DE102019102583A1

DE102019102583A1 - Rotor für eine Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit und Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102019102583A1
Application number: DE102019102583.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Weber
Original assignee: Ystral GmbH Maschinenbau und Processtechnik
Current assignee: Ystral GmbH Maschinenbau und Processtechnik
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-08-06
Also published as: EP3887029B1; US20220370970A1; WO2020156805A1; JP2022522262A; EP3887029A1; JP7259047B2

Abstract

Bei einem Rotor (109) für eine einen mit dem Rotor (109) zusammenwirkenden Stator aufweisende Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit sind dass wenigstens einige Scherflügel (124) keilartig ausgebildet und mit einer Stirnseite (233) in Strömungsrichtung (239) angestellt. Dadurch ergibt sich bei einer effektiven Ablenkung an in Strömungsrichtung (239) vorne liegenden Seitenwänden (227) an den Stirnseiten (233) eine hohe Scherwirkung und eine verhältnismäßig geringe Gefahr des Ausbildens von Ablagerungen sowie Anhaftungen an den in Strömungsrichtung (239) hinten liegenden Seitenwänden (230).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit mit einem derartigen Rotor.
Ein derartiger Rotor und eine derartige Vorrichtung sind aus EP 3 069 786 A1 bekannt. Der vorbekannte Rotor verfügt als Trägerstruktur über eine Trägerscheibe, die mit einer zentrisch angeordneten Wellenaufnahme ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden, im Wesentlichen quaderförmige ausgebildeten Scherflügeln vorhanden, die an der Trägerscheibe angeformt sowie in einem radialen Abstand von der Wellenaufnahme angeordnet sind und sich in axialer Richtung von der Trägerscheibe weg erstrecken. Die Scherflügel weisen zwei sich in Richtung eines Mittenbereich erstreckende Seitenwände auf. Die Scherflügel dienen zum Erzeugen von hohen Scherkräften, um das Mischen zu fördern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs genannten Art und eine mit einem derartigen Rotor ausgestattete Vorrichtung mit einem besonders effizienten Mischverhalten anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Rotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Dadurch, dass bei den keilartig ausgebildeten Scherflügeln die Seitenwände spitzwinklig zueinander ausgerichtet sind sowie in Richtung der Wellenaufnahme aufeinander zu laufen und dass die keilartigen Scherflügel in dem Sinn von der Wellenaufnahme weg angestellt sind, dass bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Rotors die Stirnseiten dieser Scherflügel in Strömungsrichtung vorne liegen, ergibt sich zum einen für ein gutes Mischverhalten an den keilartigen Scherflügeln radial innenseitig ein ausgeprägter Scherbereich, der insbesondere als scharfe Stirnkante ausgebildet ist, und zum anderen für einen möglichst störungsfreien Dauerbetrieb eine störenden Ablagerungen oder Anhaftungen vermeidende oder zumindest verringernde Hinterströmung der in Strömungsrichtung hinten liegenden Seitenwand.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.
Es zeigen:

1 in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß der Erfindung,
2 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß der Erfindung,
3 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel des Rotors gemäß 2,
4 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß der Erfindung und
5 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß der Erfindung.

1 zeigt in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit gemäß der Erfindung. Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist mit einem Prozesskammergehäuse 103 ausgestattet, in dem ein gegenüber dem Prozesskammergehäuse 103 feststehender Stator 106 und ein gegenüber dem Stator 106 drehbarer Rotor 109 angeordnet ist.
Der Stator 106 weist eine umfänglich geschlossene, zylinderartig ausgebildete Ringwand 112 auf, die mit Mischungsdurchtrittsausnehmungen 115 ausgebildet ist.
Der Rotor 109 ist über eine im Bereich einer mittig liegenden Wellenaufnahme 117 angeordnete Rotorbefestigungsschraube 118 mit einer motorisch antreibbaren Antriebswelle 121 verbunden. Der Rotor 109 verfügt über eine Anzahl von radial innenseitig liegenden Scherflügeln 124 und über eine Anzahl von radial außenseitig liegenden Außenflügeln 127, die sich jeweils in etwa in axialer Richtung erstrecken und zwischen denen ein Ringwandaufnahmespalt 130 ausgebildet ist, in dem bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Stators 106 und des Rotors 109 die Ringwand 112 eingefügt ist.
Weiterhin lässt sich 1 entnehmen, dass die Antriebswelle 121 abschnittsweise von einer Flüssigkeitszufuhrkammergehäuse 133 umgeben ist, das an das Prozesskammergehäuse 103 dicht angeflanscht und mit einem radial ausgerichteten Flüssigkeitszufuhrstutzen 136 ausgebildet ist. Bei Anschluss des Flüssigkeitszufuhrstutzen 136 an eine in 1 nicht dargestellte Flüssigkeitszufuhrleitung ist Flüssigkeit auf der den Scherflügeln 124 abgewandte Seite in das Prozesskammergehäuse 103 einspeisbar.
Auf der dem Flüssigkeitszufuhrkammergehäuse 133 abgewandten Seite ist an das Prozesskammergehäuse 103 ein Prozesskammerdeckel 139 angeflanscht, der mit einem axial ausgerichteten Pulverzufuhrstutzen 142 ausgebildet ist. Bei Anschluss des Pulverzufuhrstutzens 142 an eine in 1 nicht dargestellte Pulverzufuhrleitung ist auf der den Scherflügeln 124 zugewandten Seite dem Prozesskammergehäuse 103 Pulver zuführbar.
Das Prozesskammergehäuse 103 wiederum ist mit einem radial ausgerichteten Gemischauslassstutzen 145 ausgebildet, über den die in dem Prozesskammergehäuse 103 unter Zusammenwirken des Stators 106 und des Rotors 109 ausgebildete Mischung von Pulver und Flüssigkeit über eine in 1 nicht dargestellte Mischungsabführleitung abführbar ist.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung, der bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und dabei insbesondere bei einem dementsprechenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 einsetzbar ist. Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung verfügt neben den bereits im Zusammenhang mit 1 erläuterten Elementen als Trägerstruktur über eine im Wesentlichen kreisförmige Trägerscheibe 203, in deren Mittenbereich die Rotorbefestigungsschraube 118 angeordnet ist und an der radial außenseitig die Scherflügel 124 angeformt sind, die sich in einer axialen Richtung von der Trägerscheibe 203 weg erstrecken.
Die Trägerscheibe 203 ist an ihrer radialen Außenseite mit einer Anzahl von sich nach radial innen erstreckenden Flüssigkeitsaustrittsausnehmungen 206 versehen, die sich jeweils über gleiche Winkelabschnitte erstrecken und regelmäßig über den Umfang der Trägerscheibe 203 verteilt sind. Zwischen den Flüssigkeitsaustrittsausnehmungen 206 verbleiben Radialvorsprünge 209, die jeweils einem Außenflügel 127 gegenüberliegen.
Im Bereich der Radialvorsprünge 209 sind an die Trägerscheibe 203 auf der den Scherflügeln 124 gegenüberliegenden Seite sich in axialer Richtung erstreckende Verbindungsstege 212 angeformt, an deren von der Trägerscheibe 203 abgewandten Enden eine Außenflügelträgerplatte 215 angeformt ist. Die Außenflügelträgerplatte 215 hat die Gestalt eines Kreisrings und ist in einer gegenüber der Trägerscheibe 203 axial parallel versetzten Ebene angeordnet, so dass zwischen benachbarten Verbindungsstegen 212 jeweils ein Flüssigkeitsdurchtrittskanal 218 ausgebildet ist.
Die Außenflügelträgerplatte 215 trägt die Außenflügel 127, die im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind, sich mit ihren langen Seiten in radialer Richtung und sich in axialer Richtung von der Außenflügelträgerplatte 215 bis in die Ebene erstrecken, in der die von der Trägerscheibe 203 abgewandten Oberseiten 221 der Scherflügel 124 liegen.
Die Scherflügel 124 sind bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung jeweils in der Grundgestalt eines spitzwinklig dreiecksartigen Keiles ausgebildet, dessen Spitzenbereich nach radial innen weist. Eine nach radial außen weisende Abschlusswand 224 jedes keilartigen Scherflügels 124 ist dabei abgerundet mit einem dem Umfang der Trägerscheibe 203 entsprechenden Radius ausgebildet. Seitenwände 227, 230 jedes derartigen Scherflügels 124 sind plan ausgebildet und laufen spitzwinklig zu einer sich in axialer Richtung erstreckenden scharfen Stirn kante 233 als Stirnseite zusammen.
Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die keilartigen Scherflügel 124 gegenüber der radialen Richtung so angestellt, dass die Stirnkanten 233 bei einer durch einen durchgezogenen Pfeil 236 angedeuteten bestimmungsgemäßen Drehrichtung R des Rotors 109 in Bezug auf eine durch strichlinierte Pfeile 239 in einer Hauptkomponente angedeutete, der Drehrichtung R ergänzt um eine Radialkomponente gegenläufigen Strömungsrichtung F beim Mischen vorne liegt.
Dadurch ergibt sich eine effektive Hinterströmung der strömungsdynamisch auf der Leeseite, also auf der in Bezug auf eine Hauptströmungsrichtung rückseitigen Seite, liegenden hinteren Seitenwand 230 mit laminaren Anteilen und damit ein Verringern der Gefahr von störenden Ablagerungen und Anhaftungen an der hinteren Seitenwand 230.
Zum weiteren Verringern der Gefahr von störenden Ablagerungen und Anhaftungen an der hinteren Seitenwand 230 und für ein effektives Ablenken der Mischung von Pulver und Flüssigkeit beim Durchführen eines Mischvorgangs in Richtung der Ringwand 112 ist es zweckmäßig, dass die in Strömungsrichtung F vordere Seitenwand 227 in Bezug auf den durch die Stirnkante 233 laufenden Durchmesser flacher als die in Strömungsrichtung F hintere Seitenwand 230 ausgerichtet ist.
Zum weiteren Verbessern der Ablagerungsresistenz und Widerstandsfähigkeit gegen Anhaftungen ist der Übergang von der hinteren Seitenwand 230 zu der Trägerscheibe 203 in einem Übergangsbereich 242 abgerundet ausgebildet.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die keilartigen Scherflügel 124 zwischen den Verbindungsstegen 212 und damit in Umfangsrichtung zwischen den Außenflügeln 127 sowie in die Flüssigkeitsaustrittsausnehmungen 206 nach radial außen vorstehend über den Flüssigkeitsdurchtrittskanälen 218. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig hohe Pulvereinsaugrate durch die den Außenflügeln 127 in Drehrichtung R des Rotors 109 nachgeordnete Anordnung der keilartigen Scherflügel 124.
3 zeigt in einer Draufsicht das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung. Aus 3 ist ersichtlich, dass die keilartig ausgebildeten Scherflügel 124 mit der Stirnkante 233 in Drehrichtung R und zu der Strömungsrichtung F vorne liegend angestellt sind, so dass die in Strömungsrichtung F hinten liegenden Seitenwand 230 bezogen auf den durch eine strichpunktierte Linie 303 dargestellten Durchmesser D der Trägerscheibe 203 durch die Wellenaufnahme 117 und durch die Stirnkante 233 mit einem relativ großen Winkel α, beispielsweise in etwa rechtwinklig, ausgerichtet ist, während die in Strömungsrichtung F vordere Seitenwand 227 mit einem gegenüber dem Winkel α kleineren Winkel β schräg zu diesem Durchmesser D der Trägerscheibe 203 und damit flacher gegen die Strömungsrichtung F angestellt ist.
Dadurch ergibt sich an der vorderen Seitenwand 227 für die Mischung aus Pulver und Flüssigkeit eine effektive Ablenkung nach radial außen zum Durchtritt durch die Mischungsdurchtrittsausnehmungen 115 der Ringwand 112 des Stators 106 und damit ein sehr wirksames Mischverhalten, während die Strömung entlang der hinteren Seitenwand 230 nicht unerhebliche laminare Anteile aufweist, die Ablagerungen und Anhaftungen in diesem Bereich zu vermeiden oder zu reduzieren helfen.
4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung, wobei sich bei dem in 2 sowie 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung und bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und im Weiteren nicht nochmals näher erläutert sind. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung sind gegenüber dem in 2 sowie 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung die radial außenseitig vorgesehenen Flüssigkeitsaustrittsausnehmungen 206 nach radial innen soweit vertieft, dass in axialer Richtung ein direkter Flüssigkeitsdurchtrittsbereich 403 von der Seite der Antriebswelle 121 auf die andere Seite der als Trägerarme 406 ausgebildeten Trägerstruktur geschaffen ist.
Dadurch ergibt sich eine gegenüber dem anhand 2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung gesteigerter Flüssigkeitsdurchtrittsrate.
5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung, wobei sich bei den anhand 2, 3 sowie 4 erläuterten Ausführungsbeispielen von Rotoren 109 gemäß der Erfindung und bei dem anhand 5 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und im Weiteren nicht näher erläutert sind.
Das anhand 5 erläuterte Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung ist gegenüber dem anhand 4 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung dahingehend abgewandelt, dass die keilartigen Scherflügel 124 in radialer Richtung den Außenflügeln 127 direkt gegenüberliegen. Dadurch ist gegenüber dem anhand 4 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung bei dem anhand 5 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung die Scherwirkung erhöht.
Die anhand 2 bis 5 erläuterten Ausführungsbeispiele von Rotoren 109 gemäß der Erfindung weisen ein Verhältnis von keilartigen Scherflügeln 124 zu Außenflügeln 127 von 1:2 auf. Dies ergibt für viele Einsatzbedingungen eine gute Mischung von Pulver und Flüssigkeit. Es versteht sich jedoch, dass für bestimmte Einsatzbedingungen auch andere Verhältnisse von keilartigen Scherflügeln 124 zu Außenflügeln 127 vorgesehen sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3069786 A1 [0003]

Claims

Rotor für eine Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit mit einer Trägerstruktur (203, 406), die mit einer in einem Mittenbereich angeordneten Wellenaufnahme (117) ausgebildet ist, mit einer Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Scherflügeln (124), die an der Trägerstruktur (203, 406) angeformt sowie in einem radialen Abstand von der Wellenaufnahme (117) angeordnet sind und sich in axialer Richtung von der Trägerstruktur (203, 406) weg erstrecken, wobei Scherflügel (124) zwei sich jeweils Richtung des Mittenbereichs der Trägerstruktur (203, 406) erstreckende Seitenwände (227, 230) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Scherflügel (124) keilartig mit spitzwinklig zueinander ausgerichteten Seitenwänden (227, 230) ausgebildet sind, die nach radial innen aufeinander zu laufen, und dass die keilartigen Scherflügel (124) mit nach radial innen weisenden Stirnseiten (233) von der Wellenaufnahme (117) weg angestellt sind.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (227, 230) der keilartigen Scherflügel (124) zu einer in Richtung des Mittenbereichs weisenden Stirnkante (233) als Stirnseite aufeinander zu laufen.
Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei den keilartigen Scherflügel (124) die in einer Strömungsrichtung beim Mischen von Pulver und Flüssigkeit vordere Seitenwand (227) flacher als die in Strömungsrichtung hintere Seitenwand (230) ausgerichtet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einigen keilartigen Scherflügeln (124) der Übergangsbereich der hinteren Seitenwand (230) zu der Trägerstruktur (203, 406) abgerundet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (203, 406) im Bereich der keilartigen Scherflügel (124) nach radial innen einkragende Randausnehmungen (218) aufweist.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass keilartige Scherflügel (124) zwischen Randseiten der Randausnehmungen (218) angeordnet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an die Trägerstruktur (203, 406) auf der den keilartigen Scherflügeln (124) abgewandten Seite eine Anzahl von Verbindungsstegen (212) angeformt sind, dass an den der Trägerstruktur (203, 406) abgewandten Enden der Verbindungsstege (212) eine Außenflügelträgerplatte (215) angeformt ist, die sich in radialer Richtung über die Trägerstruktur (203, 406) erstreckt, und dass Außenflügel (127) vorhanden sind, die an der Außenflügelträgerplatte (215) angeformt sind.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (212) und die Außenflügel (127) in radialer Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsstege (212) und keilartige Scherflügel (124) in axialer Richtung ineinander übergehen.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (212) und die Außenflügel (127) in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind und dass Verbindungsstege (212) sowie keilartige Scherflügel (124) in axialer Richtung ineinander übergehen.
Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit mit einem mit einer Ringwand (212) ausgebildeten Stator (106) und mit einem Rotor (109) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die keilartigen Scherflügel (124) des Rotors (109) radial innenseitig der Ringwand (112) des Stators (106) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Pulver und Flüssigkeit auf verschiedenen Seiten der Trägerstruktur (203, 406) erfolgt.