WO2005065807A2 - Ultrasonic dispersion device - Google Patents

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WO2005065807A2
WO2005065807A2 PCT/IB2003/006323 IB0306323W WO2005065807A2 WO 2005065807 A2 WO2005065807 A2 WO 2005065807A2 IB 0306323 W IB0306323 W IB 0306323W WO 2005065807 A2 WO2005065807 A2 WO 2005065807A2
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dispersed
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Uwe KLAUMÜNZNER
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Romaco Ag
Frymakoruma Gmbh
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    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
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Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic dispersing device for dispersing liquid to viscous Sutostanzgemische, with a housing with a
  • Inlet opening for supplying the substances to be dispersed and an outlet opening for dispensing the dispersed substances and an oscillating body arranged inside the housing for carrying out mechanical vibrations.
  • Di spergier devices of the type mentioned are used in the prior art to homogenize liquid to viscous substances or substance mixtures.
  • the known devices have the overall disadvantage that the average grain sizes of the ground substances are always too large for many applications and, in particular, it is not possible to achieve average grain sizes in the nanometer range.
  • Such medium grain sizes are achieved with the aid of high-pressure dispersing devices, which are time-consuming and costly.
  • the object of the invention is therefore to provide a Mssel device by means of which average grain sizes of about 1 to 5 micrometers can be obtained inexpensively.
  • the object of the invention is therefore to create a dispersing device by means of which mean grain sizes in the nanometer range can be achieved inexpensively and faster than with the known devices and methods.
  • this object is achieved in that a rotatably mounted rotor is provided within the housing and an end face of the oscillating body is arranged opposite one end face of the rotor, forming a working space, with a substance to be dispersed for a dispersing operation can be funded through the work area.
  • the combination of features means that a rotatably mounted rotor is provided within the housing and an end face of the oscillating body to form a Working space is arranged opposite one end face of the rotor, a substance to be dispersed being able to be conveyed through the working space for a dispersing process, achieved that a device is created in which the principle of shearing particles by means of a rotor is created for a dispersing and / or homogenizing process / Stator device can be combined with the principle of particle smashing using ultrasound. It has been shown that the interaction of the two principles has a synnergistic effect in a dispersion / homogenization process, so that very small particle sizes in the nanometer range can be achieved with comparatively short processing times.
  • the vibrating body is mechanically connected to a converter device arranged outside the housing for generating mechanical vibrations.
  • the oscillating body is designed to be rotationally symmetrical.
  • the vibrating body is preferably essentially cylindrical and in particular preferably has a circular end face.
  • the end face of the rotor is also preferably circular.
  • the substance to be dispersed in the radial direction through the essentially hollow cylindrical working space between the End face of the rotor and the end face of the vibrating body acting as a stator can be conveyed.
  • the substance to be dispersed can preferably be conveyed into the working space by the drive shaft of the rotor designed as a hollow shaft, the substance to be dispersed being conveyed radially outward through the working space by the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor.
  • the device in one of the end faces of the rotor or vibrating body at least one spiral groove (helical, "coil-shaped” in contrast to “helically-shaped”) is formed, which is oriented in such a way that the substance to be dispersed is pressed against the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor in the radial direction in the direction of the central regions of the working space in order to increase a residence time in the working space, the groove preferably being formed in the rotor.
  • spiral groove helical, "coil-shaped” in contrast to “helically-shaped
  • At least one annular groove is formed in the end face of the rotor, into which a correspondingly adapted annular projection of the oscillating body engages in order to increase the length of time that a substance to be dispersed remains in the working space.
  • at least one annular groove is formed in the end face of the oscillating body, into which a correspondingly adapted annular projection of the rotor engages in order to extend the dwell time of one to be dispersed Increase substance in the work space.
  • a plurality, in particular three to five, concentric grooves are preferably provided.
  • the end face of the rotor is connected to a hollow cylindrical rotation element, the inner surface of which faces the outer surface of the vibrating body adjacent to the end face of the vibrating body, forming a further working space.
  • the outer surface of the vibrating body adjacent to the end face of the vibrating body is preferably provided with a plurality of teeth
  • the inner surface of the hollow cylindrical rotating element is preferably also provided with a plurality of teeth.
  • the teeth are preferably arranged at an angle of 10 ° to 20 °, in particular 15 °, to the axis of rotation of the rotor and preferably have a height of 0.2 mm to 0.4 mm.
  • the teeth are typically arranged at a repetition frequency of 4 to 8, in particular 6 teeth / centimeter.
  • the distance between the end face of the vibrating body and the end face of the rotor is preferably dimensioned to 0.1 mm to 1 mm, and the distance between the inner surface of the hollow cylindrical rotating element and the outer surface of the vibrating body adjacent to the end face of the vibrating body is preferably 0. 1 mm to 1 mm.
  • the rotor can preferably be operated at a rotational speed of 1000 to 10000 revolutions / minute. For a speed of rotation of about 6000 revolutions / minute is typical for most applications.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the device according to the invention in a cross-sectional view
  • Fig. 2 shows the end face of the rotor of the preferred embodiment of the device according to the invention shown in Fig. 1 in a view from the front.
  • the ultrasonic dispersing device 100 for dispersing liquid to viscous substance mixtures shown in FIGS. 1 to 2 contains a housing 110 with an inlet opening 111 for supplying the substances to be dispersed and an outlet opening 112 for dispensing the dispersed substances, and one inside the housing 110 arranged vibrating body 120 for performing mechanical vibrations, wherein a rotatably mounted rotor 130 is provided within the housing 110, and wherein an end face 121 of the vibrating body 120 is arranged to form a working space 122 opposite an end face 131 of the rotor 130 and a substance to be dispersed for one Dispersing process can be promoted through the work space 122.
  • the vibrating body 120 is mechanically connected to a converter device arranged outside the housing 110 for generating mechanical vibrations.
  • the vibrating body 120 is rotationally symmetrical, essentially cylindrical, but also has a closed circumferential groove.
  • the end face 121 of the vibrating body 120 is correspondingly circular, the end face 131 of the rotor 130 also being circular.
  • the substance to be dispersed can be conveyed in the radial direction through the essentially hollow cylindrical working space 122 between the end face 131 of the rotor 130 and the end face 121 acting as a stator of the oscillating body 120, the substance to be dispersed through the drive shaft 140 designed as a hollow shaft of the rotor 130 can be conveyed into the working space 122.
  • the substance to be dispersed can be conveyed radially outward through the working space 122 by the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor 130.
  • a spiral groove 132 is formed, which is oriented in such a way that the substance to be dispersed is pressed against the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor 130 in the radial direction in the direction of the central regions of the working space 1.22 To increase the length of stay in the work space 122.
  • the end face 131 of the rotor 130 is connected to a hollow cylindrical rotating element 133, the inner surface 133 'of which, with the formation of a further working space 134, faces the outer surface 123 of the vibrating body 120 which adjoins the end face 121 of the vibrating body 120.
  • the lateral surface 123 of the vibrating body 120 adjoining the end face 121 of the vibrating body 120 has a plurality of teeth provided, and also the inner surface 133 'of the hollow cylindrical rotating element 133 is provided with a plurality of teeth.
  • the teeth are each inclined with the opposite sign at an angle of 15 ° to the axis of rotation of the rotor 130.
  • the teeth have a height of 0.3 mm and the teeth are arranged at a repetition frequency of 6 teeth / centimeter.
  • the distance between the end face 121 of the vibrating body 120 and the end face 131 of the rotor 130 is dimensioned to 0.3 mm, and also the distance between the inner surface 133 'of the hollow cylindrical rotating element 133 and the lateral surface 123 of the vibrating body adjoining the end face 121 of the vibrating body 120 120 is measured at 0.3 mm.
  • the rotor 130 can be operated at a rotational speed of approximately 6000 revolutions / minute.

Abstract

The invention relates to an ultrasonic dispersion device (100) for dispersing mixtures of substances that are in a liquid to viscous state. Said device comprises a housing (110) with an inlet (111) for supplying the substances to be dispersed, an outlet (112) for delivering the dispersed substances and an oscillating body (120) that is situated in the housing (110) for executing mechanical oscillations. The aim of the invention is to obtain an average particle size in the nanometre range in a cost-effective manner. To achieve this, a rotatably mounted rotor (130) is provided inside the housing (110) and an end face (121) of the oscillating body (120) lies against an end face (131) of the rotor (130), thus forming a working chamber (122). A substance to be dispersed can be conducted through the working chamber (122) for a dispersion operation.

Description

ULTRASCHALL-DISPERGIER-VORRICHTÜNG ULTRASOUND DISPERSING-VORRICHTÜNG
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Dispergier- Vojrrichtung zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Sutostanzgemische , mit einem Gehäuse mit einerThe invention relates to an ultrasonic dispersing device for dispersing liquid to viscous Sutostanzgemische, with a housing with a
Eingangsöf fnung zum Zuführen der zu dispergierenden Substanzen und einer Auslassöffnung zum Abgeben der di spergierten Substanzen und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Schwingkörper zum Aus führen mechanischer Schwingungen .Inlet opening for supplying the substances to be dispersed and an outlet opening for dispensing the dispersed substances and an oscillating body arranged inside the housing for carrying out mechanical vibrations.
Di spergier-Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik verwendet , um flüssiger bis zähflüssiger Substanzen oder Substanzgemische zu homogenisieren . Die bekannten Vorrichtungen weisen j edoch insgesamt den Nachteil auf , dass die mittleren Korngrößen der gemahlenen Substanzen für viele Anwendungen immer zu groß sind und insbesondere ein Erzielen von mittleren Korngrößen im Nanometerbereich nicht ermöglicht sind. Zwar werden derartige mittlere Korngrößen mit Hilfe von Hochdruck-Dispergier-Vorrichtungen erreicht, die indes zeitaufwendig und kostenintensiv sind.Di spergier devices of the type mentioned are used in the prior art to homogenize liquid to viscous substances or substance mixtures. However, the known devices have the overall disadvantage that the average grain sizes of the ground substances are always too large for many applications and, in particular, it is not possible to achieve average grain sizes in the nanometer range. Such medium grain sizes are achieved with the aid of high-pressure dispersing devices, which are time-consuming and costly.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Mühl-Vorrichtung zu schaffen, mittels derer mittlere Korngrößen von etwa 1 bis 5 Mikrometern kostengünstig erzielbar sind.The object of the invention is therefore to provide a Mühl device by means of which average grain sizes of about 1 to 5 micrometers can be obtained inexpensively.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Dispergier- Vorrichtung zu schaffen, mittels derer mittlere Korngrößen im Nanometerbereich kostengünstig und schneller als mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen und Verfahren erzielbar sind.The object of the invention is therefore to create a dispersing device by means of which mean grain sizes in the nanometer range can be achieved inexpensively and faster than with the known devices and methods.
Für eine Dispergier-Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Innerhalb des Gehäuses ein drehbar gelagerter Rotor vorgesehen ist und eine Stirnfläche des Schwingkörpers unter Bildung eines Arbeitsraumes einer Stirnfläche des Rotors gegenüberstehend angeordnet ist, wobei eine zu dispergierenden Substanz für einen Dispergiervorgang durch den Arbeitsraum förderbar ist .For a dispersing device of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that a rotatably mounted rotor is provided within the housing and an end face of the oscillating body is arranged opposite one end face of the rotor, forming a working space, with a substance to be dispersed for a dispersing operation can be funded through the work area.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass innerhalb des Gehäuses ein drehbar gelagerter Rotor vorgesehen ist und eine Stirnfläche des Schwingkörpers unter Bildung eines Arbeitsraumes einer Stirnfläche des Rotors gegenüberstehend angeordnet ist, wobei eine zu dispergierenden Substanz für einen Dispergiervorgang durch den Arbeitsraum förderbar ist, erreicht, dass eine Vorrichtung geschaffen ist, bei der für einen Dispergier- und/oder Homogenisierungsvorgang das Prinzip eines Scherens von Partikeln mittels einer Rotor/Stator-Einrichtung mit dem Prinzip eines Zertrümmerns von Partikeln mittels Ultraschall kombinierbar ist. Es hat sich gezeigt, dass das Zusammenspiel beider Prinzipien bei einem Dispergier/Homogenisierungsvorgang synnergistisch wirkt, so dass bei vergleichsweise kurzen Bearbeitungszeiten sehr kleine Teilchengrößen im Nanometerbereich erreicht werden.In the device according to the invention, the combination of features means that a rotatably mounted rotor is provided within the housing and an end face of the oscillating body to form a Working space is arranged opposite one end face of the rotor, a substance to be dispersed being able to be conveyed through the working space for a dispersing process, achieved that a device is created in which the principle of shearing particles by means of a rotor is created for a dispersing and / or homogenizing process / Stator device can be combined with the principle of particle smashing using ultrasound. It has been shown that the interaction of the two principles has a synnergistic effect in a dispersion / homogenization process, so that very small particle sizes in the nanometer range can be achieved with comparatively short processing times.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Schwingkörper mit einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Konvertereinrichtung zum Erzeugen mechanischer Schwingungen mechanisch verbunden ist.According to a first preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the vibrating body is mechanically connected to a converter device arranged outside the housing for generating mechanical vibrations.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Schwingkörper rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Der Schwingkörper ist dabei vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist insbesondere vorzugsweise eine kreisförmig ausgebildete Stirnfläche auf. Auch die Stirnfläche des Rotors ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet.According to another preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the oscillating body is designed to be rotationally symmetrical. The vibrating body is preferably essentially cylindrical and in particular preferably has a circular end face. The end face of the rotor is also preferably circular.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die zu dispergierenden Substanz in radialer Richtung durch den im wesentlichen hohlzylindrischen Arbeitsraum zwischen der Stirnfläche des Rotors und der als Stator wirkenden Stirnfläche des Schwingkörpers förderbar ist. Vorzugsweise kann die zu dispergierenden Substanz dabei durch die als Hohlwelle ausgeführte Antriebswelle des Rotors in den Arbeitsraum förderbar sein, wobei die zu dispergierenden Substanz durch die durch die Drehbewegung des Rotors verursachte Zentrifugalkraft durch den Arbeitsraum radial nach außen gefördert wird.According to an important preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the substance to be dispersed in the radial direction through the essentially hollow cylindrical working space between the End face of the rotor and the end face of the vibrating body acting as a stator can be conveyed. The substance to be dispersed can preferably be conveyed into the working space by the drive shaft of the rotor designed as a hollow shaft, the substance to be dispersed being conveyed radially outward through the working space by the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor.
Gemäß einer anderen wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass in einer der Stirnflächen des Rotors oder Schwingkörpers mindestens eine spiralförmige Nut (schneckenförmig, englisch „coil-shaped" im Gegensatz zu „helically-shaped ) ausgebildet ist, die so orientiert ist, dass die zu dispergierenden Substanz gegen die durch die Drehbewegung des Rotors verursachte Zentrifugalkraft in radialer Richtung in Richtung der zentralen Bereiche des Arbeitsraumes gedrückt wird, um eine Verweildauer in dem Arbeitsraum zu erhöhen. Vorzugsweise ist die Nut dabei in dem Rotor ausgebildet.According to another important preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that in one of the end faces of the rotor or vibrating body at least one spiral groove (helical, "coil-shaped" in contrast to "helically-shaped") is formed, which is oriented in such a way that the substance to be dispersed is pressed against the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor in the radial direction in the direction of the central regions of the working space in order to increase a residence time in the working space, the groove preferably being formed in the rotor.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist in der Stirnfläche des Rotors mindestens eine ringförmige Nute ausgebildet, in die ein entsprechend angepasster ringförmiger Vorsprung des Schwingkörpers eingreift, um eine Verlängerung der Verweildauer einer zu dispergierenden Substanz in dem Arbeitsraum zu erhöhen. Entsprechend ist bei dieser Ausführungsform in der Stirnfläche des Schwingkörpers mindestens eine ringförmige Nute ausgebildet, in die ein entsprechend angepasster ringförmiger Vorsprung des Rotors eingreift, um eine Verlängerung der Verweildauer einer zu dispergierenden Substanz in dem Arbeitsraum zu erhöhen. Vorzugsweise sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Mehrzahl, insbesondere drei bis fünf konzentrischer Nute vorgesehen.According to an alternative embodiment, at least one annular groove is formed in the end face of the rotor, into which a correspondingly adapted annular projection of the oscillating body engages in order to increase the length of time that a substance to be dispersed remains in the working space. Correspondingly, in this embodiment, at least one annular groove is formed in the end face of the oscillating body, into which a correspondingly adapted annular projection of the rotor engages in order to extend the dwell time of one to be dispersed Increase substance in the work space. In this embodiment of the invention, a plurality, in particular three to five, concentric grooves are preferably provided.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Stirnfläche des Rotors mit einem hohlzylindrischen Rotationselement verbunden ist, dessen Innenfläche unter Bildung eines weiteren Arbeitsraumes der an die Stirnfläche des Schwingkörpers angrenzenden Mantelfläche des Schwingkörper gegenübersteht. Die an die Stirnfläche des Schwingkörpers angrenzende Mantelfläche des Schwingkörpers ist dabei vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen, und auch die Innenfläche des hohlzylindrischen Rotationselementes ist dabei vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen. Die Zähne sind vorzugsweise in einem Winkel von 10° bis 20°, insbesondere 15° zur Rotationsachse des Rotors angeordnet und weisen vorzugsweise eine Höhe von 0,2 mm bis 0,4 mm auf. Die Zähne sind dabei typischerweise in einer Wiederholungsfrequenz von 4 bis 8, insbesondere 6 Zähnen/Zentimeter angeordnet.According to a further important preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the end face of the rotor is connected to a hollow cylindrical rotation element, the inner surface of which faces the outer surface of the vibrating body adjacent to the end face of the vibrating body, forming a further working space. The outer surface of the vibrating body adjacent to the end face of the vibrating body is preferably provided with a plurality of teeth, and the inner surface of the hollow cylindrical rotating element is preferably also provided with a plurality of teeth. The teeth are preferably arranged at an angle of 10 ° to 20 °, in particular 15 °, to the axis of rotation of the rotor and preferably have a height of 0.2 mm to 0.4 mm. The teeth are typically arranged at a repetition frequency of 4 to 8, in particular 6 teeth / centimeter.
Der Abstand zwischen der Stirnfläche des Schwingkörpers und der Stirnfläche des Rotors ist vorzugsweise auf 0,1 mm bis 1 mm bemessen, und auch der Abstand zwischen der Innenfläche des hohlzylindrischen Rotationselementes und der an die Stirnfläche des Schwingkörpers angrenzenden Mantelfläche des Schwingkörper ist vorzugsweise auf 0,1 mm bis 1 mm bemessen ist.The distance between the end face of the vibrating body and the end face of the rotor is preferably dimensioned to 0.1 mm to 1 mm, and the distance between the inner surface of the hollow cylindrical rotating element and the outer surface of the vibrating body adjacent to the end face of the vibrating body is preferably 0. 1 mm to 1 mm.
Der Rotor ist vorzugsweise mit einer Drehgeschwindigkeit von 1000 bis 10000 Umdrehungen/Minute betreibbar ist. Für die meisten Anwendungen ist eine Drehgeschwindigkeit von etwa 6000 Umdrehungen/Minute typisch.The rotor can preferably be operated at a rotational speed of 1000 to 10000 revolutions / minute. For a speed of rotation of about 6000 revolutions / minute is typical for most applications.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:The device according to the invention is explained below with reference to a preferred embodiment, which is shown in the figures of the drawing. In it show:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansich ;1 shows a preferred embodiment of the device according to the invention in a cross-sectional view;
Fig. 2 die Stirnfläche des Rotors der in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von vorne.Fig. 2 shows the end face of the rotor of the preferred embodiment of the device according to the invention shown in Fig. 1 in a view from the front.
Die in den Figuren 1 bis 2 dargestellte erfindungsgemäße Ultraschall-Dispergier-Vorrichtung 100 zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische enthält ein Gehäuse 110 mit einer Eingangsöffnung 111 zum Zuführen der zu dispergierenden Substanzen und einer Auslassöffnung 112 zum Abgeben der dispergierten Substanzen und einen innerhalb des Gehäuses 110 angeordneten Schwingkörper 120 zum Ausführen mechanischer Schwingungen, wobei ein drehbar gelagerter Rotor 130 innerhalb des Gehäuses 110 vorgesehen ist, und wobei eine Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 unter Bildung eines Arbeitsraumes 122 einer Stirnfläche 131 des Rotors 130 gegenüberstehend angeordnet ist und eine zu dispergierenden Substanz für einen Dispergiervorgang durch den Arbeitsraum 122 förderbar ist. Der Schwingkörper 120 ist mit einer außerhalb des Gehäuses 110 angeordneten Konvertereinrichtung zum Erzeugen mechanischer Schwingungen mechanisch verbunden. Der Schwingkörper 120 ist rotationssymmetrisch, im wesentlichen zylindrisch ausgeführt, weist jedoch auch eine in sich geschlossene Umlaufnute auf. Die Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 ist entsprechend kreisförmig, wobei auch die Stirnfläche 131 des Rotors 130 kreisförmig ausgebildet ist. Die zu dispergierenden Substanz ist bei der dargestellte Ausführungsfor in radialer Richtung durch den im wesentlichen hohlzylindrischen Arbeitsraum 122 zwischen der Stirnfläche 131 des Rotors 130 und der als Stator wirkenden Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 förderbar, wobei die zu dispergierenden Substanz durch die als Hohlwelle ausgeführte Antriebswelle 140 des Rotors 130 in den Arbeitsraum 122 förderbar ist. Die zu dispergierenden Substanz ist durch die durch die Drehbewegung des Rotors 130 verursachte Zentrifugalkraft durch den Arbeitsraum 122 radial nach außen förderbar.The ultrasonic dispersing device 100 according to the invention for dispersing liquid to viscous substance mixtures shown in FIGS. 1 to 2 contains a housing 110 with an inlet opening 111 for supplying the substances to be dispersed and an outlet opening 112 for dispensing the dispersed substances, and one inside the housing 110 arranged vibrating body 120 for performing mechanical vibrations, wherein a rotatably mounted rotor 130 is provided within the housing 110, and wherein an end face 121 of the vibrating body 120 is arranged to form a working space 122 opposite an end face 131 of the rotor 130 and a substance to be dispersed for one Dispersing process can be promoted through the work space 122. The vibrating body 120 is mechanically connected to a converter device arranged outside the housing 110 for generating mechanical vibrations. The vibrating body 120 is rotationally symmetrical, essentially cylindrical, but also has a closed circumferential groove. The end face 121 of the vibrating body 120 is correspondingly circular, the end face 131 of the rotor 130 also being circular. In the embodiment shown, the substance to be dispersed can be conveyed in the radial direction through the essentially hollow cylindrical working space 122 between the end face 131 of the rotor 130 and the end face 121 acting as a stator of the oscillating body 120, the substance to be dispersed through the drive shaft 140 designed as a hollow shaft of the rotor 130 can be conveyed into the working space 122. The substance to be dispersed can be conveyed radially outward through the working space 122 by the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor 130.
In der Stirnfläche 131 des Rotors 130 ist eine spiralförmige Nute 132 ausgebildet, die so orientiert ist, dass die zu dispergierenden Substanz gegen die durch die Drehbewegung des Rotors 130 verursachte Zentrifugalkraft in radialer Richtung in Richtung der zentralen Bereiche des Arbeitsraumes 1.22 gedrückt wird, um eine Verweildauer in dem Arbeitsraum 122 zu erhöhen.In the end face 131 of the rotor 130, a spiral groove 132 is formed, which is oriented in such a way that the substance to be dispersed is pressed against the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor 130 in the radial direction in the direction of the central regions of the working space 1.22 To increase the length of stay in the work space 122.
Die Stirnfläche 131 des Rotors 130 ist mit einem hohlzylindrischen Rotationselement 133 verbunden, dessen Innenfläche 133' unter Bildung eines weiteren Arbeitsraumes 134 der an die Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 angrenzenden Mantelfläche 123 des Schwingkörper 120 gegenübersteht. Die an die Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 angrenzende Mantelfläche 123 des Schwingkörpers 120 ist dabei mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen, und auch die Innenfläche 133' des hohlzylindrischen Rotationselementes 133 mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen ist. Die Zähne sind jeweils mit entgegengesetztem Vorzeichen in einem Winkel von 15° zur Rotationsachse des Rotors 130 geneigt angeordnet. Die Zähne weisen dabei eine Höhe von 0,3 mm auf und sind die Zähne in einer Wiederholungsfrequenz von 6 Zähnen/Zentimeter angeordnet sind.The end face 131 of the rotor 130 is connected to a hollow cylindrical rotating element 133, the inner surface 133 'of which, with the formation of a further working space 134, faces the outer surface 123 of the vibrating body 120 which adjoins the end face 121 of the vibrating body 120. The lateral surface 123 of the vibrating body 120 adjoining the end face 121 of the vibrating body 120 has a plurality of teeth provided, and also the inner surface 133 'of the hollow cylindrical rotating element 133 is provided with a plurality of teeth. The teeth are each inclined with the opposite sign at an angle of 15 ° to the axis of rotation of the rotor 130. The teeth have a height of 0.3 mm and the teeth are arranged at a repetition frequency of 6 teeth / centimeter.
Der Abstand zwischen der Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 und der Stirnfläche 131 des Rotors 130 auf 0,3 mm bemessen, und auch der Abstand zwischen der Innenfläche 133' des hohlzylindrischen Rotationselementes 133 und der an die Stirnfläche 121 des Schwingkörpers 120 angrenzenden Mantelfläche 123 des Schwingkörper 120 ist auf 0,3 mm bemessen.The distance between the end face 121 of the vibrating body 120 and the end face 131 of the rotor 130 is dimensioned to 0.3 mm, and also the distance between the inner surface 133 'of the hollow cylindrical rotating element 133 and the lateral surface 123 of the vibrating body adjoining the end face 121 of the vibrating body 120 120 is measured at 0.3 mm.
Der Rotor 130 ist mit einer Drehgeschwindigkeit von etwa 6000 Umdrehungen/Minute betreibbar.The rotor 130 can be operated at a rotational speed of approximately 6000 revolutions / minute.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.The exemplary embodiment of the invention explained above only serves the purpose of a better understanding of the teaching according to the invention defined by the claims, which as such is not restricted by the exemplary embodiment.
- k "k k -k - k "k k -k

Claims

Patentansprüche claims
1. Ultraschall-Dispergier-Vorrichtung (100) zum Dispergieren flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem Gehäuse (110) mit einer Eingangsöffnung (111) zum Zuführen der zu dispergierenden Substanzen und einer Auslassöffnung (112) zum Abgeben der dispergierten Substanzen und einem innerhalb des Gehäuses (110) angeordneten Schwingkörper (120) zum Ausführen mechanischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (110) ein drehbar gelagerter Rotor (130) vorgesehen ist und eine Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) unter Bildung eines Arbeitsraumes (122) einer Stirnfläche (131) des Rotors (130) gegenüberstehend angeordnet ist, wobei eine zu dispergierenden Substanz für einen Dispergiervorgang durch den Arbeitsraum (122) förderbar ist.1. Ultrasonic dispersing device (100) for dispersing liquid to viscous substance mixtures, with a housing (110) with an inlet opening (111) for supplying the substances to be dispersed and an outlet opening (112) for dispensing the dispersed substances and one within the Housing (110) arranged vibrating body (120) for performing mechanical vibrations, characterized in that a rotatably mounted rotor (130) is provided within the housing (110) and an end face (121) of the vibrating body (120) to form a working space (122 ) is arranged opposite one end face (131) of the rotor (130), a substance to be dispersed being able to be conveyed through the working space (122) for a dispersion process.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper (120) mit einer außerhalb des Gehäuses (110) angeordneten Konvertereinrichtung zum Erzeugen mechanischer Schwingungen mechanisch verbunden ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the oscillating body (120) is mechanically connected to a converter device arranged outside the housing (110) for generating mechanical vibrations.
3. Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper (120) rotations symmetrisch ausgeführt ist.3. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the vibrating body (120) is rotationally symmetrical.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper (120) im wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist. 4. The device according to claim 3, characterized in that the oscillating body (120) is substantially cylindrical.
5. Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) kreisförmig ausgebildet ist.5. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the end face (121) of the vibrating body (120) is circular.
6. Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (131) des Rotors (130) kreisförmig ausgebildet ist.6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the end face (131) of the rotor (130) is circular.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dispergierenden Substanz in radialer Richtung durch den im wesentlichen hohlzylindrischen Arbeitsraum (122) zwischen der Stirnfläche (131) des Rotors (130) und der als Stator wirkenden Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) förderbar ist.7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that the substance to be dispersed in the radial direction through the substantially hollow cylindrical working space (122) between the end face (131) of the rotor (130) and the end face acting as a stator (121) the vibrating body (120) is conveyable.
8. Vorrichtung Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dispergierenden Substanz durch die als Hohlwelle ausgeführte Antriebswelle (140) des Rotors (130) in den Arbeitsraum (122) förderbar ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the substance to be dispersed can be conveyed into the working space (122) by the drive shaft (140) of the rotor (130).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dispergierenden Substanz durch die durch die Drehbewegung des Rotors (130) verursachte Zentrifugalkraft durch den Arbeitsraum (122) radial nach außen förderbar ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the substance to be dispersed by the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor (130) can be conveyed radially outwards through the working space (122).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Stirnflächen (131, 121) des Rotors (130) oder Schwingkörpers (120) mindestens eine spiralförmige Nut (132) ausgebildet ist, die so orientiert ist, dass die zu dispergierenden Substanz gegen die durch die Drehbewegung des Rotors (130) verursachte Zentrifugalkraft in radialer Richtung in Richtung der zentralen Bereiche des Arbeitsraumes (122) gedrückt wird, um eine Verweildauer in dem Arbeitsraum (122) zu erhöhen.10. The device according to claim 9, characterized in that in one of the end faces (131, 121) of the rotor (130) or vibrating body (120) at least one spiral groove (132) is formed, which is oriented so that the substance to be dispersed against the centrifugal force caused by the rotary movement of the rotor (130) in radial Direction towards the central areas of the work space (122) is pressed in order to increase a residence time in the work space (122).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (132) in dem Rotor (130) ausgebildet ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the groove (132) is formed in the rotor (130).
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnfläche (131) des Rotors (130) mindestens eine in sich geschlossene ringförmige Nute (132) ausgebildet ist, in die ein entsprechend angepasster ringförmiger Vorsprung des Schwingkörpers (120) eingreift, um eine Verlängerung der Verweildauer einer zu dispergierenden Substanz in dem Arbeitsraum (122) zu erhöhen.12. The device according to claim 9, characterized in that in the end face (131) of the rotor (130) is formed at least one self-contained annular groove (132) into which a correspondingly adapted annular projection of the vibrating body (120) engages an increase in the length of time a substance to be dispersed remains in the work space (122).
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) mindestens eine in sich geschlossene ringförmige Nute (132) ausgebildet ist, in die ein entsprechend angepasster ringförmiger Vorsprung des Rotors (130) eingreift, um eine Verlängerung der Verweildauer einer zu dispergierenden Substanz in dem Arbeitsraum (122) zu erhöhen.13. The apparatus according to claim 9, characterized in that in the end face (121) of the vibrating body (120) is formed at least one self-contained annular groove (132) into which a correspondingly adapted annular projection of the rotor (130) engages an increase in the length of time a substance to be dispersed remains in the work space (122).
14. Vorrichtung nach einem Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl konzentrisch angeordneter, in sich geschlossener Nute (132) vorgesehen ist .14. The device according to claim 12 or 13, characterized in that a plurality of concentrically arranged, self-contained grooves (132) is provided.
15. Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (131) des Rotors (130) mit einem hohlzylindrischen Rotationselement (133) verbunden ist, dessen Innenfläche (133') unter Bildung eines weiteren Arbeitsraumes (134) der an die Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) angrenzenden Mantelfläche (123) des Schwingkörper (120) gegenübersteht .15. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the end face (131) of the rotor (130) is connected to a hollow cylindrical rotary element (133), the inner surface (133 ') with formation of a further working space (134) which faces the outer surface (123) of the vibrating body (120) adjacent to the end face (121) of the vibrating body (120).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) angrenzende Mantelfläche (123) des Schwingkörpers (120) mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen ist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the lateral surface (123) of the vibrating body (120) adjoining the end face (121) of the vibrating body (120) is provided with a plurality of teeth.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (133' ) des hohlzylindrischen Rotationselementes (133) mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen ist.17. The apparatus according to claim 15, characterized in that the inner surface (133 ') of the hollow cylindrical rotating element (133) is provided with a plurality of teeth.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne in einem Winkel von 10° bis 20° zur Rotationsachse des Rotors (130) angeordnet sind.18. Device according to one of claims 16 or 17, characterized in that the teeth are arranged at an angle of 10 ° to 20 ° to the axis of rotation of the rotor (130).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel auf 15° bemessen ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the angle is dimensioned at 15 °.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne eine Höhe von 0,2 mm bis 0,4 mm aufweisen.20. Device according to one of claims 16 to 19, characterized in that the teeth have a height of 0.2 mm to 0.4 mm.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne in einer Wiederholungsfrequenz von 4 bis 8 Zähnen/Zentimeter angeordnet sind. 21. Device according to one of claims 16 to 20, characterized in that the teeth are arranged at a repetition frequency of 4 to 8 teeth / centimeter.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne in einer Wiederholungsfrequenz von 6 Zähnen/Zentimeter angeordnet sind.22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the teeth are arranged at a repetition frequency of 6 teeth / centimeter.
23. Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) und der Stirnfläche (131) des .Rotors (130) auf 0,1 mm bis 1 mm bemessen ist.23. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the distance between the end face (121) of the vibrating body (120) and the end face (131) of the .Rotor (130) is dimensioned to 0.1 mm to 1 mm ,
24. Vorrichtung nach einem oder mehr der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Innenfläche (133' ) des hohlzylindrischen Rotationselementes (133) und der an die Stirnfläche (121) des Schwingkörpers (120) angrenzenden Mantelfläche (123) des Schwingkörper (120) ebenfalls auf 0,1 mm bis 1 mm bemessen ist.24. The device according to one or more of claims 15 to 23, characterized in that the distance between the inner surface (133 ') of the hollow cylindrical rotating element (133) and the lateral surface (123) adjacent to the end face (121) of the oscillating body (120) the vibrating body (120) is also dimensioned to 0.1 mm to 1 mm.
25. Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (130) mit einer Drehgeschwindigkeit von 1000 bis 10000 Umdrehungen/Minute betreibbar ist.25. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the rotor (130) can be operated at a rotational speed of 1000 to 10000 revolutions / minute.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (130) mit einer Drehgeschwindigkeit von etwa 6000 Umdrehungen/Minute betreibbar ist. k k k k k 26. The apparatus according to claim 25, characterized in that the rotor (130) can be operated at a rotational speed of approximately 6000 revolutions / minute. k k k k k
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