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Vorrichtungen zum kontinuierlichen Dispergieren, vorwiegend viskoser Substanzen, mittels eines
Rührwerkes sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform wird so verfahren, dass man die Ausgangsstoffe unter Druck in einem geschlossenen System unmittelbar in den
Turbulenzbereich eines Turborührers unter Luftausschluss einleitet, das Gemisch durch Verwirbelung im Umlauf hält und das Fertigprodukt aus einer oberhalb der Zuführungsstellen für die Ausgangsstoffe befindlichen Stelle fortlaufend abzieht.
Die Vorrichtung ist hienach in der Weise ausgebildet, dass die Zuführungsleitungen für die
Ausgangsstoffe in einem kammerartig erweiterten, einen Turborührer aufnehmenden Teil eines etwa zylindrischen
Behälters angeordnet und bis zur unmittelbaren Beaufschlagung des Turborührers verlängert sind und der
Behälter mit einem verengten Ableitraum für das Fertigprodukt versehen ist.
Ziel der Erfindung ist es, die Dispergier- und die Homogenisierwirkung der Ausgangsstoffe noch wesentlich zu erhöhen. Hiezu ist erfindungsgemäss die Vorrichtung zum kontinuierlichen Dispergieren und Homogenisieren von vorwiegend viskosen Stoffen, bestehend aus einer aus mehreren übereinander angeordneten und lösbar miteinander verbundenen Ringkörpern gebildeten Mischkammer mit darin umlaufenden, mit auf einer Antriebsachse angeordneten Rotationsscheiben aufweisenden Rührer, die aus einer unteren Rotorkammer und einer darüber angeordneten Beruhigungskammer besteht, die im Bereich der Rotationsscheiben in ihrer Innenwandung ausgebildete Ringnuten aufweist, in denen die äusseren Randabschnitte der Rotationsscheiben umlaufen,
und die mit im Bereich des Kammerbodens in die Mischkammer mündenden Zuführungsleitungen für die Ausgangsstoffe und einem oberen Abführrohr für das Dispersionsprodukt versehen ist, in der Weise ausgebildet, dass-und hierin besteht die Erfindung-die Rotorkammer in ihrem oberen Abschnitt vollwandig ausgebildet ist und aus Ringkörpern besteht, der für die Antriebsachse des Rührers mit den Rotationsscheiben eine mittige Längsbohrung, deren Durchmesser etwa grösser ist als der Durchmesser der Rührerantriebsachse, und eine der jeweiligen Anzahl der Rotationsscheiben entsprechende Anzahl von mit der Längsbohrung in Verbindung stehenden Ringnuten zur Aufnahme der Rotationsscheiben aufweist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist mindestens ein Wandungsabschnitt der Rotorkammer zwischen zwei Rotationsscheiben mit parallel zur Rührerantriebsachse verlaufenden senkrechten Durchbohrungen versehen, wobei die Durchbohrungen nur in den mittleren Wandungsabschnitten der Rotorkammer sowie in den die unteren und/oder die oberen Rotorkammerabschnitte begrenzenden Wandungen vorgesehen sein können. Darüber hinaus können die Durchbohrungen der einzelnen Wandungsabschnitte zu den Durchbohrungen in den andern Wandungsabschnitten zueinander versetzt angeordnet sein.
Jeder im Bereich der Rotationsscheiben liegende Ringkörper mit den Ringnuten von den die Mischkammer bildenden Ringkörpern besteht aus zwei Scheiben mit einer mittigen Durchbrechung für die Rührerantriebsachse und mit an den einander zugekehrten Scheibenflächen angeformten und benachbart zum äusseren Scheibenumfang verlaufenden ein etwa quadratisches oder rechteckförmiges Profil aufweisenden Randwülsten, durch die der Abstand der beiden Scheiben unter Ausbildung der Ringnut festgelegt ist.
Um den Abstand zwischen je zwei Scheiben eines Ringkörpers mit Ringnut zur Erzielung des maximalsten Dispergier- und Homogenisiereffektes verändern zu können, sind die Scheiben in Mischkammerlängsrichtung verschieblich ausgebildet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die den Rotationsscheiben zugekehrten Flächen der Ringkörperscheiben Profilierungen auf. In gleicher Weise können auch die Rotationsscheiben mit Profilierungen versehen sein.
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der Mündungsöffnung der Zuführleitungen vor. An Stelle eines Propellerrührers kann unterhalb des Scheibenrührers ein hochtourig umlaufender Flügelrührer mit etwa senkrechten Wirkkanten vorgesehen sein, die im Bereich der Mündungsöffnungen der Zuführrohre liegen.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand an Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Mischkammer mit einem Scheibenrührer und einem Propellerrührer, teils in Ansicht, teils im senkrechten Schnitt, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, jedoch mit einem unterhalb des Scheibenrührers angeordnetem Flügelrührer mit Wirkkanten, teils in Ansicht, teils im senkrechten Schnitt, Fig. 3 eine aus mehreren Ringkörpern mit Ringnuten für die Rotationsscheiben des Scheibenrührers bestehende Mischkammer in einem senkrechten Schnitt, Fig. 4 einen aus zwei Scheiben bestehenden Ringkörper mit verschiedenen Stellungen der Scheiben in einem senkrechten Schnitt, Fig.
5 einen Teilabschnitt der Mischkammer mit zwei Ringkörperscheiben mit Einrichtungen zur Veränderung des Scheibenabstandes, teils in Ansicht, teils im senkrechten Schnitt und Fig. 6 einen Ringkörper in einer Ansicht von oben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Fig. 1 besteht die etwa zylindrische Mischkammer --10-- aus einer erweiterten Rotorkammer -11-- und einer verengten Beruhigungskammer--12--, an
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stehenden senkrechten Antriebsachse --210-- mit drei im Abstand voneinander angeordneten Rotationsscheiben-101, 102, 103- besteht. Die Drehzahl des Antriebsmotors --220-- ist im Bereich von 5000 bis 50000 Touren stufenlos einstellbar.
Die Rotorkammer --11- weist Zuführrohre --30, 31-- auf. Die Anzahl der Zuführrohre richtet sich nach der Anzahl der Ausgangskomponenten, die dem Fertigprodukt zugrundegelegt werden. Die Zuführrohre
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Vorratsbehältern für die Ausgangsstoffe in Verbindung.
Die Rotationsscheiben-101, 102, 103-- des Scheibenrührers --200-- können alle den gleichen
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Anzahl der Rotationsscheiben--101, 102, 103--entsprechende Anzahl von mit der Längsbohrung--201-- in Verbindung stehenden Ringnuten-112, 113, 114--zur Aufnahme der Rotationsscheiben --101, 102, 103--aufweist. Der Durchmesser der Längsbohrung --201-- ist etwas grösser bemessen als der Durchmesser der Rührerantriebsachse--210--.
Um einen intensiveren Durchmischungseffekt zu erreichen, sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in den die Rotationsscheiben--101, 102, 103--voneinander trennenden Wandungsabschnitten --116, 117--sowie in den unteren und/oder den oberen Rotorkammerabschnitt begrenzenden Wandungen --115, 119-- Durchbohrungen --230, 231,232, 233--vorgesehen, die parallel zur Rührerantriebsachse - -210-- verlaufen, wobei die Durchbohrungen des einen Wandungsabschnittes zu den Durchbohrungen der andern Wandungsabschnitte versetzt zueinander angeordnet sein können (Fig. 1 und 2).
Auf Grund dieser Ausbildung kann die Durchbrechung --201-- in der Rotorkammer --11-- für die Rührerantriebsachse
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geradeim Bereich der Rotationsscheiben-101, 102, 103- aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Ringkörpern --115, 116, 117--. Auch der Bodenteil der Rotorkammer --11-- mit den Zuführleitungen --30, 31--und der obere Kammerabschluss können als Ringkörper --118 und 119-ausgebildet sein. Alle
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Dichtungsringe zur Erhöhung der Dichtung vorgesehen sein. Zur Ausbildung der Ringnuten für die Rotationsscheiben kann jeder Ringkörper auf seiner oberen Seite eine ringförmige Ausnehmung aufweisen.
Wird nun auf einen derart ausgebildeten Ringkörper ein weiterer Ringkörper gesetzt, so bildet dessen Bodenfläche die obere Begrenzung der ringförmigen Ausnehmung, so dass die Ringnut gebildet ist.
Auf Grund der Ausbildung von einzelnen Ringkörpern für die Rotorkammer --11-- ist die Möglichkeit gegeben, mehrere mit Ausnehmungen bzw. Ringnuten versehene Ringkörper aufeinanderzusetzen, um eine der Anzahl der jeweils zu verwendenden Scheiben entsprechende Anzahl von Ringnuten zu schaffen.
Neben der Möglichkeit, die Anzahl der Ringnuten an die Anzahl der jeweils zu verwendenden Rotationsscheiben anpassen zu können, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch die Grösse der einzelnen Ringnuten verändert werden. Hiezu besteht gemäss Fig. 3 und 4 jeder der im Bereich der Rotationsscheiben--101, 102, 103-- liegende und die Rotorkammer --11-- bildende Ringkörper --115, 116, 117-- mit den Ringnuten-112, 113, 114-- aus jeweils zwei scheibenförmigen Körpern - 115a und 115b bzw. 116a und 116b bzw.
117a und 117b-- mit einer mittigen Durchbrechung --201a und
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116b und 117a, 117b-- der Ringkörper --115, 116, 117-sind benachbart zum äusseren Scheibenumfang Randwülste --211, 212,213, 214,215, 216-angeformt, die ein quadratisches oder rechteckförmiges Profil
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116 bzw. 117--mit der Ringnut-112 bzw. 113 bzw. 114-sind zur Veränderung des Ringspaltes gegenläufig im Aussenmantel --221-- mittels Zahnradtrieben --224, 225-- verfahrbar, die mit Betätigungsund Verstelleinrichtungen in Verbindung stehen. Jeder Scheibenkörper der Ringkörper --115, 116, 117-weist auf seinem Umfang verteilt mindestens zwei sich gegenüberliegend angeordnete, senkrecht verlaufende Zahnstangen --224a bzw. 225a--auf, in die im Aussenmantel --221- gelagerte Verstellräder --224b bzw.
225b-- eingreifen, die mit Markierungen zur Anzeige der jeweils eingestellten Ringspaltgrösse eingreifen. Die Bewegungen der Verstellräder--224b bzw. 225b-- sind so miteinander gekoppelt, dass jeweils die beiden
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--115a,117-mit der Ringnut-112 bzw. 113 bzw. 114-- gleichzeitig in ihrem Abstand voneinander veränderbar ausgebildet sind. Die Zahnradtriebe --224, 225-- für das Verstellen der Scheibenkörper der Ringkörper --115, 116, 117--sind so ausgebildet und angeordnet, dass ein Verstellen aller Ringscheibenkörper insgesamt möglich ist, was dadurch erfolgen kann, dass von dem jeweils zu unterst angeordneten Verstellrad-224a--
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angeordneten Ringkörperscheiben der andern Ringkörper, nach oben bewegt worden sind (Fig. 5).
Auf diese Weise ist es möglich, einmal die Lage aller Ringkörper und zum andern die einzelnen Ringkörperscheiben eines jeden Ringkörpers zu verändern.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades können die den Rotationsscheiben --101, 102, 103-zugekehrten Flächn der Ringkörperscheiben --115a, 115b, 116a, 116b, 117a, 117b--Profilierungen--226--, beispielsweise ein Wellen- oder Sägezahnprofil, aufweisen. Auch die Fläche der Rotationsscheiben --101, 102, 103--des Scheibenrührers--200--können mit Profilierungen versehen sein. Darüber hinaus besteht noch die Möglichkeit, dass die den Rotationsscheiben des Rührers --200-- zugekehrten Flächen der Ringkörperscheiben und die Rotationsscheiben auf ihren Aussenflächen bzw. an ihrem äusseren Umfang Profilierungen tragen.
Die Antriebsachse--210--des Scheibenrührers--200--ist vorzugsweise an ihren beiden Enden in Lagern gehalten, um Achsschwingungen zu vermeiden. Das Lager für das obere Achsenende ist dann in der mittigen Durchbrechung--203b--der obersten Ringkörperscheibe--117b--des Ringkörpers--117-- angeordnet. Damit das Dispersionsprodukt abgezogen werden kann, sind in der Ringkörperscheibe--117b-- Durchbrechungen --227-- vorgesehen, deren Grösse so bemessen ist, dass ein einwandfreier Durchtritt des Dispersionsproduktes gewährleistet ist (Fig. 6). Im übrigen können alle Ringkörperscheiben der Ringkörper --115, 116, 117--mit Durchtrittsöffnungen versehen sein.
Um auch hochviskose Stoffe mühelos und in kürzester Zeiteinheit homogenisieren und dispergieren zu können, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäss Fig. 1 unterhalb des Scheibenrührers-200-im Bereich der Mündungsöffnungen der Zuführleitungen --30, 31-- ein Propellerrührer --20a-- angeordnet, dessen Antriebsachse --21a-- als Hohlachse ausgebildet ist, in der die Antriebsachse --210-- für den Scheibenrührer--200--angeordnet ist. Der Antrieb für den Propellerrührer--20a--ist bei--22a-- angedeutet. Die Zuführleitungen--30, 31--sind bodenseitig bei dieser Ausführungsform in die Rotorkammer --11--geführt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist unterhalb des Scheibenrührers --200-- ein Flügelrührer --20-- angeordnet. Der Flügelrührer --20-- ist als hochtouriger Rührer ausgebildet. Die wirksamsten Kanten der Rührflügel--23--, die etwa achsparallel verlaufen, sind als Schneidkanten ausgeführt. In der Rotorkammer - können auch zwei Flügelrührer angeordnet sein. Die Flügelrührer sind dann mit ihren Achsen rechtwinkelig zueinander angeordnet. Die Drehrichtung von mindestens zwei der Flügelrührer kann gegenläufig sein. Darüber hinaus können zwei Flügelrührer mit ihren Achsen fluchtend einander gegenüberliegend angeordnet sein.
Der Propellerrührer--20a--und der flügelrührer --20-- weisen einen vom Antrieb --220-- des Scheibenrührers--200--unabhängigen Antrieb--22 bzw. 22a-- auf. Die Drehrichtung der beiden Rührer --20 bzw. 20a und 200-- kann gleichsinnig oder auch gegenläufig sein. Auch unterschiedliche Drehzahlen sind möglich.
Um zu vermeiden, dass beim Homogenisieren oder Dispergieren eine Erwärmung des zu behandelnden Guts eintritt, kann die Mischkammer --10-- mit einer an ihrer Aussen- oder Innenwand angeordneten Kühleinrichtung versehen sein. Von wesentlichem Vorteil ist es jedoch, wenn die Ausgangsstoffe unmittelbar vor
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dem Einführen in das Wirkungszentrum des Rührers gekühlt werden. Hiezu können beispielsweise die Kühlelemente auch an den Aussenwänden der im Innenraum der Rotorkammer --11-- angeordneten Abschnitte der Zuführrohre-30, 31-angebracht sein.
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Rotorkammerwand ein Ringspalt --42-- für das Ableiten der gemischten Komponenten in die Beruhigungskammer --12-- ausgebildet wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung der kontinuierlichen Arbeitsweise erlaubt es, Fertigprodukte, insbesondere Lacke, Farb- und Kunststofflacke, von höchster und gleichbleibender Qualität herzustellen. Die Ausgangsstoffe werden dabei noch zusätzlich sehr fein vermahlen. Hohe Homogenisier- und Dispergiergrade werden erreicht. Vom Vorratsbehälter für die Ausgangsstoffe bis zum Abfüllen des Fertigprodukts wird die Arbeitsweise nicht unterbrochen. Unter völligem Ausschluss von Luft kann gearbeitet werden. Verkrustete Rückstände, beispielsweise Lacke, werden vermieden. Dadurch ist ein schnelles Reinigen der Gesamtvorrichtung in kürzester Zeit möglich, so dass keine langen Unterbrechungen bei der Lackherstellung gegeben sind. Die Vorrichtung braucht zur Reinigung nicht auseinandergenommen zu werden. Es werden lediglich Reinigungsmittel durch die Vorrichtung geleitet.
Die Rotorkammer--11--reinigt sich bei Verwirbelung des Reinigungsmittels selbst. Das Umstellen von einer Lackart auf eine andere Lackart ist in kürzester Zeit möglich. Die hergestellten Endprodukte sind von gleichbleibender Qualität, u. zw. auch dann, wenn Ausgangsstoffe unterschiedlicher Qualität verwendet werden, was häufig der Fall bei den Ausgangsstoffen für die Kunstharzlackherstellung ist. Soll beispielsweise ein neuer Lack hergestellt werden, so sind keine Laborversuche mehr erforderlich. Auch kleine Mengen, beispielsweise nur 2 kg Endprodukt, können erhalten werden, so dass keine grossen Ansätze mehr erforderlich werden. Sind die Versuche mit kleineren Ansätzen zur vollsten Zufriedenheit verlaufen, so kann jederzeit die Grossproduktion vorgenommen werden.
Auch kleinere Mengen, beispielsweise 5 t einer bestimmten Lackart, können in gleicher Weise hergestellt werden wie grössere Mengen von 50 t und mehr.
Für die Herstellung, beispielsweise eines Kunstharzlackes mittels der erfindungsgemässen Dispergiervorrichtung, werden über das Zuführrohr--30--90% des Gesamtproduktes in einem Lösungsmittel gelöste
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Mündungen der Zuführrohre und prallen im Turbulenzzentrum des Flügelrührers gegeneinander und auf die Flügel des Rührers, dessen Schneidkanten eine noch zusätzliche Zerteilwirkung der aufeinanderprallenden Teilchen bewirken. Mittels des hochtourigen Flügelrührers erfolgt eine sehr starke Verwirbelung der Ausgangsstoffe. Gleichzeitig erfolgt ein zusätzliches Vermahlen der Teilchen und ein Dispergieren der Ausgangsstoffe. Das in der Rotorkammer--11--vorliegende Fertigprodukt wird, da der Turbulenzbereich der
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Wiegestation zugeführt.
Bei der weiteren kontinuierlichen Zudosierung der Ausgangskomponenten ist jeweils das zur Erstellung des gewünschten Fertigproduktes erforderliche Dosierverhältnis der Ausgangskomponenten zueinander beizubehalten. Entsprechend der Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsstoffe der Mischkammer --10-- zugeführt werden, wird das Fertigprodukt abgeleitet. Bei der Anwendung der Vorrichtung hat es sich gezeigt, dass eine Verschiebung des Dosierverhältnisses nicht eintritt, da die Ausgangsstoffe in der Rotorkammer kaum verweilen. Nach der Einführung der Ausgangsstoffe in die Rotorkammer und nach der Verwirbelung erfolgt bereits das Ableiten des Fertigproduktes.
Es wird immer ein Fertigprodukt gleichbleibender Qualität und mit gleichen physikalischen Eigenschaften erhalten, was bei der Herstellung von Lacken, insbesondere Klarlacken, von wesentlicher Bedeutung ist.
Die Leistung einer Mischkammer --10-- mit einem Fassungsvermögen von 300 cm3 ermöglicht die Herstellung von 2 t Endprodukt/h. Soll jedoch die Menge des Endproduktes gesteigert werden, so können mehrere Dispergiervorrichtungen zu einer Produktionseinheit zusammengeschlossen werden.
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