DE902708C

DE902708C - Maschine zur Herstellung von feinstzerteilten Mischungen, Dispersionen oder Emulsionen

Info

Publication number: DE902708C
Application number: DESCH284A
Authority: DE
Inventors: Herbert V Felde; Ernst Walter Schneider
Original assignee: Supraton Deutsche GmbH
Current assignee: Supraton Deutsche GmbH
Priority date: 1949-11-01
Filing date: 1949-11-01
Publication date: 1954-07-26

Description

Maschine zur Herstellung von feinstzerteilten Mischungen, Dispersionen oder Emulsionen Die Erfindung gebt von Zerltleinerungsmaschinen vom Typ der sogenannten Kolloidmühlen aus, bei dienen das Gut erforderlichenfalls vorzerkleinert und anschließend in einer weiteren Stufe mit in einem innenverzahnten C ; ehäuse umlaufenden, verzahnten Rad feinstzerteilt wird.
Bei diesen Kolloidmühlen wurden Zahnteilung und das Verhältnis der Zahnbreiten von Läufer uud Gehäuse geregelt und sogar Ultraschallerzeuger in die Maschine eingebaut, um den Feinstzerteilungsgrad zu erhöhen. Diese bekannten. Einc richtungen erfordern jedoch einen erhöhten Betriebsaufwand und geben erfahrungsgemäß keine einheitliche feinstzerteilung.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die gröberen Teilchen einer längeren und wiederholten Einwirkung der Zerteiiungskräfte unterliegen müssen, um ihre Teilchengröße auf den gewünschten Mittelwert herabzusetzen. Es ist zwar in der Zerteilungstechnik bereits bekannt, das Gut mehrfach durch eine Zerkleinerungsmaschine hindurchzuschicken. Hierbei werden aber alle Teilchen, also unnötigerweise auch die Teilchen mit bereits vorgeschriebener Teilchengröße, nochmals behandelt, was Zeit und Energie kostet.
Demgegenüber ist die Maschine nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zu einer am Umfang des verzahnten Rades angeordneten ringförmigen Kammer, die ebenso wie der benachbarte Teil des Gehäuses auch mit radialer Verzahnung versehen ist, ein glatte wandiger Raum (Wälzkammer) angeordnet ist, so daß gröbere Teilchen so lange in den beiden Kammern umlaufen können, bis ihre Teilchen größe annähernd die Größe der feinsten austragfah'-igen Teilchen erreicht hat. Auf diese Weise wird das zu zerkleinemde Gut in einmaligem Durchlauf iin den endgültigen Zerteilungszustand gebracht, wobei die gröberen Teilchen im Innern der Feinstzertei lungsstufe einer vielfach häufigeren Behandlung als die feinsten Teilchen unterworfen werden, die alsbald nach Erriechen der gewünschten Teilchengröße die Apparatur verlassen. Hier--durch wird erreicht, daß die Teilchengröße nur innerhalb enger Grenzen schwankt.
Die Trennung von gröberen und feinsten Teilchen wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch gefördert, daß die Kammer am Umfang des Rades mit radial innen einmündendem Guteinlaß und mit in Verlängerung des axialen Arbeitsschlitzes liegendem Gutauslaß versehen ist.
Da der Strömungswiderstand der dispergierten Teilchen im Dispersionsmedium größenordnungsmäßig dem Haupt, spalt und damit dem Quadrat des Teilchendurchmessers (Kunelform vorausgesetzt) proportional ist, ihre bewegungsenergie aber mit der Masse und damit der dritten; Potenz des Teilchendurchmessers ansteigt, steigt die Bewegungsenergie mit wachsendem Durchmesser der Teilchen schneller als ihr Strömungswiderstand.
Daher werden gröbere Teilchen sich weniger in eine gekrümmte Bahn, als in Richtung auf den Gutauslaß hin ablenken lassen als feinere und feinste Teilchen, die der Austragsströmung folgen werden, während die gröberen Teilchen im Umbuf zwischen der Kammer am Umfang des Rades und der angrenzend, Wirbelkammer bleiben werden, bis auch sie in feinste Teilchen unterteilt sind.
Die stärkste Ablenkung der Austragsströmung und damit die stärkste Scheidung nach Größenklassen findet dann statt, wenn die Kammer am Umfang des Rades in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit einem axial angeordneten Arbeitsschlitz versehen ist. Eine ähnlich günstige Wirkung wird erreicht, wenn diese Kammer auf den Gutauslaß zu im Profil konisch verjüngt ist.
Die Wälzkammer enthält im Gegensatz zur Umfangskammer keine Zerkleinerungs'verkzeuge, wie Nocken, Schläger usw., sondern ist ganz im Gegenteil möglichst strömungsgünstig ausgestaltet, um den Teilchenumlauf zu verbessern. Tatsächlich kann man beobachten, daß nach kurzer Betriebszeit die Wandflächen der Wälzkamrner glatt und wie poliert aussehen, was auf eine intensive Umlaufbewegung des Gutes schließen läßt. Die Teilchenzerteilung findet aber nicht nur im inneren Bereich der Umfangskammer, sondern auch besonders wirkungsvoll in der Grenzone statt, in der das Gut von den Seitenkanten der Rotorzähne wie von einem Flügelrührer in eine axial auf und ab gehende Bewegung versetzt und gleichzeitig zerbrochen u-nd zerhackt wird. im Sinne der Erfindung liegt es fernerhin, die rotierenden Nuten düsenförmig auszubilden, so daß das durch die Düsen strömende Gut rhythmilsch mit schnellem Wechsel und hoher Geschwindigkeit in das Statorkammersystem geblasen wird. An Stelle der Statorkammern können auch Membranen im Stator ruhend angeordnet sien.
Die teilchenosortierung in der Feinstzerteilungseinrichtung wird dadurch verbessert, daß in weiterer Ausbildung der Erfindung der Guteinlaß zu der Umfangskammer als Homognisierspalt für das zerkleinerte Gut ausgebildet ist. Homogenisierspalte als solche sind bei Zerteilungsmaschinen, insbesondere bei Emulgatoren, bereits bekannt. Bei der Erfindung wird feiner die bisher unbeachtete Wirkung eines Homogenisierspaltes ausgenutzt, die Strömung des Gutes zu glätten, so idaß das obenerwähnte verstärkte Behrrungsvermögen der gröberen Teilchen sich durchweg in Strahl. richtung und damit im Sinne der Umlaufbewegung auswirkt. Diese Wirkung wird noch dadurch wesentlich erhöht, daß sich der Homogenisierspalt radial weit außen befindet und daher trotz geringer Höhe eine sehr große Leitfläche aufweist.
Der grundsätzliche Erfindungsgedanke der wiederholten Bearbeitung vor allem gröberer Teilchen läßt sich auch in der Vorzerkleinerungsstufe der Maschine anwenden, indem gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung im Zuführungsweg des vorzerkleinerten Gutes ein weiterer Raum ohne Zerkleirerungswerkzeuge (zweite Wirbelkammer) angeordnet ist, in dem grobe Teilchen so lange aufgehalten bzw. zurückbefördert werden, bis ihre Teilchengröße annähernd die Größe der feinsten vorzerkleinerten Teilchen erreicht hat. Diese Wirbelkammer verringert also die Sortier- rund weiterhin die Zerteilungsarbeit der Feinstzerteilungsvorrichtung und wirkt gleichzeitig ausgleichend- auf den Gutdurchszatz, insbesondere im Falle unregelmäßiger Gutaufgabe oder ungLeichartigen Gutes.
Im Sinne der Erfindung liegt es auch, zwecks weiterer Entlastung der Fleinstzerteilungsvorrichtung zwischen Homogenisierspalt und zweit.er Wirbelkammer eine zusätzliche Vorzerkleinerungsvorrichtung an sich bekannter Art, beispielsweise vom Typ der Zahnkranzmüh'len, anzuordnen. Eine besondere Ausf2hrungsform einer solchen Vorzerkleinerungsvorrichtung besteht aus einer Mehrzahl von Schernockensätzen, die in konzentrischer Aufeinanderfolge abwechselnd am Rotor und Stator angeordnet sind. In einer solchen Vorrichtung unterliegt das Zerkleinerungsgut einer Vielzahl verschiedener mechanischer Einflüsse: Durch die Zentrifugalkraft wird es zunächst radial auswärts bewegt und prallt dabei auf die Stirnkanten der Statorzähne auf. Gleichzeitig wird es durch die Rotorzähne tangential verschoben, so daß es in den Scherbereich der Nocken gerät und wie in einer Häckselmaschine zerkleinert wird. Gleichzeitig wird es in den Zahnzwischenräumen herumgewirbelt und zum Teil durch Aufpralen der Teilchen aufeinander zertrümmert.
Diese Wirkungen werden gefördert, wenn die Nockensätze in einem von der axialen Einfüllöffnung zum Homogenisierspalt am Rande des Rades sich verjüngenden Raum angeordnet sind und wenn fernerhin die Anzahl der zu einem Satz gehörenden Nocken radial nach außen zunimmt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen von Feinstzertei. lungsmasch, inen flach der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. I einen Längsschmtt durch einen Teil einer Ausführungsform, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor längs der Linie A-B der Fig. mit Schnitt durch den Statorrang, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweitens Ausführungsform, Fig. 4 einen Teilquerschnitt längs der Linie C-D der Fig. 3, Fig. 5 einen Teilquerschnitt längs der Linie E-F der Fig. 3, Fig. 6 eine Teildraufsqcht auf den Rotor längs der Linie G-H der Fig. 3 mit Schnitt durch den Statorrand.
Beide Ausführungsformen der Feinstzerteilungsvorrichtung haben den allgemeinen Aufbau einer Kolloidmühle, bei der ein motorbetriebener Rotor I in einem Gehäuse 2 (Stator) umläuft. Zur Gutzuführung dient der axial angeordnete Einfülltrichter 3.
Bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. I und 2 sind am Rotor I drei konzentrische, durch ringförmige Lücken voneinander getrennte Sätze von Schernocken 4 angeordnet. Am Stator 2 sind entsprechende Schernockensätze 5 derart angeordnet, daß sie in die Lücken der Rotornockensätze 4 eingreifen. Die Anzahl der Nocken in den einzelnen Sätzen nimmt in Richtung von innen nach außen hin zu, während andererseits das Profil des mit den Nockensätzen besetzten Arbeitsraumes sich in gleicher Richtung verjüngt. Der Arbeitsraum setzt sich in einem schmalen Spalt 6 fort.
Bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. 3 bis 6 sind im Stator 2 im Querschnitt halbkreisförmige Räume 11 ausgespart und im Rotor I entsprechende, im Querschnitt halbkreisförmige Räume I2 (Wirbelkammern). Den Wirbelkammern folgt der Abscheiderkanal I3, der in den schmalen Spalt 6 einmündet.
Bei beiden Ausführungsformen schließt sich an den Spalt 6, der als Homogenisier-und Leitspalt im obenerwähnten Sinne wirkt, dieFeinstzerteilungsvorrichtung in Form einer Kammer an, die in ihrem unteren, vorstehend als Umfangskammer bezeichneten Teil mit zwei koaxialen Zahnkranzsätzen besetzt ist, von denen der eine Satz 7 am Rotor und der andere Satz 8 am Stator angeordnet ist, während der obere, vorstehend als Wälzkammer bezeichnete Teil 9 keine Zahnung aufweist. Der Boden der Umfangskammer ist im Profil doppelkonisch ausgebildet und trägt an seiner tiefsten Stelle (Kegelspitze) den axialen Austragspalt 10. der gleichzeitig ebenfalls als Homogenisierspalt wirkt.
Die Wirkungsweise dieser Maschine ist folgende: Das bei umlaufendem Motor in den Einfülltrichter 3 geschüttete Gut gerät unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. I und 2 in den Bereich der Schernockensätze 4 und 5, in denen es in obenbeschriebener Weise mit zunehmender Teilchenfeinheit zerrissen, zerhackt, zerrieben und zerstoßen wird. Die keilförmige Ausgestaltung des Arbeitsraumes bewirkt dabei eine Grdhsortierung nach Teilchengrößen, so daß nur feinzerteiltes Gut in den Leit-und Homogenisierspalt 6 gelangen und in ihm weitergefördert werden kann.
Bei der Ausführungsform einer Kolloidmühle nach Fig. 3 bis 6 wird das Gut ebenfalls unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft den Wirbelkammern II, 12 zugeführt und in diesen vorzerkleinert, bis es größenmäßig den Abscheiderkanal I3 passieren kann, durch den es dem Leit- und Homogenisierspalt 6 zugeführt wird.
Die Betriebsbedingungen der Maschine können so gewählt werden, daß die in den Kammern der Feinstzerteilungsvorrichtung auftretenden Erscheinungen, insbesondere die Praliwirkung der Gutteilchen aufeinander, mit Ultraschallfrequenz vor sich gehen.
Das ist aber etwas anderes als die Einführung von Ultraschall durch besondere Ultraschallschwinger bei der eingangs erwähnten bekannten Kolloidmühle.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : I. Maschine zur Herstellung von feinstzerteilten Mischungen, Dispersionen oder Emulsionen, in der das Gut zunächst vorzelikleinert und in einer weiteren Stufe am Rand eines im innenverzahnten Mühlengehäuse umlaufenden, ebenfalls verzahnten Rades feinstzerteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zur zweiten Mahlstufe (Umfangskammer 7, 8) ein nicht verzahnter, glattwandiger Raum (Wälzkammer g) angeordnet ist, so daß gröbere Teilchen so lange in den beiden Kammern umlaufen können, bis ihre Teilchengröße annähernd die Größe der feinsten austragfähigen Teilchen erreicht hat.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskammer (7, 8) mit radial innen einmündendem Guteinlaß und mit in Verlängerung des axialen Arbeitsschlitzes beginnendem Gutauslaß (IO) versehen ist.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskammer (7, 8) auf den Gutauslaß (IO) zu konisch verjüngt ist.
4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Guteirllaß zur Feinstzerkleinerungsstufe düsenförmig ausgebildet ist.
5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im innenverzahnten Gehäuse (Stator 2) Membranen angeordnet sind.
6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Guteinlaß als Homogenisierspalt (6) für das vorzerkleinerte Gut ausgebildet ist.
7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführungsweg des vorzerkleinerten Gutes ein weiterer Raum ohne Zerkleinerungszähne (zweite Wirbelkammer I I, I2) angeordnet ist.
8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Homogenisierspalt (6) und zweiter Wirbelkammer (II, I2) eine zusätzliche Vorzerkleinerungsvorrichtung an sich bekannter Art angeordnet ist.
9. Maschine nach den Ansprüchen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzerkleinerungsvorrichtung aus einer Mehrzahl von Schernockensätzen (4, 5) besteht, die in konzentrischer Aufeinanderfolge abwechselnd am Rotor (1) und Stator (2) angeordnet sind.
Io. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockensätze (4, 5) in einem von der axialen Einfüllöffnung (3) zum Homogenisierspalt (6) am Rand sich verjüngenden Raum angeordnet sind.
11. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zu einem Satz gehörenden Nocken radial nach außen zunimmt.

Angezogene Druckschriften : Deutsche Patentschriften Nr. 426 752, 709 704, 682 490.