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Dokumentenidentifikation DE10204921C1 16.10.2003
Titel Dispergier-Vorrichtung
Anmelder Romaco AG FrymaKoruma, Rheinfelden, CH;
FrymaKoruma GmbH, 79395 Neuenburg, DE
Erfinder Klaumünzner, Uwe, 79244 Münstertal, DE
Vertreter Bender, E., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 88400 Biberach
DE-Anmeldedatum 07.02.2002
DE-Aktenzeichen 10204921
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.2003
IPC-Hauptklasse B01F 13/04
IPC-Nebenklasse B01F 7/16   
Zusammenfassung Bei einer Vorrichtung zum Dispergieren insbesondere zähflüssiger Substanzen, mit einem Behälter mit einer oder mehr Öffnungen zum Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer oder mehr Öffnungen zum Ausleiten der dispergierten Substanzen sowie mindestens einem Rotor und einem Stator, wobei der mindestens eine Rotor zum Zweck des Dispergierens von in den Behälter eingeleiteten Substanzen gegenüber dem Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, wird ein schnelles und genau dosierbares Einleiten und mengenmäßiges Regeln von Substanzen dadurch ermöglicht, dass der Stator in Richtung der Rotationsachse des Rotors reziprozierbar gelagert ist und mittels einer Verschiebeeinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren insbesondere flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem Behälter mit einer oder mehreren Öffnungen zum Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer oder mehreren Öffnungen zum Ausleiten der dispergierten Substanzen, sowie mindestens einem Rotor und einem Stator, wobei der mindestens eine Rotor zum Zweck des Dispergierens von in den Behälter eingeleiteten Substanzen gegenüber dem Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist.

Dispergier-Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik in der Regel dazu verwendet, flüssige Substanzen mit anderen flüssigen oder pulverförmigen Substanzen so zu mischen, dass eine im wesentlichen homogene desagglomerierte Masse entsteht. Die bekannten Dispergier-Vorrichtungen weisen jedoch durchwegs den Nachteil auf, dass insbesondere ein schnelles Einleiten von Substanzen nicht gewährleistet ist. Ferner kann bei den bekannten dynamischen Vorrichtungen während eines Dispergiervorgangs der Energieeintrag in die zu dispergierenden Substanzen nur über eine Drehzahländerung eines Rotors gesteuert werden. Eine Änderung des Energieeintrages darüber hinaus wäre nur mit zusätzlichen Einrichtungen wie dem Einbau anderer Dispergierwerkzeuge möglich. In Frage kämen dabei mehrstufige Werkzeuge oder ähnliche. Hierzu wäre indes eine Demontage der betreffenden Dispergiereinrichtung notwendig.

Eine Dispergier-Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus DE 296 08 713 U1 bekannt. Um hochviskose Stoffe in kürzer Zeit zu vermischen sind bei dieser Vorrichtung Zähne und/oder Ansätze vorgesehen, die so ausgebildet sind, dass sich bei Verstellung des Axialabstandes zwischen Rotor und Stator das Scherspaltvolumen überproportional ändert.

Aus DE 825 084 C ist des weiteren eine Vorrichtung zum Schallschwingungsbehandeln von Stoffen bekannt, bei der zum Zweck einer gleichmäßigen intensiven Beschallung ein Durchtrittsspalt für die zu behandelnden Stoffe vorgesehen ist, dessen Weite periodisch mit Schallschwingungsfrequenz veränderbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dispergier-Vorrichtung zu schaffen, mittels derer ein schnelles Einleiten von Substanzen ermöglicht ist, wobei ein Energieeintrag unabhängig von einer Rotordrehzahl änderbar ist.

Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Stator in Richtung der Rotationsachse des Rotors reziprozierbar gelagert ist und mittels einer Verschiebeeinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar ist, wobei die Verschiebeeinrichtung ein an der Außenwand des Behälters vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im Abstand parallel angeordneten Einzelgewinden enthält und eine beide Einzelgewinde abdeckende Mutter entlang dem Doppel- Außengewinde drehbar verschiebbar ist, wobei der Stator über einen durch ein Langloch in der Behälterwand geführten Dorn mit der Mutter verbunden ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Flanschvorrichtung wird durch das Merkmal, dass der Stator in Richtung der Rotationsachse des Rotors reziprozierbar gelagert ist und mittels einer Verschiebeeinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar ist, wobei die Verschiebeeinrichtung ein an der Außenwand des Behälters vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im Abstand parallel angeordneten Einzelgewinden enthält und eine beide Einzelgewinde abdeckende Mutter entlang dem Doppel-Außengewinde drehbar verschiebbar ist, wobei der Stator über einen durch ein Langloch in der Behälterwand geführten Dorn mit der Mutter verbunden ist, erreicht, dass eine Dispergier-Vorrichtung geschaffen ist, mittels derer durch axiales Verschieben des Stators aus der Dispergierzone eine intensive Pumpwirkung erzeugt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass einzuleitende Substanzen entsprechend ihres Benetzungsverhaltens entweder scherintensiv oder seht schnell eingetragen werden können. Ferner wird der Energieeintrag in das zu bearbeitende Produkt je nach Eingriff des Stators in die Dispergierzone beeinflusst. Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum einen eine sehr robuste und zum anderen eine sehr genaue Steuerung der Position des hin- und her beweglich gelagerten Stators sichergestellt ist.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Rotor mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist. Die koaxial angeordneten Zähne können durch ihre Formgebung die Pumpeigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterstützen. Ferner können am Rotorboden rückwärtig ausgebildete Pumpflügel angebracht sein. Auch der Stator ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen mit koaxial angeordneten Zähnen versehen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Dispergiereinheit mit anderen Werkzeugen bestückt ist. Diese können konisch oder flach ausgebildete Mahlwerkzeuge sein. Ferner können die koaxial verzahnten Dispergierwerkzeuge auch mehrstufig ausgeführt sein.

Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Stator im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise offenen und einer offenen Stirnfläche ausgebildet ist. Im Zusammenspiel mit einem derartig ausgestalteten Stator sind zwei Rotoren vorgesehen, von denen einer in der Nachbarschaft der äußeren Mantelfläche des Stators und ein anderer in der Nachbarschaft der inneren Mantelfläche des Stators angeordnet ist. Ein Rotor ist dabei vorzugsweise im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer offenen und einer geschlossenen, einen Boden bildenden Stirnfläche ausgebildet, wobei die geschlossene Stirnfläche des Rotors der teilweise offenen Stirnfläche des Stators im Betriebszustand gegenübersteht und wobei ein Rotor im Bereich der offenen Stirnfläche vorzugsweise mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist. Die teilweise offene Stirnfläche des Stators kann eine Ausgangsöffnung für das dispergierte Produkt bilden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind innerhalb des Behälters vorzugsweise ein oder mehr Vormischflügel vorgesehen, die auf einer Welle gelagert sind, die entlang der Längsachse des Behälters ausgerichtet ist.

Um eine große Füllmenge in den Behälter einleiten zu können ist der vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildete Behälter senkrecht positioniert, wobei oberhalb des Behälters ein Container mit einem oberen zylindrischen Teil und einem unteren konischen oder kugelausschnittförmigen Teil vorgesehen ist, wobei der konische oder kugelausschnittförmige Teil in einen oberen Teil des Behälters, bzw. in eine offene Stirnfläche des Behälters mündet. Um eine Vormischung sicherzustellen, ist in dem Container dabei vorzugsweise ein Rührwerk vorgesehen.

Um eine Mehrfachverarbeitung der in dem Behälter zu dispergierenden Substanzen zu erreichen ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise ein Rohrsystem vorgesehen, das ausgehend von einer Öffnung zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem konischen oder kugelausschnittförmigen Teil des Containers mündet, wobei diese Ausführungsform bei kleineren Füllmengen des Behälters bevorzugt wird. Zum gleichen Zweck ist alternativ oder zusätzlich ein Rohrsystem vorgesehen, das ausgehend von einer Öffnung zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem zylindrischen Teil des Containers mündet. Diese Ausführungsform wird bei größeren Füllmengen des Behälters bevorzugt.

Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Stator als Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist. Die Ultraschall-Sonotrode kann dabei im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise offenen und einer offenen Stirnfläche ausgebildet sein, wobei sie bei Einleiten transversaler Ultraschallschwingungen in die teilweise offene Stirnfläche automatisch mindestens eine Schwingungsform annimmt, bei der sich der Abstand der Zylinderwand von der zentralen Zylinderlängsachse periodisch ändert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht.

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Dispergieren insbesondere flüssiger bis zähflüssiger Substanzen weist einen Behälter 200 mit einer Öffnung 210 zum Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer Öffnung 220 zum Ausleiten der dispergierten Substanzen auf und enthält zwei Rotoren 150, 160 und einen Stator 110, wobei die Rotoren 150, 160 zum Zweck des Dispergierens von in den Behälter 200 eingeleiteten Substanzen gegenüber dem Stator 110 jeweils um eine Rotationsachse 155, 165 drehbar gelagert sind. Der Stator 110 ist erfindungswesentlich in Richtung der Rotationsachse 155 des Rotors 150 reziprozierbar gelagert und mittels einer Verschiebeeinrichtung 170 innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und kann dabei in beliebiger Position lösbar arretiert werden. Durch die Pumpwirkung, die bei einem mittels der Verschiebeeinrichtung 170 bewirkten Verschiebevorgang erzeugt wird, können einzuleitende Substanzen entsprechend ihres Benetzungsverhaltens sehr genau steuerbar langsam oder schnell eingetragen werden.

Die Verschiebeeinrichtung 170 enthält ein an der Außenwand des Behälters vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im Abstand parallel angeordneten Einzelgewinden 171, 172, wobei eine beide Einzelgewinde 171, 172 abdeckende Mutter 173 entlang dem Doppel-Außengewinde drehbar verschiebbar ist und der Stator 110 über einen durch ein Langloch 210 in der Wand des Behälters 200 geführten Dorn 220 mit der Mutter 173 verbunden ist.

Die beiden Rotoren 150, 160 sind im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer geschlossenen, einen Boden 151, 161 bildenden Stirnfläche sowie einer offenen Stirnfläche 152, 162 ausgebildet und im Bereich der offenen Stirnfläche 152 ihrer Mantelfläche mit koaxial angeordneten Zähnen versehen. Einer der Rotoren 150 ist dabei in der Nachbarschaft der äußeren Mantelfläche des Stators 110 angeordnet und der andere Rotor 160 ist in der Nachbarschaft der inneren Mantelfläche des Stators 110 angeordnet.

Der Stator 110 ist ebenfalls im wesentlichen als Hohlzylinder ausgeführt und weist eine teilweise offene Stirnfläche 111 und eine offene Stirnfläche 112 auf. Der Stator 110 ist im Bereich seiner Mantelfläche mit koaxial angeordneten Zähnen versehen, die als Schlitze in der Mantelfläche ausgebildet sind, die ein zu dispergierendes Substrat zu passieren vermag.

Innerhalb des Behälters sind Vormischflügel 300, 310 vorgesehen, die auf einer Welle 330 gelagert sind, die entlang der Längsachse 230 des Behälters 200 ausgerichtet ist, wobei oberhalb des Behälters 200 ein Container 400 mit einem oberen zylindrischen Teil 410 und einem unteren konischen Teil 420 vorgesehen ist, und in dem Container 400 ein Rührwerk 430 vorgesehen ist, wobei der konische Teil 420 des Containers 400 in einen oberen Teil 240 des Behälters 200 mündet.

Ein Rohrsystem 500 mündet ausgehend von einer Öffnung 430 zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem konischen Teil 420 des Containers 400, und ein weiteres Rohrsystem 510 mündet ausgehend von einer Öffnung 440 zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem zylindrischen Teil 410 des Containers 400.

Die dargestellte erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung weist die Besonderheit auf, dass der Stator 110 als Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist, wobei die Ultraschall-Sonotrode im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise offenen und einer offenen Stirnfläche ausgebildet ist und bei Einleiten von Ultraschallschwingungen mindestens eine Schwingungsform annimmt, in der sich der Abstand der Zylinderwand von der zentralen Zylinderlängsachse periodisch ändert.

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.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung (100) zum Dispergieren insbesondere flüssiger bis zähflüssiger Substanzgemische, mit einem Behälter (200) mit einer oder mehreren Öffnungen (210) zum Einleiten der zu dispergierenden Substanzen sowie einer oder mehreren Öffnungen (220) zum Ausleiten der dispergierten Substanzen, sowie mindestens einem Rotor (150, 160) und einem Stator (110), wobei der mindestens eine Rotor (150, 160) zum Zweck des Dispergierens von in den Behälter (200) eingeleiteten Substanzen gegenüber dem Stator (110) um eine Rotationsachse (155, 165) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) in Richtung der Rotationsachse (155, 165) des Rotors (110) reziprozierbar gelagert ist und mittels einer Verschiebeeinrichtung (170) innerhalb eines vorgegebenen Hubbereiches verschiebbar und dabei in beliebiger Position arretierbar ist, wobei die Verschiebeeinrichtung (170) ein an der Außenwand des Behälters (200) vorgesehenes Doppel-Außengewinde mit zwei unter Bildung eines lichten Zwischenraumes im Abstand parallel angeordneten Einzelgewinden (171, 172) enthält und eine beide Einzelgewinde (171, 172) abdeckende Mutter (173) entlang dem Doppel-Außengewinde drehbar verschiebbar ist, wobei der Stator (110) über einen durch ein Langloch (210) in der Behälterwand geführten Dorn (220) mit der Mutter (173) verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (150, 160) im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer offenen und einer geschlossenen, einen Boden (151, 161) bildenden Stirnfläche (152, 162) ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (150, 160) im Bereich der offenen Stirnfläche (152, 162)) mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise offenen (111) und einer offenen (112) Stirnfläche ausgebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) im Bereich der offenen Stirnfläche (112) mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) im Bereich der Mantelfläche des Hohlzylinders mit koaxial angeordneten Zähnen versehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotoren (150, 160) vorgesehen sind, von denen einer in der Nachbarschaft der äußeren Mantelfläche des Stators (110) und ein anderer in der Nachbarschaft der inneren Mantelfläche des Stators (110) angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Stator (110) sowie dem mindestens einem Rotor (150, 160) gebildete Dispergiereinheit zusätzlich mit konisch oder flach ausgebildeten Mahlwerkzeugen versehen ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxial verzahnten Dispergierwerkzeuge mehrstufig ausgeführt sind.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behälters (200) ein oder mehrere Vormischflügel (300, 310) vorgesehen sind, die auf einer Welle (330) gelagert sind, die entlang der Längsachse (230) des Behälters (200) ausgerichtet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Behälters (200) ein Container (400) mit einem oberen zylindrischen Teil (410) und einem unteren konischen Teil (420) vorgesehen ist, wobei der konische Teil (420) in einen oberen Teil (240) des Behälters (200) mündet.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Container (400) ein Rührwerk (430) vorgesehen ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrsystem (500) vorgesehen ist, das ausgehend von einer Öffnung (430, 440) zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem konischen Teil (420) des Containers (400) mündet.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrsystem (500) vorgesehen ist, das ausgehend von einer Öffnung (430, 440) zum Ausleiten dispergierter Substanzen in dem zylindrischen Teil (410) des Containers mündet.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (110) als Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Sonotrode im wesentlichen als Hohlzylinder mit einer teilweise offenen und einer offenen Stirnfläche ausgebildet ist und bei Einleiten von Ultraschallschwingungen mindestens eine Schwingungsform aufweist, bei der sich der Abstand der Zylinderwand von der zentralen Zylinderlängsachse periodisch ändert.






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