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Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoff- gemischen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoffgemischen, z. B. zwecks Auflösung, Verfeinerung, Homogenisierung, Aufschliessung, Zerfaserung, Fibrillierung, Mahlung, inniger Vermischung, Vergrösserung der Kontaktfläche und periodischer, hochfrequenter Druckstossbehandlung zur Durchführung bzw. Beschleunigung chemischer Reaktionen u. dgl.
Es wurde schon vorgeschlagen, einen Konus in einem Hohlkonus rotieren zu lassen und den aus einem Behälter zufliessenden Stoff durch den zwischen Konus urd Hohlkonus gebildeten ringförmigen Raum zu führen und durch in diesen Raum hineinragende, längs Erzeugenden des Konus und des Hohlkonus verlaufende Rippen bearbeiten zu lassen. Diese Vorrichtungen befriedigen nicht, weil die auf dem rotierenden Konus angeordneten Rippen den Stoff aus ihren Zwischenräumen radial in die Zwischenräume zwischen den auf einem grösseren Durchmesser als diese Rippen liegenden Rippen des Hohlkonus schleudern, so dass mindestens ein grosser Anteil des Stoffes unbearbeitet zwischen den Rippen des Hohlkonus entweicht und infolgedessen eine Bearbeitung des Stoffes nicht oder nur teilweise möglich ist.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei welchen im Ringspalt zwischen Konus und Hohlkonus zahnartige Vorsprünge den durch den Ringspalt strömenden Stoff zerreissen und zerscheren und so zunehmend zerkleinern. Diese Vorrichtungen gestatten jedoch dem Stoff, mechanisch ohne genaue Kontrolle der kinetischen Vorgänge und ohne Kontrolle der Einzelwirkungen der kinetischen Vorgänge durch den Spalt zu strömen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung behebt diese Nachteile ; sie besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten, relativ gegenläufigen, einen Arbeitsspalt zwischen sich einschliessenden Körpern und ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Körper wenigstens einen Kranz von in den Arbeitsspalt hineinragenden Organen aufweist, wobei die benachbarten Organe desselben Kranzes Hohlräume begrenzen und so bemessen sind, dass sie die Fortbewegung des Stoffes durch den Arbeitsspalt periodisch unterbrechen und dass das die beiden Körper aufnehmende Gehäuse mit einer Einrichtung zum Einstellen des Vorschubes des Stoffes in der Hauptströmungsrichturg und damit der Verweilzeit des Stoffes in den Hohlräumen sowie der Dauer seiner Schwingungsbehandlung versehen ist.
Nach bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die Zahl der auf einem Organkranz angeordneten Organe und der von diesen begrenzten Hohlräume, der Querschnitt des Arbeitsspaltes, die Teilung und/oder Stärke der Organe, vorzugsweise von Stufe zu Stufe, verschieden.
Weitere, besonders zweckmässige Merkmale der Vorrichtung gemäss der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
Der Gegenstand der Erfindung dient dazu, Stoffe beliebigen Aggregatzustandes und beliebiger Struktur, z. B. feste, faserige, thixotrope und viskose, pulverige, flüssige und gasförmige Stoffe, einzeln oder miteinander vermischt, aufzuschliessen, zu lösen, zu zerfasern, zu mahlen, bis zu höchsten Graden zu verfeinern und/oder zu homogenisieren und kolloidale und stabile Suspensionen sowie Emulsionen verschiedenster Art herzustellen. Er kann insbesondere auch der Gewinnung von Zellstoff, der Auflösung, der Fibrillierung, der Raffinierung, der Mahlung, der Faserquellung usw. dienen.
Schliesslich kann er auch zur Durchführung und/oder Beschleunigung chemischer Stoffumwandlungen dienen, wie Reaktion (eventuell unter Einschaltung einer Verdampfungsphase), Reduktion, Oxydation, Addition, Substitution, Polymerisation (eventuell unter gleichzeitiger oder vor-bzw. nachgehender Dispergierung oder Vernebelung), Depolymerisation, Sulfonierung, Alkylierung, Kondensation, Verseifung zur Herstellung von Wasch- und Netzmitteln, Soapstocks usw.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise einige Ausführungsformen der Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform nach Linie I-I der Fig. 2. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf Fig. 1, teilweise im Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1. Fig. 3-7 sind Axialschnitte durch Teile weiterer Ausführungsformen. Fig. 8 ist ein Axialschnitt durch ein weiteres Beispiel, den konischen Rotor zur Hälfte in Ansicht zeigend. Fig. 9 ist ein Axialschnitt durch ein anderes Beispiel und Fig. 10 ein Schnitt nach Linie X-X der Fig. 9, wobei der erweiterte Teil des Konusgehäuses teilweise weg-
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gebrochen ist. Fig. 11 ist ein Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform und die Fig. 12-15 sind Schnitte gemäss den Linien XII-XII, XIII-XIII, XIV-XIV und XV-XV der Fig. 11.
Fig. 16 ist ein Axialschnitt durch die eine Hälfte einer andern Ausführungsform. Fig. 17 eine Variante zu Fig. 13 in grösserem Massstabe und Fig. 18 ein Axialschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform, wobei die Schaufeln und die Schnecke in Ansicht gezeigt sind. Fig. 19 zeigt den Einbau der Vorrichtung gemäss Fig. 11 in ein Umleitungssystem. Fig. 20-23 zeigen im Axialschnitt verschiedene Anwendungsbeispiele der Vorrichtung gemäss der Erfindung.
In Fig. 1 und 2 ist eine auf einer rotierenden Welle 110 befestigte Rotorscheibe 111 von einem Statorgehäuse 112 umgeben, welches an einem Behälter 113 montiert ist und zum Teil dessen Boden bildet.
Die Rotorwelle 110 läuft in einer Stopfbüchse 114 des Statorgehäuses 112. Die Rotorscheibe 111 trägt in den Behälter 113 hineinragende zackenförmige Schlag- und Reissorgane 115, die z. B. auch zahnförmig, schaufelförmig, messerförmig, stiftförmig, als Haken, gerade, gekrümmt oder geschweift ausgebildet und eventuell durchbohrt sein könnten.
Die Stirnfläche 116 der Rotorscheibe 111 ist konkav, könnte aber z. B. auch eben sein. Die Mantelfläche 117 der Rotorscheibe 111 bildet einen sich vom Behälter 113 weg erweiternden Konus. Diesem Konus 117 entspricht eine konische Innenfläche US des Statorgehäuses 112, die zusammen mit der Fläche117 einen Ringspalt 119 bildet, dessen radiale Breite sich vom Eintritt zum Austritt verringert. Die Meridianlinien des Ringspaltes 119, dessen Breite auch konstant bleiben könnte, können auch beliebig anders verlaufende Gerade, insbesondere Horizontale, oder Kurven sein. Die Konusfläche 117 ist mit fünf Kränzen von Rotororganen 120 besetzt. Mit diesen Rotororganen 120 arbeiten fünf Kränze von gleichen oder ähnlichen, an der Konusfläche 118 angeordneten Statororganen 121 zusammen.
Die Rotorscheibe 111 und das Statorgehäuse 112 bilden zwei koaxial angeordnete, sich relativ gegeneinander drehende Körper, die zwischen sich den in der Meridianrichtung durch die zusammenwirkenden Organe 120 und 121 unterbrochenen Ringspalt 119 bilden. Selbstverständlich könnten statt eines Rotors und eines Stators auch zwei beispielsweise gegenläufige Rotoren, die von einem Gehäuse eingeschlossen sind, vorgesehen sein ; ebenso könnte die Zahl der Organkränze grösser oder kleiner als fünf sein. Die Organe 120 und 121 können auswechselbar an den Konusflächen 117 und 118 befestigt sein. Zum Zusammenbau von Rotor und Stator kann man z. B. den Stator mehrteilig herstellen. Das Statorgehäuse 112 weist einen ringförmigen Sammelkanal 122 auf, in welchem mindestens eine an der Rotorscheibe 111 montierte Pumpenschaufel123 umläuft.
An seinem Austritt 124 hat der Sammelkanal 122 einen Flansch 125, an welchen zur Ableitung oder zur Rückleitung des Gutes in den Behälter 113 ein (nicht dargestelltes) Ventil zur Regelung des Auslasses und damit zur Regelung der Verweilzeit und der Druckverhältnisse in der Vorrichtung angeschlossen werden kann. Organe 126 des Stators 112 arbeiten mit den Rotor-Reissorganen 115 prallend und reissend zusammen. Die Organe 126 können so dimensioniert werden, dass sie auch als Leitbleche zur Lenkung des Umlaufes des Gutes dienen und/oder in die zickzackförmigen Organe 115 eingreifen (punktiert in Fig. 1).
Ein am Rotor 111 befestigter Sortierring 127 bedeckt den Eintritt zum Ringspalt 119 und weist Durchbrechungen 128 auf, deren Form und Grösse nach Bedarf gewählt werden. Der Sortierring 127 hält nicht nur das noch nicht genügend feine bzw. aufgeschlossene Gut vom Eintritt in den Ringspalt 119 zurück, sond : rn schleudert durch seine Stege 129 auch Fremdkörper, wie Metallstücke, Nadeln od. dgl., auf den Boden des Behälters 11. ? hinaus, wo sie durch (nicht dargestellte) Rinnen, Ringwände, Magnete usw. festgehalten oder durch Schleusen aus dem Behälter entfernt werden.
Die Rotor- und Statororgane 120 und 121, deren Wirkung in späteren Beispielen näher erläutert wird, bilden in Fig. 1 und 2 pyramidenförmige Werkzeuge oder Zähne mit trapezoiden Flanken. Sie können teilweise oder insgesamt auch einen beliebigen andern Grund-und/oder Umriss aufweisen, z. B. ovalen, runden, konischen, rhomboiden oder trapezoiden ; ausserdem können sie mit gezahnten Kanten und/oder Bohrungen bzw. Durchbrechungen beliebiger Form versehen sein. Die Wahl der günstigsten Form der Organe 120 und 121 hängt davon ab, ob vorzugsweise Scherung, Quetschung, Reibung, Prallung oder pulsierende Arbeit oder eine Gruppe der genannten Wirkungen oder andere, durch die Zusammenarbeit der Organe erzielbare Wirkungen, einschliesslich Erwärmung des Gutes durch Reibung, gewünscht werden.
Sind alle oder ein Teil der Organe 120 und/oder 121 um dieAchse des Rotors 111 schraubenförmig gewunden oder bilden sie mit der Rotationsebene einen Winkel, so verstärken sie die Förderung des Gutes, wodurch z. B. der zügige Durchgang von dickflüssigem oder thixotropem Material gesichert wird.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 3, die nur so weit beschrieben wird, als sie sich von dem vorangehenden Beispiel unterscheidet, liegen die Meridianlinien des Ringspaltes 119 in einer horizontalen Ebene. Bei der dargestellten Ausführungsform verengt sich der Spalt 119 etwas nach aussen, er könnte aber ebensogut über seine ganze radiale Ausdehnung konstante axiale Breite aufweisen. Die Rotorscheibe 111 trägt fünf Kränze zahnförmiger Organe 120 und der Stator 112 vier zwischen dieselben greifende Kränze ent-
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statt der Schlitze könnte der Ring 135 auch Bohrungen oder Durchbrechungen beliebiger Form aufweisen. Auch der Rotor 111 könnte mit einem solchen Ring 135 ausgestattet sein. Anstatt nur einen, könnten Rotor und/oder Stator mehrere solcher Ringe 135 aufweisen, die dann an Stelle von Kränzen mit den Organen 120 und/oder 121 treten würden.
Solche Ringe haben eine besonders stark zertrümmernde und
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abweichende Lage haben. Bezüglich der Wahl des günstigsten Querschnitts des oder der Ringe 135 gilt grundsätzlich das gleiche, wie bei der Beschreibung der Fig. l in bezug auf den Querschnitt der Organe 120 und 121 erläutert wurde. Die Zahl und die Feinheit der Durchbrechungen 136 pro Ring 135 kann bis zur Grenze der Herstellungsmöglichkeit, beispielsweise bis zur Siebfeinheit, gehen. Dies ermöglicht die Erreichung ausserordentlich hoher Frequenzen der an den Kanten und den Flanken der Durchbrechungen stattfindenden physikalischen Effekte, wie Scherung, Quetschung, Prallung, Pulsierung, Druckdifferenz, Kavitation usw., und, wenn gewünscht, eine Begrenzung der Partikelgrösse.
Der Sortierring 127 ist in diesem Beispiel-ebenso wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform- trichterförmig gestaltet.
Zur Sammlung der vom Sortierring 127 nach aussen geschleuderten Fremdkörper dient eine Schleuse 137 des Behälters 113, aus welcher mittels einer Bodenklappe 138 die Fremdkörper abgelassen werden können.
Wenn eine zusätzlich reibende Wirkung auf das zu verfeinernde Gut erforderlich ist, so kann der Ringspalt 119 am Austritt so eng gewählt werden, dass dort Reibung zwischen Rotor 111 und Stator 112 auf einer je nach Wunsch mehr oder weniger breiten Ringfläche entsteht. Dadurch wird das Gut in der letzten Phase seiner Bearbeitung einer hohen Druckreibung unter hoher Geschwindigkeit ausgesetzt. Ein solches Beispiel ist in Fig. 4 gezeigt, wo die Lage des Ringspaltes 119 derjenigen in Fig. 3 entspricht und an der
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richtung oder abweichend davon verlaufenden, gerillten und eventuell angeschärften Reibkörpern 139 bzw.'140 versehen sind. Diese Reibkörper können mit einer besonderen, feinen Reibschicht, z.
B. mit Platten aus Stahl, Steingut oder Kunststoff, belegt oder mit elastischen Stoffen beliebiger Art überzogen sein, welche eine elastische Zusammenpressung des Gutes am Austritt des Ringspaltes 119 ermöglichen. Es könnte auch nur der Rotor oder nur der Stator mit einem solchen Reibkörper versehen werden. Die Spaltbreite kann ebenso wie eine eventuelle Annäherung der Reibflächen am Spaltaustritt durch eine Veränderung der gegenseitigen axialen Lage von Rotor und Stator mittels bekannter Vorrichtungen (z. B. durch axiale Verschiebung der Welle 110 und/oder des Stators 112 mittels Gewinde) eingestellt werden. Zur Erleichterung der Abfuhr des Gutes aus dem Sammelkanal 7. 2. 2 dienen in einer Variante eine oder mehrere Mitnehmerschaufeln 141, wie dies in Fig. 4 punktiert angedeutet ist.
Gemäss der Ausführungsform nach Fig. 5 ist auf dem Wege zu einem Sammelkanal nach dem Ringspalt 119 am Rotor 111 eine Siebschleuder 142 mit siebartigen Durchbrechungen oder filterfeinen Öffnungen vorgesehen, welche das Gut in verschiedene Komponenten zerlegt und auch auf der Rotorwelle befestigt oder im Anschluss an den Sammelkanal angeordnet sein könnte. Diese zentrifugierende Sieb- oder Filtervorrichtung trennt festes Gut von Flüssigkeit oder grobe und feine Komponenten. Der zur Drehachse koaxial angeordnete Siebring 142 ist konisch ausgebildet, könnte aber auch zylindrisch geformt sein. Das aus dem Ringspalt 119 austretende Gut wird gegen den Siebring 142 geschleudert. Durch die vom Siebring 142 ausgeübte Zentrifugalwirkung werden je nach der lichten Weite seiner Durchbrechungen aus dem Gut Flüssigkeit oder auch feinere Teile ausgeschleudert.
Das ausgeschleuderte Material wird von einem am Stator 112 befestigten, rinnenförmigen Gehäuse 143 aufgefangen, das wenigstens einen Ablauf 144 aufweist. Um den Siebring 142 herum erstreckt sich, koaxial zu ihm angeordnet, eine am Gehäuse 143 befestigte Trennwand 145. Diese dient zur Trennung des am Siebring 142 angehäuften, über seinen oberen Rand in das Gehäuse 143 ausgeworfenen Gutes vom durch den Siebring 142 hindurchgetretenen Material und zur Ableitung des ausgeworfenen Gutes durch den Ablauf 146, sobald das ausgeworfene Gut die obere Kante des Siebringes 142 übersteigt. Zur Sicherung der Entleerung durch die Abläufe 144 und 146 sind am Rotor 111 Mitnehmerschaufeln 147 und 148 befestigt.
Die Organe 120 und 121 sind treppenförmig angeordnet und haben dreieckige Flanken. Diese Form der Organe entspricht in vielen Fällen dem zentrifugalen Drang des Gutes gegen die konische Gehäusewandung 118. Es tritt dabei eine zickzacklinienförmige Strömung des Gutes im Ringspalt 119 auf, wobei das Gut über mehrere Organstufen ungefähr rechtwinklig zu den Kanten derselben durch den Ringspalt 119 befördert wird. Die treppenförmige Anordnung der Organe 120 und 121 kann auch bei andern Ausführungsformen der Vorrichtung verwendet werden.
Eine besonders vollkommene Wirkung und der absolute Ausschluss von die Vorrichtung unbearbeitet verlassendem Gut kann durch die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen der Organe 120 und 121 erzielt werden.
In Fig. 6 ist gezeigt, wie zu diesem Zweck die Kronen der Organe 120 bzw. 121 radial über die Wurzeln der entsprechenden Gegenorgane hinaus in ringförmige Rillen 130 des Stators 112 bzw. des Rotors 111 eingreifen.
Fig. 7 zeigt zum gleichen Zweck am Rotor 111 und am Stator 112 im Axialschnitt mäanderartig begrenzte Organe 120, 121, deren äquidistanten Rillen 131 bzw. 132 ein Labyrinth 133 zum Zwecke der vollkommenen Abdichtung gegen den Durchfluss unbearbeiteten Gutes durch die Vorrichtung bilden. Das Labyrinth 133 kann auch eine andere als die in Fig. 7 gezeigte Form aufweisen.
Die in solche Rillen 130, 131, 132 eingreifenden Organe von Rotor und Stator ergeben beispielsweise bei der Bearbeitung von Zellstoff, sowie der eventuellen Fibrillierung bisher unbekannte Gütewerte und ermöglichen die restlose und homogene Aufschliessung von Fasern.
Bei der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Vorrichtung, wie sie oben beispielsweise an Hand der Fig. 1-7 erläutert wurde, kann die Feinheit des Endproduktes bestimmt werden durch entsprechende Form und
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Grösse der Durchbrechungen 128 des Sortierringes 127 sowie deren Lage zur Drehachse bzw. zum Radius, durch die Breite des Ringspaltes 119 und die Form und Grösse der Organe 120, 121 und deren Zahl pro Kranz, durch die Zahl der Organkränze, durch die Teilung zwischen den Organen, die bis zur höchsten Feinheit, nötigenfalls bis zur Nadelfeinheit der Organe gehen kann, sowie durch die Weite des Ringspaltes 119 beim Austritt des Gutes aus demselben in den Sammelkanal. Die Regulierung der Effektfrequenz während des Betriebes kann durch Änderung der Drehzahl erfolgen.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 8 hat ein konisches, zweiteiliges, den Stator bildendes Gehäuse 1 mit einem Einlassstutzen 2 und einem Auslassstutzen 3. Die beiden Gehäusehälften sind mittels Flanschen 4 miteinander verschraubt. An der Eintrittsseite hat das Gehäuse 1 an seiner Innenwandung zuerst längs Mantellinien verlaufende Statorrippen 5 von rechteckigem, trapezförmigem oder anderem Querschnitt und dazwischenliegende Statorrillen oder -kanäle 6. Auf die Statorrippen 5 folgen am Gehäuse 1 drei Reihen von Organen in Form von Schwingerzahnkränzen 7. Jeder auf einen vorangehenden Zahnkranz 7 folgende Zahnkranz hat zur Steigerung der Frequenz der auf das Gut einwirkenden Effekte eine grössere Anzahl Schwingerzähne und kleinere Zahnquerschnitte als der vorangehende.
Auf die Zahnkränze 7 folgen am Gehäuse 1 wiederum längs Mantellinien der konischen Gehäuseinnenwandung verlaufende Statorrippen 8 mit dazwischenliegenden Rillen oder Kanälen 9. An diese Rippen 8 schliessen sich am Gehäuse 1 als Teil einer letzten Bearbeitungsstufe Organe in Form von vier Stator-Schwingerzahnkränzen 10 an. Jeder auf den vorangehenden Zahnkranz 10 folgende Zahnkranz hat zwecks Steigerung der Frequenz der auf das Gut wirkenden Effekte eine grössere Anzahl von Zähnen mit kleinerem Querschnitt als der vorangehende Zahnkranz 10. Die in den Lagern 11 des zweiteiligen Gehäuses 1 drehbar abgestützte Welle 12
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oder andern Querschnitts als die Statorrippen 5 und zwischen den Rippen 15 in gleicher Richtung verlaufende Rillen oder Kanäle 16.
Im Bereiche der Statorzahnkränze 7 trägt der Rotor 14 als Organe drei zwischen die Statorzahnkränze 7 greifende, mit den Zahnkränzen 7 scherend zusammenarbeitende Schwingerzahnkränze 17. Zahl und Querschnitt dzr Schwingerzähne aufeinanderfolgender Rotorkränze 17 ändern sich entsprechend der Zahl und dem Querschnitt der Statorkränze 7. Auf die Zahnkränze 17 folgen auf dem Rotor 14 im Bereiche der Rippen 8 des Stators mit diesen zusammenarbeitende Rotorrippen 18 mit dazwischenliegenden Rillen oder Kanälen 19 und im Bereiche der Statorzahnkränze 10 hat der Rotor 14 als Organe zwischen die Zahnkränze 10 greifende, scherendmit diesen zusammenarbeitende Rotorzahnkränze 20. Zahl und Querschnitt der Schwingerzähne aufeinanderfolgender Kränze 20 ändern sich entsprechend der Zahl und dem Querschnitt der Zähne der Statorkränze 10.
Im Bereiche des Auslassstutzens 3 sind am Rotor 14 Pumpenflügel23 zur Begünstigung des Abtransportes des behandelten Gutes angebracht.
Die miteinander zusammenarbeitenden Statorrippen 5 und Rotorrippen 15 bzw. Statorrippen 8 und Rotorrippen 18 lassen zwischen sich einen konischen Ringspalt 21 bzw. 22 frei, dessen gegebenenfalls einstellbare radiale Breite (z. B. durch geringe Axialverschiebung des Rotors 14) sich nach der Art des Gutes und der gewünschten Bearbeitung richtet. Bei der Einstellung der radialen Breite des Ringspaltes werden auch die Flanken und scherenden Kanten der ineinandergreifenden Organe 7 und 17 bzw. 10 und 20 axial gegeneinander verschoben, wodurch die Scherung in ihrer Intensität verändert oder ganz aufgehoben werden kann. Alle oder ein Teil der Rippen 5, 15 und 8, 18 und/oder der Zähne der Zahnkränze 7, 17 und 10, 20 können schraubenlinienförmig oder sonstwie gebogen oder gegenüber den Mantellinien des Gehäuses 1 bzw. des Konus 14 geneigt sein.
Den Statorrippen und/oder-zahnen kann man eine gegenüber den Rotorrippen und/oder Rotorzähnen entgegengesetzte schraubenlinienförmige Verdrehung oder Neigung geben, was eine stärkere Wirbelung und Prallung des Gutes zwischen den Rippen bzw. Zähnen zur Folge hat. Die Rippen und/oder Zähne können mit Bohrungen oder Schlitzen oder andern Durchbrechungen versehen werden, was sich gleichfalls in einer Verstärkung der Wirbelung des Gutes auswirkt.
Die Rippen 5 und 15 und/oder 8 und 18 können, je nach der Art des zu behandelnden Gutes und dem Ziel der Bearbeitung, weggelassen und durch Zahnkränze ersetzt werden. Es können auch mehr als zwei Rippsngruppsn vorgesehen werden.
Man kann z. B. im Bereiche der Zahnkränze 7, 17 und/oder 10, 20, von denen auch nur eine oder mehr als zwei Gruppen mit weniger als drei odermehr als vier Kränzen vorgesehen sein können, einen odermehrere Statorkränze weglassen und die benachbarten Rotorzähne sich auch über den Bereich der weggelassenen Statorzähne erstrecken lassen. Dadurch entstehen aus längeren Rotorzähnen zusammengesetzte, die Förderwirkung erhöhende Pumpringe, die, wenn gewünscht, auch schraubenlinienförmig gekrümmt oder gegenüber Mantellinien geneigt sein können. In diesem Falle und/oder im Falle der geneigten oder gekrümmten Rippen und/oder Zähne kann der Ringspalt auch zylindrisch sein.
Das durch den Eintrittsstutzen 2 z. B. mittels einer Pumpe in die Vorrichtung geförderte Gut gelangt zuerst in die Kanäle oder Rillen 6 und 16 und in den Ringspalt 21. Das Gut in den Rillen 16 wird infolge der Drehung des Rotors 14 in die Rillen 6 zwischen den Statorrippen 5 geschleudert, die Rillen 16 entleeren sich also am vorderen Ende kontinuierlich. Dadurch entsteht am Eintritt in den Rotor 14 eine Saugwirkung, die unter Umständen ein Hineinpumpen des Gutes durch den Stutzen 2 entbehrlich machen kann. Die Rillen oder Kanäle 6 werden infolge der Schleuderwirkung des Rotors 14 bis über ihren Kopf hinaus mit
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des Gutes und ausserdem infolge der Konizität des Gehäuseinnenmantels eine Weiterbeförderung des Gutes längs Mantellinien des Innenmantels gegen die Zahnkränze 7, 17 hin bewirkt.
Der kontinuierliche Materialstrang in den Rillen 6, 16 und im Ringspalt 21 wird am Ende der Rippen durch den ersten vorbeifliegenden Zahnkranz 17 plötzlich gehemmt und abgeschert. Nun erfährt das Gut in und zwischen den Zahnkränzen 7 und 17 eine intensive Bearbeitung durch frequente und hochfrequente Effekte (Scherung, Mahlung, Quetschung, innere Reibung, Wandreibung, Druckgefälle, kinematisch erzeugte Impulse), wobei infolge des vom ersten zum letzten Zahnkranz anwachsenden Durchmessers die Intensität und zusätzlich infolge der sich erhöhenden Zähnezahl von Kranz zu Kranz die Frequenz steigt, u. zw. je nach Wahl der verschiedenen Daten bis in den Ultraschallbereich, sofern die Art des Gutes und das Ziel der Bearbeitung dies erfordern, so dass gegebenenfalls schon in der Zahnkranzgruppe 7, 17 Kavitation auftritt.
Nach dem Austritt aus der Zahnkranzgruppe 7, 17 gelangt das Gut in die zweite Rippengruppe 8, 18, wo die gleichen, infolge des grösseren Durchmessers allerdings verstärkten, Effekte auftreten, wie in der ersten Rippsngruppe 5, 15; das Gut erfährt hier eine Beruhigung und teilweise Scherung, unterliegt aber hauptsächlich einer Druckwirkung, die es, ohne Hemmung durch Zähne, der zweiten Zahnkranzgruppe 10, 20 zuführt, wo die im Zusammenhang mit der ersten Zahnkranzgruppe beschriebenen Effekte infolge des grösseren Durchmessers und der grösseren Zähnezahlen noch intensiver und mit noch höheren Frequenzen auftreten.
Nach dem Austritt aus der Zahnkranzgruppe 10, 20 tritt das Gut in den die Pumpenflügel 23 aufnehmenden Raum, wo es entspannt wird, und strömt von hier, begünstigt durch die Wirkung der Pumpennügel , durch den Auslassstutzen 3 j hierauf kann es, wenn erwünscht, zu erneuter Behandlung in den Einlassstutzen 2 oder einen Zwischenstutzen, z. B. im Bereiche der Rillen 8, 18, in den Ringspalt zurückgeführt werden.
Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform eignet sich besonders gut zur Bearbeitung sehr empfindlicher Stoffe, z. B. zur Aufschliessung und Verfeinerung von Zellulose (z. B. aus Altpapier) oder ähnlicher Rohstoffe mit zusammenhängenden Fasern in einem Arbeitsgang in wirtschaftlicher Weise und unter Schonung der Fasern. In der ersten der vier kontinuierlich ineinander übergehenden Bearbeitungsstufen 5, 15; 7,17; 8,18 und 10, 20 wird das Gut zuerst in der Stufe 5, 15 einer niedrigen Frequenz kinematischer Effekte, z. B. zur Zerlegung in kleinere Faserbündel, dann in der zweiten Stufe 7, 17 einer höheren Frequenz, hierauf in der dritten Stufe 8, 18 zur schonenden Zwischenbehandlung (z.
B. zwecks stetiger Weiterauflockerung des Faserverbandes) und zur Beschleunigung der in der Stufe 7, 17 gehemmten Strömung einer wiederum niedrigeren Frequenz und in der vierten Stufe zur Fertigbehandlung einer höchsten Frequenz ausgesetzt. Die Zahl, die Art und die Reihenfolge der aufeinanderfolgenden Stufen verschiedener Frequenzen richten sich nach den Eigenschaften des Gutes, z. B. nach dessen Härte, Zähigkeit, Reife, nach der Empfindlichkeit der Fasern oder der Verleimung derselben usw.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 9 und 10 unterscheidet sich vom Beispiel der Fig. 8 dadurch, dass auf dem konischen Gehäuse 1 und dem Rotor 14 Rippengruppen fehlen und nur Schwingerzahnkranz-
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messers des konischen Gehäuses 1 und des konischen Teils 24 des Rotors 14 und der Zunahme der Zähnezahl von Kranz zu Kranz die Frequenz vom Eintritt zum Austritt dauernd wächst. Die Ausführungsform gemäss Fig. 9 und 10 unterscheidet sich aber von Fig. 8 weiter noch dadurch, dass sich an den konischen Teil 24 des Rotors 14 ein weiterer konischer Teil 25 mit grösserem Öffnungswinkel anschliesst. Dieser Teil 25 ist gleichfalls mit Schwingerzahnkränzen 26 besetzt, die mit Schwingerzahnkränzen 27 des dem Teil 25 entsprechenden konischen Teils 28 des Gehäuses 1 scherend zusammenarbeiten.
An den Teil 25 des Rotors 24 schliesst sich ein konischer Teil 29 an, dessen Öffnungswinkel kleiner als derjenige des Teils 25 und etwa gleich dem Öffnungswinkel des Teils 24 ist. Auch der Teil 29 ist mit Schwingerzahnkränzen 30 besetzt, die zwischen Schwingerzahnkränze 31 eines dem Teil 29 entsprechenden Teils 32 des zweiteiligen Gehäuses 1 greifen und mit diesen scherend zusammenarbeiten.
Das durch den Einlassstutzen 2 z. B. unter der Wirkung einer Pumpe eintretende Gut gelangt zuerst in und zwischen die Zahnkränze 7 und 17 und unterliegt mit wachsender Frequenz den gleichen Effekten, wie in Fig. 8 im Zusammenhang mit der Zahnkranzgruppe 7, 17 beschrieben. Zur Verbesserung der Vorwärtsbewegung des Gutes in der Meridianrichtung können, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben, einzelne Statorzahnkränze 7 durch Pumpringe ersetzt werden. Gelangt das Gut in und zwischen die Zahnkränze 26 und 27, so unterliegt es infolge des grösseren Öffnungswinkels der Teile 25 und 28 plötzlich einer stärkeren Beschleunigung. An der Übergangsstelle vom Teil 24 zum Teil 25 und im ganzen Bereich der Zahnkranzgruppe. 26, 27 tritt z.
B. stärkere Kavitation auf als in der Zahnkranzgruppe 7, 17, weil das Gut aus der Zahnkranzgruppe 7, 17 dem in der Gruppe 26, 27 sehr stark beschleunigten Gut nicht rasch genug nachkommt. In der Zahnkranzgruppe 26, 27 bildet sich daher ein starker Unterdruck aus. Beim Übergang von der Zahnkranzgruppe 26, 27 zur Zahnkranzgruppe 30, 31 nimmt infolge des kleineren Öffnungwinkels der Teile 29, 32 der Unterdruck wieder ab. Zur Begünstigung des Abtransportes des behandelten Gutes aus dem Auslassstutzen 3 sind am Rotor 14 Pumpflügel 23 vorgesehen. Je nach der Art des Gutes und dem Ziel der Bearbeitung können an die Stufe 29 weitere Stufen angesetzt werden.
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Die Vorrichtung gemäss Fig. 11-15 hat ein mit Füssen 31 versehenes hohles, einen Stator bildendes, aus zwei mittels Flanschen 42 verbundenen Teilen bestehendes Gehäuse 32. Der Eintrittsstutzen 33 mündet in einen zylindrischen Gehäuseteil 34, der mit axial verlaufenden Rippen 35 versehen ist. Auf den zylindrischen Gehäuseteil 34 folgt ein sich konisch erweiternder Gehäuseteil 36, in dessen Innenwandung mit Kränzen von Schwingerzähnen 37 oder andern Schwingervorsprüngen versehene Ringe 38 eingesetzt sind. Die Ringe 38 oder einzelne Schwinger 37 können auswechselbar am Gehäuseteil 36 angeordnet sein. Am Austrittsende des Gehäuseteils 36, der auch zylindrisch sein könnte, schliesst sich der einen Auslassstutzen 59 aufweisende Gehäuseteil 39 für eine Vorrichtung, z. B. einen Ultraschallgenerator, an, deren Wirkungsweise z.
B. in den Schweizer Patentschriften Nr. 288154,304025 und 311794 beschrieben ist. Die Statorzähne 40 oder andersgeartete Schwingerorgane dieser Vorrichtung sind an einem am Gehäuseteil 39 montierten Ring 41 befestigt. Eine in Lagern 43 des Gehäuses 32 drehbar abgestützte Welle 44 trägt für ihren Antrieb eine Keilriemenscheibe 4J und im zylindrischen Gehäuseteil 34 eine mit den Rippen 35 zusammenarbeitende Fórderschnecke 46, die zwecks Anpassung an das zu bearbeitende Gut, die Fördermenge und die Geschwindigkeit auswechselbar oder in ihrer Steigung in bekannter Weise ver- änderbar sein kann.
An Stegen 50 (Fig. 13) eines mittels der Naben 47 auf der Welle 44 befestigten konischen Hohlkörpers 48 sind Schaufeln 49 befestigt, die an ihren Aussenkanten Zähne 51 oder andere Schwinger aufweisen, von denen jeder zwischen zwei benachbarte Kränze von Statorzähnen 37 greift und mit diesen scherend zusammenarbeitet. Wie Fig. 13 zeigt, sind die Schaufeln 49 eben und liegen in Axialebenen.
Gemäss Fig. 17 können die Schaufeln 49 aber auch gewunden sein. Nach dem letzten, auf dem grössten Durchmesser sitzenden Zahn 51 der Schaufeln 49 begrenzen der Mantel des konischen Hohlkörpers 48 und die im Bereiche dieses Mantels liegenden Statorringe 38 einen engen konischen Ringspalt 52, in welchen die Zahnkränze 37 der Statorringe 38 und die Schwingerzahnkränze 53 des Hohlkörpers 48 hineinragen und welcher gegebenenfalls auch zylindrisch sein könnte. Dr Hohlkörper 48 und der Gehäuseteil 36 können, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben, teilweise auch mit längs Mantellinien verlaufenden Rippen besetzt sein, und/oder der Hohlkörper 48 könnte auch weiter oben erläuterte Pumpringe tragen.
Die Zahnkränze 53 greifen zwischen die Zahnkränze 37 und arbeiten mit diesen scherend zusammen.
Ausserhalb des Statorzahnkranzes 37 mit dem grössten Durchmesser sitzen auf dem drehbaren Hohlkörper 48 Verteilerorgane 54, die gemäss Fig. 15 eben ausgebildet und radial verstärkt sind, gemäss einer andern Ausführungsform aber auch gekrümmt ausgebildet bzw. tangential verstärkt sein können. Sie dienen zur Aufnahme und Verteilung faserigen, thixotropen, grobstückigen und/oder sich klumpenden bzw. ilockulierenden Gutes. Die Eintrittskanten 55 der Verteilerorgane 54 arbeiten mit dem benachbarten Statorzahnkranz 37 und die Austrittskanten 56 mit den Statorzähnen 40 der nachfolgenden Vorrichtung scherend zusammen. Die Stirnscheibe 57 des Hohlkörpers 48 trägt Kränze von Rotorzähnen 58 dieser letzten Vorrichtung, die zwischen die Statorzähne 40 greifen und mit diesen scherend zusammenarbeiten.
Ausserhalb des äussersten Statorkranzes 40 sind ebeneRotorschaufeln60 vorgesehen, die an der Stirnscheibe57 befestigt sind. Diese Schaufeln könnten auch gekrümmt sein. Wie Fig. 15 zeigt, nimmt zwecks Steigerung der Frequenz die Zähnezahl von innen nach aussen zu.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich, kann an der Peripherie der Vorrichtung axial neben dem Austritt des Stoffes aus den Organen 40 in den ringförmigen Sammelkanal auf einer oder auf beiden Seiten des Stoffaustrittes eine Ringscheibe 41 angebracht sein (wie dies vom Zentrifugalpumpenbau her bekannt ist), so dass der in den plötzlich erweiterten Querschnitt des Sammelkanals austretende Stoff hinter den besagten Ringscheiben explosionsartig diffundiert.
An den Austritt des Gutes aus der letzten Stufe kann eine gegebenenfalls mit automatischer Entleerung versehene Sieb-, Sichter- oder Filtervorrichtung angebaut werden, welche z. B. von der Welle 44 angetrieben wird.
Die Variante gemäss Fig. 16 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 11-15 im wesentlichen nur dadurch, dass die an Ringen 38 sitzenden Statorzähne 37, die Schaufelzähne 51 und die Rotorzähne 53 treppenförmig angeordnet sind, so dass die Welle 44 mit Schnecke 46 und dem Hohlkörper 48 mit der Stirnscheibe 57 nach Wegnahme des Gehäusedeckels 61 axial nach rechts herausgezogen und von dieser Seite auch wieder in axialer Richtung in das Gehäuse eingeführt werden kann. Ein weiterer Unterschied besteht noch darin, dass der äusserste Statorkranz 62 der auf die auch etwas anders geformten Organe 54 folgenden Vorrichtung als Ring mit radialen Bohrungen 63 ausgebildet ist. An Stelle der Bohrungen 63 könnten auch Schlitze oder anders geformte Durchbrechungen vorgesehen sein.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 18 unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäss Fig. 11-15 insbesondere dadurch, dass die gekrümmten, mit Vorsprüngen 51 versehenen Schaufeln 49 in einem zylindrischen Gehäuseteil 64 untergebracht sind. Im Gehäuseteil 64 nehmen zwecks Steigerung der Frequenz die Zähnezahlen der Kränze vom Eintritt gegen den Austritt hin zu. Bei geeigneter Länge des Teils 64
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auch zylindrisch sein.
Die Arbeitsweise der Varianten gemäss Fig. 16 und 18 ist sonst im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Ausführungsform gemäss Fig. 11-15. Diese Arbeitsweise wird nachstehend an Hand der Fig. 11 erläutert :
Das durch den Einlassstutzen 33 eintretende Gut wird durch die Schnecke 46 unter Überdruck in den Bereich der Schaufeln 49 gefördert. Diese Schaufeln schleudern das Gut gegen die Kanten und Flanken
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der Statorzähne 37. Weiter pressen sie das Gut radial in die Zahnlücken der einzelnen Kränze 37 und-bei der Ausführungsform nach Fig. 18-in die ringförmigen Lücken zwischen benachbarten Kränzen 65.
Ausserdem fördern sie das unter wachsendem Druck gegen die mit den Zähnen 37 versehene Gehäusewandung gepresste Gut axial in Richtung des wachsenden Durchmessers. Das Gut wird zwischen den gezahnten Schaufeln 49 und der gezahnten Gehäusewandung in schnellem Wechsel Überdruck, Unterdruck, Quetschung, Scherung, Prallung, Reflexion, Wandreibung, innerer Reibung und den entsprechenden Begleitwirkungen unterworfen. Die Kanten der ineinandergreifenden Zähne können je nach Zweck scharf bis stumpf sein, so dass man die Intensität der Scherung, Quetschung oder Prallung nach Wunsch wählen kann. Die axiale Breite der Lücken zwischen zusammenarbeitenden Zähnen 37, 51 kann gleichfalls nach Wunsch gewählt oder durch axiale Verschiebung des Rotors gegenüber dem Stator während des Betriebes mit bekannten Mitteln geändert werden.
Die Rippen und/oder Schaufelzähne können teilweise oder alle aus nachgiebigem, elastischem Material, z. B. natürlichen oder künstlichen Elastomeren, hergestellt sein, so dass eine elastische, peitschende und gegebenenfalls reibende Bearbeitung des Gutes möglich ist.
Die Frequenz der oben erwähnten, auf das Gut ausgeübten Wirkungen hängt von der Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelzähne 51 und der Zahl der Zähne 37 und 51 ab, denn diese Wirkungen treten bei jeder Begegnung eines Schaufelzahnes 51 mit einem Statorzahn 37 auf und sind von Impulsen begleitet, die dem Gut mitgeteilt werden. Die Frequenz wächst mit steigendem Durchmesser der gezahnten Schaufelkanten und der Statorzahnkränze 37. Ist beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 16 die Umfangsgeschwindigkeit im kleinsten Durchmesser 10 m/s und kommen bei diesem Durchmesser auf einen Meter Umfang z. B. dreissig Statorzähne 37 und acht Schaufelzähne 51, so ergibt sich eine Frequenz von 8 X 30 X X 10 = 2400 Hz.
Bei dieser Frequenz unterliegt das Gut der bekannten Wirkung einer niederfrequenten Beschallung, bei welcher die mechanischen Effekte noch überwiegen. Bei der axialen Weiterbewegung des Gutes im Bereiche der Schaufeln 49 wird infolge Zunahme des Durchmessers und der Zahl der Zähne 37 und 51 pro Meter Umfang die Frequenz der physikalischen Effekte immer höher. Sind z. B. im Bereiche der letzten Zähne 37, 51 der Durchmesser und die Zähnezahl pro Meter Umfang 1, 5 mal so gross wie am Eintritt nach der Schnecke 46, so ist die Frequenz am Austritt = 2400 X 1, 5 x 1, 5 = 5400 Hz.
Diese Frequenz kann durch feiner werdende Unterteilung der Organe der aufeinanderfolgenden Kränze noch zusätzlich gesteigert werden. So kann man z. B. am Austritt bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 20 m/s und bei vierzig Rotororganen 53 und fünzig Statororganen 37 eine Frequenz von 40. 000 Hz erreichen, bei der das Gut schon einer Ultraschallbearbeitung mit den bekannten Auswirkungen unterliegt.
Bei der Weiterbewegung des Gutes im Ringspalt 52 gelangt dieses plötzlich in den die Verteilerorgane 54 enthaltenden Hohlraum 102 (Fig. 15), wo starker Unterdruck herrscht, u. z. wegen der plötzlichen Volumenvergrösserung infolge der starken Saugwirkung der Verteilerorgane 54. Infolge der plötzlichen Entspannung des Gutes im Hohlraum 102 tritt eine explosionsartige, tiefgreifende und trotzdem schonende Aufschliessung auch des widerstandsfähigsten Gutes, z. B. Fasermaterials, ein.
Das bereits weitgehend aufgeschlossene Gut tritt nun in die letzte Vorrichtung mit den Zahnkränzen 40, 58 ein, welche mit hoher Frequenz Druckg : fälle und Impulse erzeugt, zu deren physikalischen Folgen unter anderem auch die Kavitation gehört. Die physikalische Wirkung jedes zusammenarbeitenden Organpaares der letzten Stufe ist, wie Versuche ergeben haben, mit derjenigen einer Galtonpfeife zu vergleichen. Die Ultraschallwirkung der letzten Stufe kann bei entsprechender Wahl der Umfangsgeschwindigkeit und Zahl der Organe 40 und 58 pro Meter Umfang so weit getrieben werden, wie sie mit piezoelektrischen oder ähnlich intensiven Schwingern und auch mit der Galtonpfeife nicht erreicht werden kann.
Die letzte Stufe könnte auch nur einen Organkranz 40 und nur einen am Kranz scherend 40 vorbeifliegenden Organkranz 58 haben.
Die Schaufeln 60fördern das Gut aus dem Ultraschallgenerator 40, 58 heraus in Behälter oder Leitungen, z. B. in ein in Fig. 19 dargestelltes Umlaufsystem.
Dieses System ist einerseits mittels des Rohrstückes 66 an den Einlassstutzen 33 und mittels des TStückes 67 an den Auslassstutzen 59 der Vorrichtung gemäss der Erfindung angeschlossen. Der Einlass 68 des Umleitungssystems ist mit dem T-Stück 67 und damit mit dem Austritt 69 des Systems durch ein T-Stück 70 verbunden. Der Stutzen 71 dieses T-Stückes 70 steht über ein Mittelventil 72 mit einem AnzapfRohrstutzen 73 der Vorrichtung gemäss der Erfindung in Verbindung. Zwischen dem Einlass 68 und dem T-Stück 70 befindet sich eine durch einen Hebel 74 betätigbare Ventilklappe 75, die um die Achse 76 drehbar ist.
Verschliesst die Ventilklappe das T-Stück 70 und ist auch das Mittelventil 72 geschlossen, so strömt das Gut durch den Einlass 68 und den Eintrittsstutzen 33 in die Vorrichtung gemäss der Erfindung ein und verlässt sie durch den Auslassstutzen 59, das T-Stück 67 und den Auslass 69. Zwecks längerer Bearbeitung des Gutes in der Vorrichtung öffnet man das Mittelventil 72 ganz oder teilweise. Dann strömt
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Diesen Kreislauf kann man bei schwer zu verarbeitendem Material beliebig lange fortsetzen. Schliesst man das Mittelventil 72 ganz und öffnet man die Ventilklappe 75 ganz, so zirkuliert das Gut durch die ganze Vorrichtung und durch die Teile 59, 67, 70, 66 wiederum zurück in die Vorrichtung.
Wenn jedoch die Ventilklappe 75 nur teilweise geöffnet ist, gelangt gleichzeitig etwas frisches Gut durch den Einlass 68 in den Kreislauf und wird zusammen mit dem bereits zirkulierenden Gut der Bearbeitung in der Vor-
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Die Vorrichtung kann auch mit Kühl- und/oder Heizvorrichtungen an sich bekannter Art z. B. im oder am Behälter 113 und/oder am Rotor und/oder Stator und/oder in der Siebvorrichtung 142 der Fig. 5 versehen sein.
Schliesslich kann sie innerhalb des Behälters 113 der Fig. l-7 erhöht angeordnet sein, z. B. auf einer kegelförmigen Erhöhung des Behälterbodens sitzen.
Die Rotor- und Statororgane, welche unter anderem scherende, quetschende und aufschliessende bzw. pulsierende Arbeit verrichten, können so angeordnet werden, dass die Zwischenräume zwischen benachbarten Organen ein und desselben Kranzes oder Ringes, welche im Sinne der Galtonpfeifeden Schwingungsraum darstellen, sehr eng sind und/oder längliche, ovale oder auch runde Umrissform aufweisen.
Die Rotor-und/oder Statororgane können auch als Sägezähne ausgebildet sein. Solche Sägezähne erleichtern eine Zerschneidung auch sehr zähen und harten Gutes (z. B. Fleischsehnen).
Die z. B. im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebene axiale Verstellung von Rotor und/oder Stator kann auch bei beliebigen andern Ausführungsformen dazu benützt werden, die Organe zusammenarbeitender Kränze oder Ringe je nach der Art des Gutes und der gewünschten Bearbeitung, z. B. bei der Zellstoffgewinnung, kollernder Behandlung oder zwecks Fibrillierung und besserer Vernetzung einander gegebenenfalls bis zur reibenden, quetschenden und/oder scherenden Berührung zu nähern. Bei dieser axialen Regulierbarkeit der Lage zwischen zusammenarbeitenden Organen kann vorzugsweise eine von der zur Drehachse der Vorrichtung parallelen Lage der Flanken der Organe abweichende Lage oder Form (z. B. konische oder gebogene Flanken) gewählt werden.
Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen zwischen ein und demselben Paar zusammenarbeitender Organkränze oder Ringe verschieden intensive scherende und quetschende Wirkung durch regelmässige oder unregelmässige (stossweise) Exzentrizität der betreffenden Organkränze oder Ringe erreicht werden kann, z. B. durch exzentrische Ringform oder Lagerung einer oder beider Achsen mittels drehbaren Exzenters.
Die zusammenarbeitenden Organe nähern sich dann an einer Stelle ihrer Umlaufbahn eventuell bis zur reibenden Berührung, während sie sich an der diametral entgegengesetzten Stelle voneinander entfernen, so dass sich in dem sich von der grössten bis zur kleinsten radialen Breite verengenden und anschliessend von der kleinsten bis zur grössten radialen Breite sich wieder erweiternden Spalt Turbulenz, zu- und abnehmende Quetschung, Schall- und gegebenenfalls Ultraschallimpulse sowie Scherung ergeben.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Vorrichtung, bei welcher je nach Wunsch die Welle von der einen oder andern Seite angetrieben wird, kann auch in Rohrleitungen, Gehäuse oder in Maschinenaggregate, z. B. Zerstäubungsanlagen, in eine Trichtermühle, in eine kontinuierlich arbeitende Extraktionsanlage, in eine Zentrifuge, in einen Silo, in einen Druck- oder Vakuumkocher, in Raffinationoder Reaktionsanlagen, Feuerungen usw., eingebaut werden.
Anstatt eines Stators kann auch ein gleich- oder gegenläufiger Rotor verwendet werden. Das Wort "Stator" ist also in der Beschreibung und in den Ansprüchen in diesem erweiterten Sinne zu verstehen.
Es können auch mehrere Rotor-Stator-Systeme auf der gleichen Welle angeordnet sein.
Zur Beeinflussung oder Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Vorgänge in der Vorrichtung gemäss der Erfindung können an jeder geeigneten Stelle Mittel (z. B. Rohranschlüsse, Regel-, Messoder Verschlussvorrichtung) zur Einführung von Dampf, Wasser oder Zusätzen, z. B. Lösungsmitteln, Reagenzien, Katalysatoren, Füllstoffen, Farbstoffen und weiteren Komponenten oder Stoffen, vorgesehen werden. Ebenso können Zusatzstoffe aller Aggregatzustände während des Betriebes der Vorrichtung, z. B. in der Nähe des Ringspaltes, zugeführt werden, so dass beispielsweise Begasung, Schaumbildung, Entschäumung, saure oder alkalische Stoffbehandlung usw. eintreten können.
Das Gut kann auch in einzelnen Komponenten beim Eintritt oder an andern Stellen zugeführt werden.
Durch Veränderung der Geschwindigkeit und/oder der Antriebsleistung und/oder der Konizität des Ringspaltes und/oder der Zahl der Organe und der Lücken oder andersförmigen Durchbrechungen in den einzelnen Ringen lassen sich in der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Vorrichtung alle technisch interessanten Frequenzen und Intensitäten erreichen. So kann z. B. durch solche Änderungen das Gut beim Eintritt sehr schonend und dann allmählich stärker aufgeschlossen werden. Anderseits kann z. B. die Raffinierung eines Faserstoffes sofort mit hoher Intensität begonnen werden. Bei niedriger Drehzahl erfüllen die gesamte Vorrichtung sowie eventuell die einzelnen Stufen eine knetende und plastizierende Arbeit. Bei maximaler Drehzahl werden sehr hohe Ultraschallfrequenzen erzielt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann mit an sich bekannten weiteren Teilaggregaten, z. B. zur Kühlung, zur Erhitzung unter Druck oder Vakuum, zur Extraktion usw., versehen werden.
Bekannte Verfahren, z. B. zur Verseifung von Ölen und Fetten mit wässerigen Lösungen von Alkalien, können in der Vorrichtung durch mengenmässige Kontrolle des Zuflusses von zu verseifendem Material und Alkalien mit grosser Geschwindigkeit, hohem Wirkungsgrad und hervorragender Homogenität in einem geringen Bruchteil (z. B. in Sekunden oder wenigen Minuten) der für bekannte Verfahren erforderlichen Zeit durchgeführt werden. Auch in klassischen Verfahren mit Druck und Wärme durchführbare Prozesse können erfindungsgemäss viel schneller und wirtschaftlicher, auch ohne Druck und Wärme, durchgeführt werden.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann der Durchführung ausserordentlich vieler physikalischer und/oder chemischer Stoffänderungen unter Anwendung der allgemein üblichen Zusammensetzung von Stoffkomponenten und/oder Reagenzien für die verschiedenartigsten Stoffe und Gemische dienen. Als Beispiele seien lediglich angeführt : Mischungen verschiedener Art, die Herstellung
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mikroner, homogener Suspensionen, Füllstoffe, keramische Massen, die Defibrierung und Raffinierung von Zellstoff, Halbzellstoff, Holzschlin'oder Altpapier, die Veresterung von Harzen oder die Gewinnung eines Phenol-Formaldehyd-Harzes, die Xanthogenierung und Homogenisierung von Zellulose und Viscose, Koagulationsvorgänge zur Gewinnung feinstverteilter Kieselsäure (z.
B. als Füllstoff oder als Stabilisator), die Gewinnung kolloider Systeme aus Talk, Vaseline und/oder Lanolin, die Herstellung einer stabilen Suspension aus Mineralöldestillat, Methylalkohol, Tannin und Flinsgraphit usw.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Schwingungsbehandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoffgemischen mit zwei koaxial zueinander angeordneten, relativ gegenläufigen, einen Arbeitsspalt zwischen sich einschliessenden Körpern, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Körper (111, 112) wenigstens einen Kranz von in den Arbeitsspalt (119) hineinragenden Organen (120, 121) aufweist, wobei die benachbarten Organe desselben Kranzes Hohlräume begrenzen und so bemessen sind, dass sie die Fortbewegung des Stoffes durch den Arbeitsspalt (119) periodisch unterbrechen und dass das die beiden Körper (111, 112)
aufnehmende Gehäuse mit einer Einrichtung zum Einstellen des Vorschubes des Stoffes in der Hauptströmungsrichtung und damit der Verweilzeit des Stoffes in den Hohlräumen sowie der Dauer seiner Schwingungsbehandlung versehen ist.