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Zerkleinerungs-, Rühr- und Mischvorrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf eineZerkleinerungs-, Rühr- und Mischvorrichtung, insbesondere zum Aufteilen
und Zerschneiden von stückigen, körnigen oder faserigen Stoffen, die einen mit pumpenden,
eine zentrale Saugkammer umgebenden Stegen versehenen Rotor aufweist, der in einem
mit im wesentlichen radialen Durchbrüchen versehenen Gehäuse umläuft.
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In bekannten Vorrichtungen dieser Art können manche Stoffe wegen
ihrer besonderen Eigenschaften, wie Zähigkeit, Thixotropie usw., nicht zufriedenstellend
intensiv oder nicht wirtschaftlich bearbeitet werden.
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Beispielsweise ist ein Kreiselmischer bekanntgeworden mit einem im
Behandlungsbehälter fest angeordneten ringscheibenförmigen Träger für einen in den
Mischgutstrom eingeschalteten, käfig- bzw. topfförmig den mit Schleuderschaufeln
besetzten Mischkreisel konzentrisch umgebenden Widerstands-Elementenkranz, wobei
der Mischkreisel als normaler Schleuderpumpenläufer mit zwei den Schaufelbereich
auf beiden Stirnseiten begrenzenden Deckringen und Verbindungsspeichen zur Läufernabe
ausgebildet ist.
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Dieser bekannteKreiselmischer übt jedoch durch seine Schleuderschaufeln
und die mit ihnen zusammenarbeitenden, als Prallschaufeln ausgebildeten Widerstandselemente
auf die zu behandelnden Stoffe nur eine Prallwirkung aus, nicht dagegen eine schneidende
und scherende Wirkung, wie sie insbesondere zur wirksamen Bearbeitung faseriger
Stoffe unbedingt erforderlich ist.
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Bei einem anderen bekannten, in Standbehälter einsetzbaren Rühr-
und Mischgerät, dessen Welle durch einen rohrförmigen Halter hindurchgeht, trägt
die Rührwerkwelle auf ihrem aus dem rohrförmigen Halter herausragenden Ende ein
Mischwerkzeug, das nach Art einer Fräserscheibe ausgebildet ist, deren Zähne zwischen
Kammkörpern durchlaufen. Die Zähne dieses Rühr- und Mischgerätes arbeiten zwar mit
denKammkörpern scherend zusammen; da jedoch die am rohrförmigen Halter befestigten,
frei stehenden Kammkörper voneinander durch nach außen offene Zwischenräume getrennt
sind, können die zu bearbeitenden Stoffe größtenteils durch die offenen Zwischenräume
unbearbeitet hindurchströmen. Außerdem läßt die als Nabe dienende zentrale Scheibe
des Mischwerkzeuges keine zentrale Ansaugung der zu behandelnden Stoffe zu, was
zu einer unvollständigen Füllung der Zwischenräume zwischen den Zähnen und zu einer
verminderten Radialbeschleunigung der Stoffe führt.
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Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile beseitigt.
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Sie geht von einer Zerkleinerungs-, Rühr- und Mischvorrichtung aus,
die einen mit pumpenden, eine zentrale Saugkammer umgebenden Stegen versehenen Rotor
aufweist, der in einem mit im wesentlichen radialen Durchbrüchen versehenen Gehäuse
umläuft; dabei weisen erfindungsgemäß die Stege des Rotors an ihren äußeren Enden
in Drehrichtung weisende, messerartige Anschärfungen auf, die mit den Innenkanten
der Gehäusedurchbrüche schneidend, scherend und prallend zusammenwirken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sitzen die
messerartigen Anschärfungen an Vorsprüngen der Rotorstege; dabei können die Vorsprünge
an den Rotorstegen beweglich angebracht, insbesondere als Fliehkörper ausgebildet
sein, so daß sie durch die Zentrifugalkraft an die periphere Gehäusewandung angedrückt
werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen. In diesen ist der Erfindungsgegenstand an einigen
Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 bis 11 Varianten zu
Fig. 2 und Fig. 12 bis 16 Axialschnitte durch weitere Ausführungsformen.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist am unteren
Ende der durch einen nicht gezeigten Motor im Sinne des Pfeiles angetriebenen Welle
1 ein Rotor 2 drehsteif befestigt, der mit pumpenden, eine zentrale Saugkammer 6
umgebenden Stegen 3 versehen ist. Der Rotor ist von einem mit im wesentlichen radialen
Durchbrüchen 7 versehenen Gehäuse 4 umgeben, welches je nach der Umrißform der Rotorstege
3 zylindrischen, konischen oder an seiner Peripherie abgerundeten Querschnitt haben
kann. Dieses Gehäuse 4 ist zum Rotor 2 konzentrisch oder annähernd konzentrisch
angeordnet, so daß wenigstens ein Teil der Rotorstege 3 an der peripheren Innenwandung
des Gehäuse 4 endet. Das Gehäuse 4 ist vorzugsweise stillstehend, z. B. durch ein
Rohr 5, durch Stäbe oder andere bekannte Mittel so befestigt, daß die Rotorstege
3 innerhalb des Gehäuses 4 wie die Flügel einer Zentrifugalpumpe arbeiten, wenn
die Vorrichtung in einem pumpfähigen Stoff oder Stoffgemisch durch Antreiben der
Welle 1 in Betrieb gesetzt wird.
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Die Rotorstege 3 erstreckten sich, wie bereits erwähnt, bis zur peripheren
Innenwandung des Gehäuses 4, lassen jedoch um die Achse der Vorrichtung herum eine
zentrale Saugkammer 6 frei, durch die der zu bearbeitende Stoff unbehindert angesaugt
werden kann. Die zentrale Saugkammer kann eine beliebige Form aufweisen. Die Rotorstege
3 verlaufen in Richtung von der Achse zur Peripherie vorzugsweise radial, um eine
möglichst hohe radiale und tangentiale Beschleunigung des Stoffes während seiner
Bearbeitung zu sichern. Ebenso könnten aber die Rotorstege 3 oder auch nur ihre
pumpenden Flanken von der radialen Richtung abweichen, indem sie in oder entgegengesetzt
zur Drehrichtung geneigt oder abgebogen sind, wenn die besondere Struktur des zu
bearbeitenden Stoffes dieses erfordert.
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Die Rotorstege 3 sind an ihren äußeren Enden mit in Drehrichtung
weisenden, messerartigen Anschärfungen 63 versehen, die mit den Innenkanten der
Gehäusedurchbrüche 7 schneidend, scherend und prallend zusammenwirken. Diese messerartigen
Anschärfungen 63 können auch - wie in den Fig. 7 und 9 gezeigt - an Vorsprüngen
der Rotorstege 3 sitzen. Ferner können die messerartig angeschärften Vorsprünge
an den Rotorstegen 3 beweglich angebracht, z. B. gemäß Fig. 11 in Form von Kreisringsegmenten
22 angelenkt sein; sie können jedoch auch - wie in Fig. 10 dargestellt - als Fliehkörper
20 ausgebildet sein, so daß sie durch die Zentrifugalkraft an die periphere Gehäusewandung
angedrückt werden. Die in Umfangsrichtung verlaufenden peripheren Flächen der in
Fig. 11 gezeigten Kreisringsegmente22 sind mit radialen Bohrungen 23 versehen; statt
dessen könnten sie auch andere Unebenheiten aufweisen, z. B. gerauht, gerillt oder
gezahnt sein. Die Bohrungen 23 arbeiten mit den Gehäusedurchbrüchen 7 ebenso schneidend
und scherend zusammen wie die messerartigen Anschärfungen 63. So wie die in Umfangsrichtung
verlaufenden peripheren Flächen der
messerartig angeschärften Vorsprünge kann auch
die mit ihnen zusammenarbeitende periphere Gehäuseinnenwandung Unebenheiten aufweisen.
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Die Gehäusedurchbrüche 7 in Form von Schlitzen, Bohrungen oder anderen
Durchbrechungen können, wie aus den Fig. 2 bis 11 hervorgeht, je nach dem zu bearbeitenden
Stoff oder Stoffgemisch verschiedene lichte Weiten aufweisen; im Bedarfsfalle kann
ihre Feinheit bis zu der eines Haarsiebes gehen.
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Die Rotorstege 3 laufen bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
zwischen einer oberen Ringscheibe 9 und einer unteren Ringscheibe 10 des Gehäuses
4. Es hat sich für viele Fälle als vorteilhaft herausgestellt, den axialen Abstand
dieser Ringscheiben 9, 10 nach der Peripherie hin abnehmen zu lassen, so daß also
die Höhe des von den Ringscheiben begrenzten Kanals nach der Peripherie hin ebenfalls
abnimmt, wie dies im linken Teil der Fig. 1 punktiert angedeutet ist. Dementsprechend
werden dann auch die Rotorstege 3 der konischen Innenform des Gehäuses 4 angepaßt.
Dabei wird vorteilhaft so vorgegangen, daß das Produkt aus peripherer Dicke und
axialer Höhe der Rotorstege 3 an jeder Stelle bis zu den peripheren Enden hin ungefähr
gleichbleibt; je nach dem zu behandelnden Stoff kann dieses Produkt etwas nach oben
oder nach unten abweichen.
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Wenn z. B. die Rotorstege 3 an dem der zentralen Saugkammer 6 zugewandten
Ende 1,0 cm dick und 5,0 cm hoch sind, so sollte dementsprechend in der Nähe der
Peripherie der Rotorstege 3, wenn diese dort 10,0 cm hoch sind, ihre Dicke nur 0,5
cm betragen. Diese Maßnahme weist den Vorteil auf, daß die zwischen den einzelnen
Rotorstegen 3 befindlichen, den geförderten Stoff enthaltenden Kanäle überall gleich
gut gefüllt sind, was bei gleichbleibender axialer Höhe und peripherer Dicke der
Rotorstege 3 nicht der Fall ist.
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Die Welle 1 kann auch nach unten gerichtet sein.
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Ebenso können die Welle 1 und das Gehäuse 4 durch bekannte Mittel
relativ zueinander entgegengesetzt angetrieben werden.
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Die Welle 1 kann im Rohr 5 selbst oder außerhalb des Behälters 11,
in den die Vorrichtung hineinragt, z. B. an dem nicht dargestellten Antrieb der
Vorrichtung, oder an der Behälterwandung gelagert sein. Die Antriebswelle 1 hat
dann, soweit sie mit dem zu behandelnden Stoff in Berührung kommt, keine Lagerung,
so daß kein Lagerabrieb, Dichtungsmaterial oder Schmierstoff mit dem zu behandelnden
Stoff in Berührung kommt. Die Welle 1 kann jedoch auch an zwei Stellen gelagert
sein, z. B. oben und unten, wobei sie durch den Rotor 2 hindurch bis zum Behälterboden
verlängert und dort in einem Lager geführt sein kann.
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Um bei einer eventuellen Verbiegung des freien Wellenendes eine unerwünschte
starke Reibung zwischen Rotor 2 und Gehäuse 4 zu verhindern, kann in der Nähe des
Rotors 2 ein Auffangring 12 angeordnet werden, der den radialen Ausschlag der Welle
1 abfängt, ehe derselbe zu einer unerwünschten Reibung zwischen Rotor 2 und Gehäuse
4 führt. So wird für eine unvorhergesehene Biegungsbeanspruchung des fliegenden
Wellenendes eine vorübergehende Notlagerung geschaffen, die nach Wegfall der Wellendurchbiegung
wieder außer Funktion tritt. Der Auffangring 12 kann z. B. aus einem sehr widerstandsfesten
und chemisch beständigen Kunststoff oder auch aus Metall mit geringem Reibungsbeiwert
bestehen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind am Einlaß zur zentralen
Saugkammer 6 messerartige Verlängerungen 13, 14 vorgesehen, die am Rotor 2 bzw.
am Gehäuse 4 befestigt sind und wie die Klingen einer Schere zusammenarbeiten, so
daß der zentralen Saugkammer 6 zuströmende grobe Bestandteile des zu behandelnden
Stoffes zerschert und zerkleinert werden, ehe sie zu einer Verstopfung der zentralen
Saugkammer führen können. Ähnliche Verlängerungen 15, 16 können vor die zentrale
Saugkammer 6 und in die Umgebung der Einlaßöffnung ragen und der Vorzerkleinerung
klumpiger Anteile des zu behandelnden Stoffes dienen.
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Wenn Stoffgemische mit sehr verschieden schweren Phasen verarbeitet
werden, können für den direkten Eintritt der leichteren Phase, die im allgemeinen
obenauf schwimmt, obere Einlaßöffnungen 17 in das Gehäuse 4 führen, durch welche
die leichte Phase von oben angesaugt und mit der von unten durch die zentrale Saugkammer
6 angesaugten schweren Phase schon innerhalb der Vorrichtung gemischt wird, worauf
die Mischung verarbeitet wird.
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In Fig. 2 sind die Rotorstege für größere statische Beanspruchung
ausgebildet und nach der Peripherie hin in Drehrichtung gegenüber dem Radius geneigt.
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In Fig. 3 ist die den Einlaß zur Saugkammer 6 umgebende Ringscheibe
10 mit radial verlaufenden Zähnen 19 versehen, wobei diese und die zwischen ihnen
befindlichen Zahnlücken 18 im wesentlichen rechteckige Form aufweisen; sie könnten
jedoch - wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt - auch von anderer Form sein.
Diese Zähne 19 dienen ebenfalls zur Vorzerkleinerung stückiger oder klumpiger Anteile
des zu behandelnden Stoffes.
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In Fig. 5 ist der innere Rand der Ringscheibe 10 sägezahnförmig ausgebildet.
Mindestens ein Teil der Rotorstege 3 ist in Fig. 9 so ausgebildet, daß die pumpenden
Flanken von der zentralen Saugkammer6 nach der Peripherie hin zunehmend entgegen
der Drehrichtung abgebogen sind, um die Radialkomponente der Beschleunigung und
den peripheren Druck des Stoffes gegen die Gehäusedurchbrüche 7 zu steigern.
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Fig. 7 zeigt die Ringscheibe 10 mit axialen Durchbrechungen 25, und
Fig. 6 zeigt die Ringscheibe 10 mit radialen, scherenden Vorsprüngen26, an denen
der durch die Rotorstege 3 gepumpte Stoff zerschert wird. Die Rotorstege 3 können
nach diesem Beispiel mit ebensolchen oder ähnlichen Vorsprüngen versehen werden.
In Fig. 7 sind die Rotorstege 3 gegenüber dem Radius in der Drehrichtung nach vorn
geneigt und tragen an ihren peripheren Enden Vorsprünge mit den messerartigen Anschärfungen
63, die nötigenfalls gezahnt sind.
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In Fig. 8 sind die Rotorstege 3 vom Radius in der Drehrichtung vorgebogen,
d. h. in peripherer Richtung gewölbt. Die messerartigen Anschärfungen 63 befinden
sich unmittelbar am peripheren Ende der Hohlwölbung.
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In Fig. 9 sind die Rotorstege 3 vom Radius entgegengesetzt zur Drehrichtung
zurückgebogen und tragen an ihren peripheren Enden Vorsprünge mit messerartigen
Anschärfungen 63.
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In Fig. 10 sind an den peripheren Enden der Rotorstege 3, die hinter
dem Radius zurückbleibend geneigt sind, mit messerartigen Anschärfungen 63 versehene,
als Fliehkörper 20 ausgebildete Vorsprünge mittels eines Langlochscharniers 21 radial
frei
beweglich angebracht, so daß sie im Betrieb durch die Zentrifugalkraft gegen die
periphere Innenwandung des Gehäuses 4 gepreßt werden und mit ihr scherend und reibend
zusammenwirken.
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In Fig. 11 sind an die peripheren Enden der Rotorstege 3 vorauseilende,
mit messerartigen Anschärfungen 63 versehene Vorsprünge 22 angelenkt, welche mit
der peripheren Innenwandung des Gehäuses 4 scherend und reibend zusammenarbeiten.
Außerdem weisen die Vorsprünge 22 radiale Durchbrechungen 23 auf, durch welche der
Stoff von der zentralen Saugkammer 6 her in den Spalt zwischen dem Vorsprung 22
und der peripheren Innenwandung des Gehäuses4 gelangt und dort zerschert und zerrieben
wird.
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Durch diese Anlenkung des Vorsprunges 22 an den Rotorsteg 3 füllt
sich der von den beiden gebildete Winkel 24 mit Stoff, den der Vorsprung 22 mit
erhöhtem Zentrifugaldruck gegen die periphere Innenwandung des Gehäuses 4 preßt.
Der Vorsprung 22 kann auch das ganze Segment der peripheren Gehäusewandung zwischen
zwei hintereinanderfolgenden Rotorstegen 3 ausfüllen. Die Vorsprünge 22 könnten
auch noch mit Unebenheiten, z. B. Rillen, versehen sein, die mit ebensolchen Unebenheiten
an der Gehäuseinnenwandung scherend und reibend zusammen wirken.
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Fig. 12 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei dem die Rotorstege 3, 300 beiderseits einer mittigen Trägerscheibe
31 angeordnet sind. Die Trägerscheibe 31 ist axial durchbrochen und mittels Speichen
32 an derRotornabe befestigt. Den unteren axialenAbschluß des Gehäuses 4 bildet
die RingscheibelO, die den zentralen unteren Einlaß für den Stoff in die untere
zentrale Saugkammer 6 umschließt. Die unteren Rotorstege 3 tragen messerartige koaxiale
Verlängerungen 33, welche mit am Innenrand der Ringscheibe 10 vorgesehenen radialen
Vorsprüngen 34 und/oder mit koaxialen Verlängerungen 35 scherend zusammen arbeiten;
diese scherende Zusammenarbeit ist besonders intensiv, wenn Rotor und Gehäuse gegenläufig
rotieren. Das Gehäuse4 ist um die Hohlwelle5 herum mit axialen Durchbrechungen 36
versehen, durch welche der Stoff in die obere zentrale Saugkammer 600 eingesaugt
wird, von wo er axial durch die Durchbrechungen 32 der Trägerscheibe 31 auch in
die untere zentrale Saugkammer 6 gelangt und sich dabei mit dem von unten angesaugten
Stoff roh vermischt. Die Hohlwelle 5 kann ebenfalls Einlaßöffnungen 37 aufweisen,
die in das Gehäuse 4 führen.
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Durch punktierte Linien ist in Fig. 12 ein Beispiel eines peripheren
Kollektorgehäuses 38 dargestellt.
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Dasselbe kann den aus dem Gehäuse 4 der Vorrichtung austretenden Stoff
auffangen und durch einen rohrförmigen Auslaß 39 abführen; auf diese Weise kann
die Vorrichtung, wenn sie von oben kontinuierlich nachgefüllt wird, unten kontinuierlich
ausstoßen.
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Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel, an welchem ein Zuführungsrohr
27 angebracht ist, durch welches eine vollkommene Füllung der zentralen Saugkammer6
auch bei größeren Niveauunterschieden erreicht wird. In das an der unteren Stirnseite
des Gehäuses 4 befestigte Zuführungsrohr 27 ist eine aus dem Schraubenflügelrad
28 und den Leitschaufeln 29 bestehende Axialpumpe eingebaut. Der Antrieb der Axialpumpe
erfolgt durch die Verlängerung 30 der Welle 1.
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Fig. 14 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel, gemäß welchem
die Vorrichtung in einen Be-Behälter40, z. B. für Haushaltszwecke oder auch für
die gewerbliche Produktion, eingebaut ist. Die Welle 1 trägt an ihrem oberen Ende
den scheibenförmigen Rotor 41 mit den Rotorstegen 3, welche an ihren inneren Enden
die zentrale Saugkammer 6 frei lassen.
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Die Welle 1 wird durch eine nicht dargestellte Antriebsquelle im Sinne
des Pfeiles in Drehung versetzt, so daß der Rotor 41 mit den Rotorstegen 3 um die
zentrale Saugkammer 6 rotiert. Der Rotor 41 und die Rotorstege 3 sind von einem
stillstehenden konischen, nach oben offenen Gehäuse 4 umgeben, dessen Wandung radiale
Durchbrüche 42 aufweist. Die messerartig angeschärften Rotorstege 3 sind mit axialen,
je nach Bedarf geformten, schneidenden Verlängerungen 43 versehen, die mit ebensolchen,
auf dem konischen Gehäuse 4 sitzenden Verlängerungen 44 scherend zusammenarbeiten.
In dem ringförmigen Raum zwischen dem konischen Gehäuse 4 und dem Behälter 40 sind
Leitschaufeln 45 angebracht, die eine kreisende Strömung des Stoffes an der Behälterwandung
entlang abbremsen und den Stoff senkrecht nach oben ablenken, worauf dieser im Kreislauf
wieder in die zentrale Saugkammer 6 zurückströmt und erneut durch die Vorrichtung
getrieben wird.
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Fig. 15 zeigt eine in einen anderen Behälter 56 eingebaute Vorrichtung
gemäß der Erfindung. Hier greift ein an der Innenseite der peripheren Gehäusewandung
vorgesehener Ring 57 zwischen zwei beiderseits einer mittigen Trägerscheibe 60 angeordnete
Kränze von Rotorstegen 3. Die Trägerscheibe weist axiale Durchbrechungen 65 auf,
so daß sich der von der oberen zentralen Saugkammer76 kommende Stoff mit dem von
der unteren zentralen Saugkammer 77 kommenden Stoff schon innerhalb der Vorrichtung
mischen kann. Die radialen Gehäusedurchbrüche sind mit 58 und 59 bezeichnet.
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Das Beispiel gemäß Fig. 16 ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut, nur
reicht die Trägerscheibe 60 bis ungefähr zu den peripheren Enden der Rotorstege
3.
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Auch diese Vorrichtung weist am oberen und unteren Einlaß in das Gehäuse
4 und an den Rotorstegen 3 koaxiale, scherend zusammenarbeitende Vorsprünge 61,
62 auf, die eine Vorzerkleinerung grober oder stückiger Anteile des Stoffes besorgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt insofern eine wesentliche
Verbesserung bekannter Zerkleinerungs-, Rühr- und Mischvorrichtungen dar, als sie
die Vorteile der Rühr- und Mischgeräte mit einem nach Art einer Fräserscheibe ausgebildeten
Mischwerkzeug mit den Vorteilen derjenigen Mischgeräte vereinigt, die einen mit
pumpenden, eine zentrale Saugkammer umgebenden Stegen versehenen Rotor aufweisen.
Durch diese Kombination wird eine sehr intensive, schnelle und in allen gewünschten
Feinheitsstufen steuerbare Bearbeitung des Stoffes bzw.
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Stoffgemisches ermöglicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
wegen der in ihr gleichzeitig zur Wirkung gelangenden Schneid-, Scher- und Pralleffekt
auch eine besondere Überlegenheit in der spezifischen und quantitativen Leistung
gegenüber den bekannten, mit Schaufelrädern, Stabkäfigen usw. arbeitenden Vorrichtungen
auf.
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Sie kann den Erfordernissen entsprechend vielseitig abgewandelt und
auch in andere Vorrichtungen, in Behälter oder Durchlaufgehäuse, in und zwischen
Rohrleitungen, an ortsbewegliche Maschinen, Wasser-
und Landfahrzeugen od. dgl. an-
oder eingebaut werden und mit Zuleitungen für Zusatzstoffe aller Art und/oder mit
Auslässen zur Zwischenentnahme des Stoffes an allen zweckentsprechenden Stellen
versehen sein.