk 48 (Fig 5), welches als Anker-Rührwerk ausgebildet ist, umfasst ein Rührteil 50 dessen Drehachse koaxial zur Mittelachse des Behälters 2'" ausgerichtet ist. Des Weiteren umfasst das Rührwerk 48 mindestens zwei Rührteile 52, 52', deren Drehachsen gleichmäßig im Abstand um die Rotationsachse des Rührteils 50 herum angeordnet sind. Die Rühreteile 50, 52, 52' weisen eine Vielzahl von Verdrängerelementen 54, 54' auf. Die Verdrängerelemente 54, 54' der Rührteile 52, 52' bewegen sich berührungslos zwischen den in unterschiedlichen Höhen angeordneten Verdrängerelementen 54, 54' des Rührteiles 50 vorbei. Die Verdrängerelemente 54, 54' beider Rührteile weisen einen Höhenversatz zueinander auf.
Das Rührwerk 48' der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'" weist zwei koaxial geführte Rührteile 56, 56' mit jeweils daran angeordneten Verdrängerelementen 58, 58' auf. Die Verdrängerelemente 58, 58' sind in Abständen in der Höhe übereinander an einem jeweiligen Rührteil 56, 56' angeordnet. In die Abstände zwischen die Verdrängerelemente 58, 58' des ersten Rührteiles 56 laufen die Verdrängerelemente 58, 58' des zweiten Rührteiles 56' während der Relativbewegung der Rührteile 56, 56' hindurch. Die Verdrängerelemente 58, 58' der beiden in einer Ausführung in entgegengesetzte Richtungen drehenden Rührteile 56, 56' weisen einen Höhenversatz zueinander auf. Oberhalb des Behälterbodens 12 des Behälters 2'" ist in beiden in den Figuren 5 und 6 abgebildeten Ausführungsbeispielen eine Pump- und/oder Mischvorrichtung 6'" vorgesehen, welche als Rührteile ausgebildete Rotorelemente 32", 34" umfasst. Die Rotorelemente 32", 34" werden ähnlich wie in den vorherig beschriebenen Ausführungsformen über mit den Rotorelementen gekoppelte Antriebswellen angetrieben, welche mit den Antriebseinrichtungen 20, 22 drehgebend verbunden sind.
In den Fig. 7 und 8 sind Detailansichten der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6, 6' dargestellt. Die Pump- und/oder Mischeinrichtung 6, 6' umfasst ein Gehäuse 30 mit einer Einlassöffnung 25 und einer Auslassöffnung 26. Die Einlassöffnung 25 ist mit zum Beispiel einer Ableitung 4 (Fig. 1) verbunden oder bildet die Austrittsöffnung 24 des Behälters 2' (Fig. 2). Innerhalb des Gehäuses 30 sind das erste und das zweite Rotorelement 32, 34 der Pump- und/oder Mischeinrichtungen 6, 6' angeordnet. Das erste und das zweite Rotorelement 32, 34 weisen in Längsrichtung ihrer Rotationsachsen einen axialen Versatz zueinander auf. Das erste Rotorelement 32 mit seinen Förderflügeln 40, 40' ist somit axial beabstandet zu dem zweiten Rortorelement 34 mit seinen Förderschaufeln 42, 42'. Der Abstand beträgt mindestens etwa ein Fünftel des Durchmessers von erstem oder zweitem Rotorelement 32, 34.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand beziehungsweise der axiale Versatz zwischen erstem und zweitem Rotorelement veränderbar. Wie die Fig. 7 und 8 ferner zeigen, ist innerhalb des Gehäuses 30 eine Zugabeöffnung 60' bzw. Zugabeleitung 60 zum Einbringen oder Hinzugeben eines Zugabestoffes in das durch das Gehäuse 30 strömende Gemisch oder Produkt angeordnet. Die Zugabeöffnung 60' bzw. Zugabeleitung 60 ist in einem radialen Wandabschnitt 61 des Gehäuses 30 angeordnet, der benachbart zum ersten Rotorelement ist. Ferner weist der Innenraum des Gehäuses in Förderrichtung zwischen dem ersten Rotorelement 32 mit seinen Förderflügeln 40, 40' und dem zweiten Rotorelement 34 einen Durchflussbereich 62 mit einem sich verringernden Strömungsquerschnitt auf.
Der Innenraum des Gehäuses 30 wird durch den sich verengenden Durchflussbereich 62 in zwei Kammern 64, 64' unterteilt. Wie Fig. 7 und 8 ferner verdeutlichen, ist das Gehäuse 30 zweiteilig ausgebildet, wobei jede Kammer 64, 64' des Gehäuses 30 aus einem separaten Bauteil hergestellt wird. In Fig. 7 ist dem zweiten Rotorelement 34 mit seinen Förderschaufeln 42, 42' ein Stator 66 mit einer Vielzahl von Statorelementen 68, 68' zugeordnet. Der Stator 66 wird von dem Gemisch oder dem Produkt während der mittels dem zweiten Rotorelement erzeugten, zweiten Förderbewegung in etwa radialer Richtung zur Rotationsachse des zweiten Rotorelements durchströmt.
Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform umfasst keinen dem zweiten Rotorelement 34 zugeordneten Stator. Mit der in Fig. 8 gezeigten Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' wird, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel aus Fig.7 eine verringerte Scherbeanspruchung des Produktes erzielt, das durch das Gehäuse 30 gefördert wird. Aus den Fig. 7 und 8 ist des Weiteren die mechanische Kopplung zwischen dem ersten Rotorelement 32 und der ersten Antriebswelle 36 sowie dem zweiten Rotorelement 34 und der zweiten Antriebswelle 38 verdeutlicht.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der insbesondere in Fig. 3 abgebildeten Rotorelemente 32', 34' der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6". Das erste Rotorelement 32' ist im Abstand zum zweiten Rotorelement 34' angeordnet. Das erste als Axial-Pumprad ausgebildete Rotorelement weist mehrere, vorzugsweise zwei bis fünf Förderflügel 40, 40' auf, welche im Wesentlichen radial zur Rotationsachse abstehen. Die Förderflügel 40, 40' sind in axialer Richtung geneigt angeordnet, wodurch bei Drehung des ersten Rotorelementes 32' eine Förderbewegung des das Rotorelement 32' unmittelbar umgebenden Produktes in axialer Richtung umgesetzt wird. Am äußeren Ende sind die Förderflügel 40, 40' über ein Ringteil 70 miteinander verbunden.
Das zweite Rotorelement 34' ist unterhalb des ersten Förderelements 32' angeordnet. Das zweite Rotorelement 34' hat mehrere gekrümmte Förderschaufeln 42, 42', die einen in radialer Richtung und in Umfangsrichtung gerichteten Verlauf aufweisen. Benachbart zum äußeren Umfang des zweiten Rotorelementes 34' ist ein Stator 66 angeordnet, der eine Vielzahl von in vorbestimmten Abständen zueinander angeordnete Statorelemente 68, 68' hat. Mittels der sich relativ zum Stator 66 bewegenden Förderschaufeln 42, 42' wird das umzuwälzende Produkt durch die vorhandenen Schlitze 72 zwischen den Statorelementen 68, 68' hindurchgefördert.
Fig. 10 zeigt eine Detaildarstellung der Rotorelemente 32", 34", welche als Mischteile zum Durchmischen eines bevorzugt als reine Pulverphase vorliegenden Produktes verwendet werden. Erstes und zweites Rotorelement 32", 34" weisen jeweils mehrere, bevorzugt zwei im Wesentlichen in radialer Richtung zur Rotationsachse der Rotorelemente 32", 34" abstehende Mischflügel 44, 44' auf. Am ersten Rotorelement 32" sind zusätzlich die auch in Fig. 4 abgebildeten zusätzlichen Rührflügel 46, 46' angeordnet, welche in der gezeigten Ausführungsform unter einem Winkel im Bereich von etwa 20° bis 25° geneigt zur Rotationsachse des ersten Rotorelementes 32" verlaufen. Erstes und zweites Rotorelement 32" und 34" sind so zueinander angeordnet, dass zwischen beiden Rotorelementen ein durchgängiger Scherspalt 47 für das zu vermischende Produkt ausgebildet ist. Das Spaltmaß liegt etwa im Bereich zwischen 2 und 25 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 20 mm. Das erste Rotorelement 32" ist mit der ersten Antriebswelle 36, und das zweite Rotorelement 34" ist mit der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Antriebswelle 38 (Fig. 4 und 6) mechanisch gekoppelt.
Fig. 11 zeigt eine alternative Ausgestaltung der als Mischteile ausgebildeten Rotorelemente 32", 34", welche zum Durchmischen eines bevorzugt als reine Pulverphase vorliegenden Materialgemisches bzw. herzustellenden Produktes eingesetzt werden. Das erste und zweite Rotorelement weisen vier bevorzugt im Wesentlichen radial zur Rotationsachse der Rotorelemente 32", 34" abstehende Mischflügel, 44, 44' auf. Die Rotorelemente 32", 34" haben bevorzugt jeweils vier Mischflügel, wobei die Anzahl der Mischflügel 44, 44' an den Rotorelementen unterschiedlich sein kann.
Wie ferner aus Fig. 11 ersichtlich sind in einer Ausführungsform die Rührflügel 46, 46' am ersten Rotorelement 32" in einer Ebene im Abstand von etwa 50 bis 150 mm oberhalb der Mischflügel 44, 44' am ersten Rotorelement 32" angeordnet. Bevorzugt sind drei geneigt verlaufende Rührflügel 46, 46' vorgesehen, wobei, wie aus Fig. 12 ersichtlich, die Rührflügel in einem Winkel α im Bereich von 20 bis etwa 45 Grad zur Rotationsachse R des ersten und Rotorelement 32" verlaufen. Der Abstand der Rührflügel zu den Mischflügeln des ersten Rotorelementes 32" ist insbesondere über einen austauschbaren Abstandhalter 78 veränderbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mischflügel 44, 44' sowie die Rührflügel 46, 46' bevorzugt als Stabelemente mit einem polygonalen Querschnitt ausgebildet. Die Stabelemente weisen insbesondere einen viereckigen Querschnitt auf, wobei die Mischflügel 44, 44' einen trapezförmigen Querschnitt haben. In der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform sind die Mischflügel 44, 44' so zueinander angeordnet, dass die parallel zueinander verlaufenden Flächen 80, 80' an den Rotorelementen 32", 34" in einer Ebene parallel zu den parallel zueinander verlaufenden Flächen 80, 80' des jeweils anderen zweiten oder ersten Rotorelementes 34", 32" verlaufen. Insbesondere sind die kleineren der jeweils parallel zueinander verlaufenden Flächen 80' von erstem und zweitem Rotorelement einander zugewandt und definieren den Scherspalt 47 zwischen den Mischflügeln 44, 44'.
In Fig. 13 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel zu der in Fig.2 abgebildeten Vorrichtung 1' zum Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte gezeigt. Die Vorrichtung 1' weist einen Behälter 2' mit einer Austrittsöffnung 24 auf, die fluidleitend mit einer Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' gekoppelt ist. Die der Austrittsöffnung unmittelbar nachgeschaltete Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' umfasst, wie auch in den vorherigen Ausführungsformen, ein erstes Rotorelement 32 und ein zweites Rotorelement 34. Die Rotorelemente 32 und 34 werden über die jeweils korrespondierenden Antriebseinrichtungen 20, 22 angetrieben. Das erste Rotorelement 32 ist vornehmlich als Axial-Pumprad und das zweite Rotorelement 34 als Radial-Pumprad ausgebildet. An die Auslassöffnung 26 der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' ist eine Zirkulationsleitung 28 angeschlossen, welche in der gezeigten Ausführungsform in einem oberen Abschnitt der Seitenwand 16 des Behälters 2' ausmündet. Die Fließrichtung des umgewälzten Gemisches ist mittels der Pfeile 18, 18' angegeben. Die Zirkulationsleitung 28 kann auch mit anderen Bereichen des Behälters, wie beispielsweise einem unteren Abschnitt der Seitenwand 16 des Behälters 2' oder dem Behälterboden 12 fluidleitend verbunden sein.
Zusätzlich zu dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mit ihrer am Gehäuse 30 angeordneten Zugabeleitung 60 ist ferner eine Bypassleitung 74 vorgesehen. Mit der Bypassleitug 74 ist eine fluidleitende Verbindung zwischen einem zylindrischen Wandabschnitt 61 des Gehäuses 30 und einem Abschnitt der Zirkulationsleitung 28 herstellt, Die Abführöffnung der Bypassleitung 74 ist etwa im gleichen Abstand zwischen der Einlassöffnung 25 und der Auslassöffnung 26 der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' angeordnet.
In Fig. 14 ist eine Detailansicht der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' aus Fig. 13 abgebildet. Wie Fig. 14 zeigt, sind die Zugabeleitung 60 für das Eingeben von Zugabestoffen und die Bypassleitung 74 mit einem zylindrischen Wandabschnitt 61 des Gehäuses 30 verbunden, der im Wesentlichen, in axialer Richtung der Pump- und/oder Mischeinrichtung 6' gesehen, zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorelement 32, 34 angeordnet ist. Mittels der Bypassleitung 74 wird insbesondere ein Teilstrom (Pfeil 76) des durch die Pump- und/oder Mischeinrichtung fließenden Produktstromes aus der Kammer 64 abgezweigt und ohne mit dem zweiten Rotorelement 34 in Kontakt gelangend, also die zweite Kammer 64' und das zweite Rotorelement 34 umgehend, in die Zirkulationsleitung 28 geleitet. Der Förderstrom (Pfeil 39) des Zugabstoffes in der Zugabeleitung 60 und der Fluidstrom des durch die Bypassleitung 74 am zweiten Rotorelement vorbeigeleiteten Produkt-Teilstromes (Pfeil 76) können über nicht näher dargestellte Stellmittel, wie beispielsweise Regelventile, gesteuert bzw angepasst werden. Ähnliche oder gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1, 1', 1", 1'": Vorrichtung
2, 2', 2", 2'": Behälter
4: Ableitung
6, 6', 6", 6'": Pump-/Mischeinrichtung
8: Zuleitung
10: Einlass
12: Behälterboden
14: Auslass
16: Seitenwand
18, 18': Fließrichtung Gemisch
20, 22: Antriebseinrichtung
24: Austrittsöffnung
25: Einlassöffnung
26: Auslassöffnung
28: Zirkulationsleitung
30: Gehäuse
32, 32', 32": erstes Rotorelement
34, 34', 34": zweites Rotorelement
36,38: Antriebswelle
39: Fließrichtung Zugabestoff
40, 40': Förderflügel
42, 42': Förderschaufel
44, 44': Mischflügel
46, 46': Rührflügel
47: Scherspalt
48, 48': Rührwerk
50, 52, 52': Rührteil
54, 54': Verdrängerelement
56, 56': Rührteil
58, 58': Verdrängerelement
60: Zugabeleitung
60': Zugabeöffnung
61: Wandabschnitt
62: Durchflussbereich
64, 64': Kammer
66: Stator
68, 68': Statorelement
70: Ringteil
72: Schlitz
74: Bypassleitung
76: Teilstrom
78: Abstandhalter
80, 80': Flächen

Claims

Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte, insbesondere von Emulsionen oder Dispersionen, mit
zumindest einem Behälter (2, 2', 2", 2'") zur Aufnahme eines Produktes, und
einer Pump- und/oder Mischeinrichtung (6, 6', 6", 6"') zum Fördern, Homogenisieren und/oder Dispergieren fließfähiger Produkte, mit
einem um eine erste Rotationsachse drehbar gelagerten ersten Rotorelement (32, 32', 32"), welches mittels einer Antriebseinrichtung (20) antreibbar ist, und
einem um eine zweite Rotationsachse drehbar gelagerten zweiten Rotorelement (34, 34', 34"), welches mittels einer Antriebseinrichtung (22) antreibbar ist,
wobei die Rotationsachsen von erstem und zweitem Rotorelement (32, 32', 32", 34, 34', 34") im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, vorzugsweise koaxial angeordnet sind,
wobei das erste Rotorelement (32, 32', 32") und das zweite Rotorelement (34, 34', 34"), bezogen auf ihre Rotationsachsen, einen axialen Versatz zueinander aufweisen, wobei die Pump- und/oder Mischeinrichtung (6", 6'") im Innenbereich des Behälters oberhalb des Behälterbodens (12) angeordnet ist, wobei
der Versatz zwischen den als Mischteilen ausgebildeten Rotorelementen (32", 34") derart gewählt ist, dass ein sich in einer Ebene erstreckender Scherspalt (47) ausgebildet ist,
wobei das erste und zweite Rotorelement (32", 34") jeweils zwei oder mehr Mischflügel (44, 44') aufweist, welche sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstrecken, und wobei das erste Rotorelement (32") zusätzlich mehrere unter einem Winkel geneigt zu seiner Rotationsachse verlaufende Rührflügel (46, 46') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotorelement (32, 32', 32") mit einer ersten Antriebswelle (36) und das zweite Rotorelement (34, 34', 34") mit einer zweiten Antriebswelle (38) gekoppelt sind, welche mittels verschiedener Antriebseinrichtungen (20, 22) antreibbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine der Antriebswellen (38) als Hohlwelle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz zwischen dem ersten und zweiten Rotorelement (32, 32', 32", 34, 34', 34") veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Scherspalt (47) ein Spaltmaß aufweist, das im Bereich von etwa 2 bis 25 mm liegt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass, wobei die geneigt verlaufenden Rührflügel in einer Ebene im Abstand oberhalb der den Scherspalt definierenden Mischflügel (44, 44') von erstem und zweitem Rotorelement (32", 34") angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügel (44, 44') und die Rührflügel (46, 46') von erstem und zweitem Rotorelement (32", 34") bevorzugt als Stabelemente mit einem polygonalen Querschnitt ausgebildet sind, wobei diese vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt haben.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behälters (2'") ein rotierendes Rührwerk (48, 48') mit mehreren relativ zueinander beweglichen Rührwerksteilen (50, 52, 52', 56, 56') angeordnet ist.