[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolloidator zum Kolloidieren von fließfähigen
Materialien, mit einem Aufnahmebehälter, der im Kopfbereich zur Einführung der Materialien
geeignet ausgebildet ist und mit einem im Bodenbe--eich des Aufnahmebehälters drehbar
angeordneten Rotor als Einwirkungsvorrichtung.
[0002] Eine Vorrichtung zum Herstellen hochwertiger Feststoff-Flüssigkeits-Gemische ist
aus der DE-OS 33 06 071 bekannt. Ein zylindrischer Aufnahmebehälter ist mit einem
motorisch antreibbaren Flügelrotor versehen. Die Antriebseinheit ist über dem Aufnahmebehälter
angeordnet. Die Antriebswelle ist durch eine obere Abschlußwand in das Innere des
Behälters geführt. Am unteren freien Ende der Antriebswelle sind diametral gegenüberliegende
Rotorblätter angeordnet. Im Bodenbereich des Aufnahmebehälters ist eine Entnahmeöffnung
vorgesehen, die mittels eines Schiebers verschließbar ist. Über ein daran angeschlossenes
Leitungssystem ist entweder ein Rücktransport eines noch nicht kolloidalen Gemisches
in den Aufnahmebehälter, oder die Entnahme des fertigen Gemisches möglich. Bei der
hier beschriebenen koaxialen Anordnung der Antriebseinheit über dem Aufnahmebehälter
ist das Behälterinnere nicht frei zugänglich. Dadurch wird die Behälterreinigung erschwert
und bei Reparaturen am Rotor, der Antriebswelle oder am Behälterinnenraum ist eine
aufwendige Demontage notwendig. Weiterhin nimmt die Antriebseinheit am Kopf des Aufnahmebehälters
viel Platz ein, so daß zum Einführen von Material in den Behälter nur eine beschränkte
Fläche verbleibt.
[0003] Bei der mechanischen Einwirkung auf die zu bearbeitenden Materialien treten sehr
hohe Kräfte und Momente an den Rotorblättern und in der sich weit in das Innere des
Aufnahmebehälters erstreckenden Antriebswelle auf. Die bekannte Anordnung mit einer
von oben in den Behälter eingeführten Antriebswelle ist deshalb konstruktiv und baulich
aufwendig und teuer.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,einen Kolloidator der eingangs erläuterten
Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau ein einfaches und schnelles Ein- und Ausbringen
der Materialien ermöglicht, einen für Reinigung und Reparatur gut zugänglichen Behälterinnenraum
aufweist, ein geringes Gewicht sowie einen geringen Raumbedarf hat und sich durch
eine besonders betriebssichere und zuverlässige Wirkungsweise auszeichnet.
[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebswelle des Rotors
durch den Boden des Aufnahmebehälters nach außen geführt ist, daß der Aufnahmebehälter
in seinem Kopfbereich mit einer durch einen Verschlußdeckel verschließbaren öffnung
versehen ist, und daß der Kolloidator so ausgebildet ist, daß er wahlweise in eine
Betriebsstellung, bei der die öffnung oben liegt, oder in eine Entleerstellung, bei
der die öffnung unten liegt, führbar ist.
[0006] Der erfindungsgemäße Kolloidator hat gegebüber dem Stand der Technik wesentliche
Vorteile. Die im Behälterboden nach außen geführte Antriebswelle der Einwirkungsvorrichtung
ist eine gewichtsmäßig leichte Konstruktion. Die Antriebswelle bildet einen kurzen
Hebel der die zu übertragenden Kräfte und Momente niedrig hält. Weiterhin wird durch
diese Anordnung der Welle der Behälterinnenraum für die zu bearbeitenden Materialien
freigehalten, während eine von oben in den Behälter geführte und in einem Stützrohr
gelagerte Antriebswelle das effektive Volumen des Aufnahmebehälters verkleinert. Ein
weiterer Vorteil einer im Bodenbereich des Aufnahmebehälters nach außen geführten
Antriebswelle ergibt sich dadurch, daß der Kopfbereich des Aufnahmebehälters mit einer
großen Öffnung ausführbar ist, die einen freien Zugang zum Behälterinneren ermöglicht
und im Betrieb mit einem Verschlußdeckel verschließbar ist. Durch die im Behälterboden
nach außen geführte Antriebswelle und die dadurch erreichte freie Zugänglichkeit im
Kopfberebh des Aufnahmebehälters besteht genügend Freiraum, die Materialien durch
den Deckel hindurch ungehindert in den zentralen Bereich des Aufnahmebehälters einzubringen.
Durch die schwenkbare Anordnung des Behälters wird erreicht, daß ein fertig bearbeitetes
kolloidales Gemisch einfach und schnell durch Schwenken des Aufnahmebehälters aus
seiner Betriebsstellung mit Öffnung obenliegend in eine Entleerstellung, mit Öffnung
untenliegend, dem Behälter entnommen werden kann.
[0007] Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators wird dadurch erreicht,
daß das Verhältnis der Höhe des Aufnahmebehälters zu dessen Innendurchmeser im Bereich
von 0,70 bis 2,5 liegt. Durch die Einhaltung dieses Verhältnisses wird bei der Herstellung
eines kolloidalen Gemisches die Ausbildung von Wirbelströmen im Behälter wirksam unterstützt.
[0008] Mit Vorteil ist der erfindungsgemäße Kolloidator so ausgebildet, daß das Verhältnis
des Innendurchmessers des Aufnahmebehälters zum Durchmesser des Rotors im Bereich
von 1,10 bis 2,25 liegt. Dies bewirkt, daß alle Gemischteilchen durch das Wirken des
Rotors beschleunigt werden und daß sich keine Ablagerungen an der Innenwand des Aufnahmebehälters
bilden.
[0009] Eine für die Herstellung eines kolloidalen Gemisches notwendige Umfangsgeschwindigkeit
wird vorteilhaft dadurch definiert, daß die Drehzahl des Rotors in Abhängigkeit seiner
Ausgestaltung zwischen 1.500 und 12.000 U/min. beträgt.
[0010] Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators wird dadurch erreicht,
daß der Rotor mindestens zwei Flügel aufweist. Die Ausgestaltung der Einwirkungsvorrichtung
als Flügelrotor ist durch Verwendung einfacher Bauteile eine kostengünstige Lösung.
Dies wird mit Vorteil auch dadurch erreicht, daß die Flügel jeweils als einfache Platten
ausgebildet sind.
[0011] Mit Hilfe des Einstellwinkels der Flügel ist bei der Herstellung eines kolloidalen
Gemisches eine Einflußnahme auf die Gemischteilchenbewegung in Richtung der Rotorachse
möglich. Mit Vorteil liegt ein Einstellwinkel eines jeden Flügels in einem Bereich
von 2° bis 18°
[0012] Mit Vorteil ist der erfindungsgemäße Kolloidator so ausgebildet, daß jeder Flügel
einen über seine Längserstreckung sich ändernden Einstellwinkel aufweist. Auf diese
Weise kann erreicht werden, daß sich beim Betrieb in dem Kolloidator ein optimales
Strömungsverhalten der fließfähigen Materialien ergibt. Ein derartiges optimales Fließverhalten
kann z.B. durch ein mathematisches Rechenprogramm vorbestimmt werden, so daß dann
durch einen entsprechenden Einstellwinkel jedes Flügels dieses Strömungsverhalten
in sicherer Weise realisiert werden kann. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft,
daß der Einstellwinkel im Bereich der Drehachse am größten ist und zur Flügelspitze
hin abnimmt. Eine derartige Ausgestaltung des Flügels weist somit die größte Steigung
in der Nähe der Drehachse und die kleinste Steigung an der Spitze auf. Dadurch wird
erreicht, daß der gesamte Flügel über seine gesamte Länge praktisch denselben Vorschub
bzw. dieselbe Beschleunigung auf die einzelnen Partikel des fließfähigen Materials
aufbringt. Ein zu kleiner Einstellwinkel im Bereich der Drehachse würde unter ungünstigen
Umständen bedeuten, daß dort praktisch kein Schub bzw. Sog erzeugt wird, während an
den Flügelspitzen durch den Flügel ein zu großer Schub oder Sog erzeugt bzw. eine
zu große Beschleunigung auf die entsprechenden Partikel aufgebracht würde.
[0013] Es erweist sich auch als besonders vorteilhaft, wenn der Einstellwinkel der Flügel
veränderbar ist. Die Veränderbarkeit kann durch verschiedene bauliche Maßnahmen erreicht
werden, wobei es prinzipiell möglich ist, die Veränderung des Einstellwinkels während
des Betriebs des Kolloidators vorzunehmen oder sie andererseits vor Betriebsbeginn
durch mechanisches Umstellen zu verändern.
[0014] Eine für die Herstellung eines kolloidalen Gemisches günstige Ausgestaltung des Aufnahmebehälters
wird erreicht, indem koaxial zum Rotor, an der Seite des Rotors, die dem Innenraum
des Aufnahmebehälters zugewandt ist, ein rotationssymetrischer, sich zum Behälterinneren
hin verjüngender Körper angeordnet ist. Mit einem derart strömungsgünstig ausgebildeten
Umlenkkörper bilden sich bei der Herstellung des kolloidalen Gemisches Wirbelformen
im Gemisch so aus, daß die Oberfläche im Querschnitt die Form einer Lemniskate annimmt.
Eine solche Wirbelform ermöglicht hohe Teilchengeschwindigkeiten in dem zu bearbeitenden
Gemisch.
[0015] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators wird auch dadurch
erreicht, daß der Abstand des Rotors vom Aufnahmebehälterboden variabel ist. Ein derartig
ausgestalteter Kolloidator kann in optimaler Weise an unterschiedliche Füllmengen
und an unterschiedliches Füllmaterial angepaßt werden, wodurch der erfindungsgemäße
Kolloidator praktisch universell einsetzbar wird. Die Höhenverstellung des Rotors
kann auf vielfältige Weise vorsichgehen, etwa durch Absenken des Aufnahmebehälters
relativ zum Rotor oder durch teleskopartiges Verschieben des Rotors auf seiner Drehachse.
Durch diese Höhenverstellbarkeit wird sichergestellt, daß stets die für das jeweilige
Füllmaterial bzw. für die jeweilige Füllmenge optimalen Strömungs- oder Verwirbelungsbedingungen
in dem Aufnahmebehälter des Kolloidators vorliegen.
[0016] Um eine möglichst optimale Wirkungsweise des Kolloidators zu erreichen, wird das
Verhältnis des Durchmessers des Aufnahmebehälters zum Abstand der Flügel vom Behälterboden
in einen Bereich von 4 bis 25 liegen. Dabei ist bei einem im wesentlichen zylindrischen
Aufnahmebehälter dessen Innendurchmesser zugrundezulegen, bei einem Aufnahmebehälter,
welcher eine nichtzylindrische Form aufweist, ist zur Bestimmung des eben genannten
Verhältnisses der in der Drehebene des Rotors bzw. dessen Flügel vorliegende Durchmesser
heranzuziehen.
[0017] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators wird
dadurch erreicht, daß der Aufnahmebehälter mit mindestens je einer verschließbaren
Materialzuführung und Materialabführung versehen ist. Diese Materialzuführung bzw.
Materialabführung kann dabei entweder im Bodenbereich, im übergangsbereich zwischen
Boden und Seitenwandung oder in der Seitenwandung des Aufnahmebehälters vorgesehen
werden, ebenso ist es möglich, die Materialzuführung und die Materialabführung an
verschiedenen Stellen des Aufnahmebehälters vorzusehen. Mit einem derartig ausgestalteten
Kolloidator ist es möglich, einen quasi stationären Betrieb durchzuführen, d.h. es
werden jeweils einzelne Chargen dem Kolloidator zugegeben und nach deren Bearbeitung
aus dem Kolloidator entfernt, ohne daß es notwendig wäre, den Antrieb des Rotors abzuschalten.
Ein derartiger Chargenbetrieb kann dabei ausschließlich durch diese ebengenannten
Materialzuführung bzw. Materialabführung gewährleistet sein, es kann jedoch auch nützlich
sein, mittels einer derartigen Materialzuführung den Kolloidator zu beschicken und
ihn nach erfolgter Behandlung des fließfähigen Materials durch einen Kippvorgang zu
entleeren. Insgesamt ergeben sich vielfältige Kombinationsmöglichkeiten, welche allesamt
die universelle Einsetzbarkeit des erfindungsgemäßen Kolloidators weiterverbessern.
[0018] Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators zeichnet sich dadurch
aus, daß eine von oben in den Aufnahmebehälter hineinragbare Materialzuführung zur
Zufuhr von Material in den Bereich der Einflußzone des Rotors vorgesehen ist. Auf
diese Weise kann während des Betriebs des Kolloidators zusätzliches Material, wie
etwa Zuschlagstoffe in die Einflußzone des Rotors zugegeben werden. Da sich beim Betrieb
des Kolloidators ein quasi stationärer Zustand des in ihm befindlichen fließfähigen
Materials einstellt, ist es möglich, in die sogenannte "Saugzone" des Rotors diese
Zuschlagsstoffe zuzuführen. Deshalb erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn
die Materialzuführung bewegbar angeordnet ist, so daß der Zuführungsort für die Zuschlagsstoffe
der jeweiligen Füllmenge und dem jeweiligen Füllmaterial in leichter Weise angepaßt
werden kann. Diese von oben erfolgende Materialzuführung kann dabei, je nach Anwendungsgebiet,
einzeln oder im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Materialzufuhr bzw. Materialabfuhr
zur Anwendung gelangen. Die Zugabe von Zuschlagsstoffen ist sowohl bei einem quasi
stationären Chargenbetrieb sowie bei einem normalen Einsatzbetrieb des Kolloidators
verwendbar. Des weiteren ist es möglich, mit der von oben ermöglichten Materialzuführung
anstelle von Zuschlagsstoffen, zu denen etwa auch eine Wasserzugabe in unterschiedlicher
Temperatur z.B. über 70°C zu zählen wäre, auch Wasserdampf mit Temperaturen über 100°C
zuzuführen. Eine derartige Wasaerdampfzufuhr kann, je nach Anwendungsgebiet, zu einer
schnelleren Verfestigung des fließfähigen Materials oder zu einer "Keimbildung" analog
der Erstarrung bei Metallen in dem Material führen. Die Wasserdampfzufuhr kann auch
zu einer Abtötung von in dem fließfähigen Material enthaltenen Krankheitskeinem oder
ähnlichem verwendet werden.
[0019] Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Materialzuführung nur bei ihrer Verwendung
in den Behälter hineinragt und bei Nichtbenutzung aus dem Behälter entfernt wird,
um den Kolloidationsvorgang nicht zu stören.
[0020] Bei verschiedenen Anwendungsgebieten des erfindungsgemässen Kolloidators und bei
entsprechender Ausgestaltung der zu behandelnden fließfähigen Materialien kann es
günstig sein, in den Materialien enthaltene Gase während des Betriebs des Kolloidators
abzuführen. Zu diesem Zweck kann eine mit dem Innenraum des Aufnahmebehälters in Zusammenwirkung
bringbare Vakuumpumpe vorgesehen werden. Um einen wirkungsvollen Betrieb der Vakuumpumpe
zu gewährleisten, ist es dabei jedoch nötig, den Aufnahmebehälter mit Hilfe des Deckels
dicht zu verschließen. Durch den in dem Innenraum des Behälters entstehenden Unterdruck
kann erreicht werden, daß sich das Porenvolumen des fließfähigen Materials vor oder
während des Kolloidationsvorganges auf ein Maß reduzieren läßt, welches mit den bisher
bekannten Kolloidatoren nicht realisierbar ist.
[0021] Nach erfolgter Kolloidation ist es mittels der Vakuumpumpe möglich, das vorliegende
Porenvolumen zu verringern oder das erzielte Porenvolumen aufrechtzuerhalten.
[0022] Mit Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Kolloidator in dem Verschlußdeckel ein
Sichtfenster vorgesehen, durch welches das Bedienungspersonal die Vorgänge im Inneren
des Aufnahmebehälters während des Betriebs des Kolloidators überwachen können, wodurch
sie in der Lage sind, die Betriebsbedingungen den jeweiligen Verhältnissen anzupassen
und somit den ganzen Kolloidiervorgang weiter zu optimieren.
[0023] Bei dem erfindungsgemäßen Kolloidator ist es weiterhin vorteilhaft, im Verschlußdeckel
eine Reinigungsvorrichtung anzuordnen. Eine derartige Reinigungsvorrichtung kann mit
Wasser oder Druckluft oder mit Dampf oder mit sonstigen Reinigungsmitteln betrieben
werden. Vorteilhafterweise wird die Reinigungsvorrichtung in Form einer Sprühdüse
ausgebildet sein, welche eine Reinigung des entleerten Kolloidators in besonders einfacher
Weise ermöglicht. Bei Verwendung einer derartigen Reinigungsvorrichtung ist natürlich
die Möglichkeit einer Materialabfuhr aus dem Bodenbereich des Kolloidators besonders
zweckmäßig, jedoch ist eine derartige Ausgestaltung nicht unabdingbar notwendig.
[0024] Mit Vorteil ist der Kolloidator auch so ausgebildet, daß zwischen Behälterboden und
Rotor ein Verdrängungskörper angeordnet ist. Mittels dieses Verdrängungskörpers, dessen
genaue Dimensionen dem Abstand des Rotors von dem Behälterboden sowie dem Durchmesser
des Rotors des Behälters angepaßt werden können, ist es möglich, den Totraum unterhalb
des Propellers auszufüllen, wodurch unerwünschte Ablagerungen unbewegten Materials
in diesem Totraum auf sichere Weise unterbunden werden.
[0025] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Aufnahmebehälters des erfindungsgemäßen Kolloidators
wird auch dadurch erreicht, daß an der Innenwand des Aufnahmebehälters mindestens
eine Umlenkvorrichtung angeordnet ist. Die Umlenkvorrichtung ist so ausgebildet, daß
die vom Rotor beschleunigten Gemischteile die in spiralförmigen Bahnen an der Behälterinnenwand
ho.chwandern strömungsgünstig, d.h. mit großer Geschwindigkeit und geringem Energieverlust,
umgelenkt werden und in den Wirkungsbereich des Rotors zurückgeführt werden.
[0026] Mit Vorteil ist der erfindungsgemäße Kolloidator auch so ausgebildet, daß der Aufnahmebehälter
ausbauchend ausgestaltet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Behälterform
der sich beim Kolloidationsvorgang einstellenden Strömungsform des fließfähigen Materials
in optimaler Weise anpassen, wodurch Totzonen, in welchen das Material ohne Bewegung,
und damit ohne Einfluß durch den Rotor sich befindet,ausgeschlossen werden.
[0027] Eine einfache und kostengünstige Ausführungsform des Rotors wird vorteilhaft dadurch
erreicht, daß alle Flügel in einer Ebene liegen.
[0028] Eine andere günstige Ausgestaltung wird dadurch erreicht, daß die Flügel in Richtung
zur Rotorachse derart versetzt angeordnet sind, daß ein der Behälterinnenseite zugewandter
Teil eines Flügels und ein dem Behälterboden zugewandter Teil eines benachbarten Flügels
in derselben, zur Rotorachse senkrechten Ebene liegen. Durch diese Anordnung der Flügel
werden die Gemischteilchen bei der Bearbeitung in Richtung der Rotorachse vom Rotor
höher gefördert und somit die Strömung des Gemisches im Behälter beeinflußt.
[0029] Die mechanische Beanspruchung der Behälterinnenwand durch das zu bearbeitende Gemisch
ist im Bereich des Rotors am größten. Mit Vorteil wird daher der Aufnahmebehälter
im Bereich des Rotors mit einer verstärkten Wandung versehen.
[0030] Mit Vorteil wird eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators dadurch
erreicht, daß der Aufnahmebehälter mit dem Rotor, die Antriebswelle und der Motor
eine Einheit bilden, die um eine horizontale Achse vorzugsweise durch ihren Schwerpunkt,
drehbar angeordnet ist. Dadurch können zwischen dem Rotor und dem Motor einfache Übertragungselemente
eingesetzt werden.
[0031] Eine schmalbauende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolloidators mit einem einfachen
Rahmen in dem der Behälter und der Motor gehaltert sind, wird vorteilhaft dadurch
erreicht, daß der Aufnahmebehälter und der Motor koaxial angeordnet sind. Eine günstige
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolloidators wird aber auch dadurch erreicht,
daß der Aufnahmebehälter parallel zum Motor angeordnet ist und zwischen der Motorwelle
und der'Rotorwelle ein übertragungselement angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine
sehr niedrige Bauhöhe erreicht und daher zusätzlich die Zugänglichkeit zum Behälterinneren
verbessert.
[0032] Eine günstige Ausgestaltung des Kolloidators wird fernerhin dadurch erreicht, daß
ein in den Aufnahmebehälter einbringbarer, relativ zu diesem bewegbarer Abstreifkörper
vorgesehen ist. Dieser Abstreifkörper, dessen Wirkungsweise mit einem Löffel vergleichbar
ist, kann nach Entleerung des Aufnahmebehälters zur Reinigung der Behälterinnenwände
verwendet werden, um diese von anhaftendem Material zu befreien. Eine Verunreinigung
der Behälterinnenwände hätte eine ungewünschte Störung des Strömungsverhaltens des
fließfähigen Materials während des Kolloidationsvorgangs zur Folge. Der Abstreifer,
welcher vorteilhafterweise löffelähnlich ausgestaltet ist, kann zu seiner Relativbewegung
zu dem Aufnahmebehälter in geeigneter Weise drehbar um die Behältersymmetrieachse
ausgestaltet sein, es ist jedoch auch möglich, den Abstreifer feststehend auszubilden,
und den Aufnahmebehälter in geeigneter Weise in Drehung zu versetzen. Eine weitere
vorteilhafte Ausgestaltung des Abstreifers kann dadurch gegeben sein, daß dieser zusätzlich
mit Druckluft oder mit Dampf beaufschlagbar ist, d.h. mit entsprechenden Austrittsdüsen
versehen ist, wodurch der Reinigungsvorgang zusätzlich erleichtert wird.
[0033] Bei der Dimensionierung des erfindungsgemäßen Kolloidators, insbesondere bei der
Festlegung des Rotoreinstellwinkels, des Abstands des Rotors vom Boden, seiner Drehgeschwindigkeit
sowie der Füllmenge, mit der der Kolloidator mit fließfähigem Material beaufschlagt
wird, muß das spezifische Gewicht dieses fließfähigen Materials bzw. seiner Einzelkomponenten
Berücksichtigung finden. Im Hinblick auf diese Notwendigkeit erweisen sich die oben
beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Kolloidators als besonders wertvoll,
da dieser für ein weites Anwendungsfeld verwendbar ist.
[0034] Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kolloidators
im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Kolloidators gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Kolloidators, mit koaxialer Anordnung von Aufnahmebehälter und Motor,
Fig. 3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Kolloidators, bedem Aufnahmebehälter und Motor nebeneinander angeordnet sind,
Fig. 4 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Kolloidators in schematischer Darstellung, und
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolloidators ebenfalls
in schematischer Darstellung.
[0035] In den Figuren sind gleich oder analog wirkende Bauteile stets mit denselben Bezugsziffern
versehen.
[0036] Der in Figur 2 dargestellte Kolloidator weist einen Aufnahmebehälter 1 auf, in dem
im Bodenbereich ein Rotor 2 angeordnet. ist, der über eine Antriebswelle 3, die im
Behälterboden nach außen geführt ist, mit dem Motor 9 in Verbindung steht. Der Aufnahmebehälter
1 und der Motor 9 sind in einem Rahmen 10 gehaltert, der in einem Ständer 12 drehbar
angeordnet ist. Der Aufnahmebehälter 1 weist einen Verschlußdeckel 4 auf, der mit
einer Reinigungsvorrichtung 5 versehen ist und mit gelenkig gelagerten Armen 8 am
Ständer 12 befestigt ist. Die Arme 8 sind derart ausgebildet, daß sie die für die
Reinigungsvorrichtung notwendigen Zuleitungen aufnehmen. Der Motor 9 ist koaxial mit
dem Aufnahmebehälter 1 angeordnet. Zwischen dem Aufnahmebehälter 1 und dem Motor 9
ist eine Schwungscheibe 16 angeordnet. An einer dem Ständer 12 zugewandten Seite des
Rahmens 10 ist ein Zahnrad 11 fest mit dem Rahmen verbunden. Ein Motor 14 ist am Ständer
derart befestigt, daß ein vom Motor 14 angetriebenes Ritzel im Eingriff mit dem Zahnrad
11 steht. Mittels dieser Anordnung ist die Einheit aus Aufnahmebehälter und Motor
aus der Betriebsstellung, bei der die Behälteröffnung obenliegt, in eine Entleerstellung,
bei der die Behälteröffnung unteriliegt, schwenkbar. Der im Bodenbereich des Aufnahmebehälters
1 angeordnete Rotor 2 ist als Flügelrotor ausgebildet. Die Flügel sind einfache Platten,
die die Rotorblätter bilden. Der Rotor weist mindestens zwei Rotorblätter auf, die
entweder in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse liegen oder derart entlang der Rotorachse
versetzt angeordnet sind, daß ein der Behälterinnenseite zugewandter Teil eines Rotorblattes
und ein dem Behälterboden zugewandter Teil eines benachbarten Rotorblattes noch in
derselben zur Rotorachse senkrechten Ebene liegen. Koaxial zum Rotor ist an der Seite
des Rotors, die dem Innenraum des Aufnahmebehälters 1 zugewandt ist, ein rotationssymetrischer,
sich zum Behälterinneren hin verjüngender Körper 6 angeordnet. Dieser Körper 6 kann
auch einstückig mit der Nabe des Rotors ausgebildet sein. Im Bereich des Rotors ist
die Wand des Aufnahmebehälters verstärkt ausgeführt. Weiterhin ist am Innendradius
des Behälters eine Umlenkvorrichtung 7 angeordnet. Diese Umlenkvorrichtung 7 besteht
aus einer oder mehreren Umlenkflächen die kreisringförmig dem Innenradius des Aufnahmebehälters
angepaßt sind und die einen Querschnitt aufweisen der der Form einer Lemniskate angenähert
ist.
[0037] Die im Aufnahmebehälter angeordneten, mechanisch hochbeanspruchten Teile z.B. die
Rotorblätter und die Umlenkeinrichtung sind so im Behälter angeordnet, daß sie leicht
und schnell auswechselbar sind. Der Verschlußdeckel 4 des Aufnahmebehälters kann auch
mit einer Eingabeöffnung versehen sein, über die das zu bearbeitende Gut unmittelbar
oder mittels einer Einführvorrichtung in den zentralen Bereich des Behälters eingebracht
wird. Der Motor 9 des Kolloidators, der den Rotor 2 im Aufnahmebehälter antreibt kann
als Elektromotor ausgeführt sein, der in Abhängigkeit vom Zustand des Gemisches regelbar
ist.
[0038] Der in Fig. 3 dargestellte Kolloidator weist eine Ausführungsform mit paralleler
Anordnung von Aufnahmebehälter 1 und Motor 9 auf. Die dardurch erreichte niedrigere
Bauhöhe macht eine andere Rahmenform 10' für die Halterung des Behälters 1 und des
Motors 9 notwendig. Als übertragungselement zwischen Motorwelle und Rotorwelle ist
ein Antriebsriemen 15 angeordnet. Der Rahmen 10' ist wie unter Fig. 2 beschrieben
im Ständer 12 drehbar angeordnet.
[0039] Die aufgezeigten Ausführungsformen beschreiben einen Kolloidator der mit mechanisch
physikalischen Mitteln ein Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch in ein kolloidales System
überführt. Zum Einbringen des Mischgutes in den Aufnahmebehälter wird dieser in seine
Betriebsstellung geschwenkt. Das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch wird entweder bei
abgenommenen Verschlußdeckel über die obenliegende öffnung, oder über eine Eingabeöffnung
in einem entsprechend ausgebildeten Verschlußdeckel unmittelbar oder mittels einer
Einführvorrichtung in den zentralen Bereich des Behälterinnenraums in den Wirkungsbereich
des Rotors eingebracht. Während der Aufbereitungszeit werden den Feststoffteilchen
von den Rotorblättern hohe Beschleunigungen aufgegeben, die zur Zerkleinerung der
Feststoffe führen. Durch weitere Umwälzung des Gemisches findet durch das Zusammenwirken
der Feststoffpartikel eine Zerreibung statt. Auf diese Weise werden Feststoffpartikel
zu Feinstteilen mit einem Kornmaß von etwa 5 u oder weniger zerlegt. Um im Aufnahmebehälter
eine gute Umwälzung des zu bearbeitenden Gemisches zu erreichen, ist am Innenradius
des Behälters ein Umlenkblech(7) angeordnet und koaxial am Rotor ein Umlenkkörper
angebracht. Die vom Rotor beschleunigten und entlang einer spiralförmigen Bahn an
der Behälterinnenwand nach oben wandernden Gemischteilchen werden am Umlehkblech umgelenkt
und erneut dem Wirkungsbereich des Rotors zugeführt. Eine auf diese Weise erzeugte
Wirbelform im Behälter zeigt im Querschnitt die Form einer Lemniskate. Ist ein kolloidales
Gemisch erreicht, so wird nach Abnahme des Deckels vom Aufnahmebehälter die Einheit
bestehend aus Aufnahmebehälter und Motor 9 durch Betätigen des Motors 14 in eine Entleerstellung
geschwenkt und das fertige Gemisch dem Behälter entnommen.
[0040] In Figur 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolloidators
dargestellt, wobei die Lagerung und Aufhängung des Aufnahmebehälters sowie der Antrieb
des Rotors im einzelnen nicht nochmals gezeigt sind, da diese analog den Figuren 2
und 3 ausgeführt sind. Der in Figur 4 dargestellte Aufnahmebehälter 1 weist am übergangsbereich
zwischen der Seitenwandung und dem Boden jeweils eine Materialzuführung 17 sowie Materialabführung
18 auf. Diese Materialzu- bzw. Abführungen sind in Form geeignet dimensionierter Rohre
ausgebildet, welche fest an dem Aufnahmebehälter 1 befestigt sind. Die Materialzuführung
und Materialabführung 17,18 sind jeweils mittels eines Schiebers 21 zu öffnen bzw.
zu schließen. Die Ankopplung dieser Zu- bzw. Abführung und die Ausgestaltung des Schiebers
erfolgt dabei derart, daß das Strömungsverhalten des fließfähigen Materials im Inneren
des Aufnahmebehälters 1 nicht behindert wird. Weiterhin weist der Rotor 2 einen gewissen
Abstand von dem Behälterboden auf, welcher, wie bereits oben beschrieben, abhängig
ist von der Füllmenge bzw. der Füllhöhe fließfähigen Materials. Zur Vermeidung des
Totraums unterhalb des Rotors 2 ist ein im wesentlichen kreisringförmiger Verdrängungskörper
22 vorgesehen, dessen genaue Dimensionierung den einzelnen Anwendungsfällen angepaßt
werden kann. Der Verdrängungskörper 22 muß auch so ausgebildet sein, daß eine Befüllung
bzw. Entleerung des Aufnahmebehälters 1 durch die Materialzuführung 17 bzw. Materialabführung
18 nicht behindert wird. Um den Aufnahmebehälter 1 mit diesen Zu- bzw. Abführungen
17,18 in geeigneter Weise, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, um eine horizontale
Achse kippen zu können, sind diese Zu- bzw. Abführungen 17,18 in nicht dargestellter
Weise in die Lagerung des Rahmens 10 des Kolloidators integriert. Es ist aber auch
genauso gut möglich, die Materialzufuhr bzw. Abfuhr 17,18 schlauchförmig auszugestalten,
um damit die Kippbarkeit des Aufnahmebehälters 1 zu gewährleisten. In Figur 4 ist
weiterhin eine Ausgestaltungsform des Verschlußdeckels 4 dargestellt, welcher mit
einem Sichtfenster 20 versehen ist, durch welches das Bedienungspersonal in das Innere
des Aufnahmebehälters 1 blicken kann, wenn der Verschlußdeckel 4 in seine Verschlußposition
verfahren ist. (In Figur 4 ist der Verschlußdeckel 4 in einem etwas geöffneten Zustand
dargestellt). Die Größe und Ausbildung des Sichtfensters 20 hängt von den jeweiligen
Gegebenheiten ab, bevorzugterweise ist das Sichtfenster 20 aus einem Spezialglas gefertigt,
welches sich durch besondere Kratzfestigkeit auszeichnet. Weiterhin weist der Verschlußdeckel
4 eine Reinigungsvorrichtung 5 auf, welche in ähnlicher Weise wie in den Figuren 2
und 3 dargestellt, zur Reinigung des Innenraums des Aufnahmebehälters 1 dienen kann.
Eine derartige Reinigung wird vor allem dann in besonders nützlicher Weise durchgeführt,
wenn der Kolloidator in einem quasi stationären Chargenbetrieb gefahren wird, bei
welchem es nicht notwendig ist, den Verschlußdeckel 4 in der Leerphase zu öffnen,
wobei in dieser Leerphase auch der Rotor 2 weiterhin angetrieben wird. Außerdem weist
der Verschlußdeckel 4 eine Materialzuführung 19 auf, welche bewegbar durch den Verschlußdeckel
4 hindurchragt und so ausgestaltet ist, daß Zuschlagsstoffe während des Kolloidationsvorgangs
in die Einflußzone des Rotors 2 zugeführt werden können. Die Materialzuführung 19
ist in geeigneter Weise relativ zu dem Verschlußdeckel 4 bewegbar, so daß ihre jeweilige
Lage der Füllmenge und der Art des fließfähigen Materials angepaßt werden kann.
[0041] Weiterhin ist in Figur 4 ein Abstreifkörper 23 dargestellt, welcher relativ zu dem
Aufnahmebehälter 1 bewegbar ist und löffelartig nach der Entleerungsphase des Aufnahmebehälters
1 dessen Innenwände von restlichem fließfähigem Material reinigen kann. Während des
Betriebs des Kolloidators wird der Abstreifkörper 23 aus dem Aufnahmebehälter 1 entfernt,
um den Strömungsvorgang des fließfähigen Materials nicht zu stören. Die Relativbewegung
zwischen dem Abstreifkörper 23 und dem Aufnahmebehälter 1 kann entweder dadurch realisiert
werden, daß der Abstreifkörper 23 relativ zu der Symmetrieachse des Aufnahmebehälters
1 bewegt wird, oder daß der Abstreifkörper stillsteht, während der Aufnahmebehälter
1 in Drehung versetzt wird.
[0042] In Figur 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolloidators
dargestellt, bei welchem der Aufnahmebehälter 1 eine ausbauchende Form aufweist. Die
übrigen Bauteile des Kolloidators sind bei einem derartigen Aufnahmebehälter 1 analog
zu den im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 beschriebenen Bauteilen anwendbar.
Der in Figur 5 dargestellte Aufnahmebehälter 1 ist in seiner Form demStrömungsverhalten
des fließfähigen Materials angepaßt, wobei insbesondere durch die sich nach oben verjüngende
Form verhindert wird, daß sich im oberen Randbereich der Seitenwandung des Aufnahmebehälters
1 eine Totzone bildet, in welcher sich Material ansammelt, welches nicht durch den
Rotor 2 in Bewegung gehalten wird. Somit kann bei dieser ausbauchenden Form des Aufnahmebehälters
1 auf die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Umlenkvorrichtung unter Umständen verzichtet
werden, wodurch sich die Reinigung des Aufnahmebehälters und dessen universelle Anwendbarkeit
wesentlich verbessert.
[0043] Die Erfindungs ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Unter Beibehaltung der für die Lehre der Erfindung notwendigen Anordnung des Kolloidators
sind vielfältige Variationsmöglichkeiten insbesondere bei der Ausgestaltung des Rotors
und des Behälterinnenraums möglich. So ist es beispielsweise möglich, den Rotor so
auszugestalten, daß seine Flügel in zwei im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet
sind, wobei in jeder Ebene jeweils drei Flügel mit einem Winkel von etwa 120° zueinander
vorgesehen sind, welche zu den jeweiligen Flügeln der anderen Ebene um etwa 60° versetzt
sind. Eine günstige Ausgestaltung der Flügel kann sich, je nach Anwendungsbeispiel,
daraus ergeben, daß die Vorderkante, in Drehrichtung gesehen, des jeweiligen Flügels
höher liegt als dessen rückseitige Kante, wodurch auf der Oberseite des Flügels, ähnlich
wie bei einem Flugzeugflügel, eine Unterdruckzone gebildet wird, welche das darüberliegende
fließfähige Material zum Flügel hinsaugt. Durch die sich dabei bildende Saugzone kann
es, unter bestimmten Anwendungsfällen, möglich sein, auf die im oberen Randbereich
des Behälters 1 vorgesehene Umlenkung 7 zu verzichten, da durch die Saugzone sichergestellt
ist, daß das Material wieder zum Propeller hin zurückfließt.
1. Kolloidator zum Kolloidieren von fließfähigen Materialien, mit einem Aufnahmebehälter,
der im Kopfbereich zur Einführung des Gutes geeignet ausgebildet ist, und mit einem
im Bodenbereich des Aufnahmebehälters drehbar angeordneten Rotor als Einwirkungsvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebswelle (3) des Rotors (2) durch den Boden
des Aufnahmebehälters nach außen geführt ist, daß der Aufnahmebehälter (1) in seinem
Kopfbereich mit einer durch einen Verschlußdeckel (4) verschließbaren Öffnung versehen
ist, und daß der Kolloidator so ausgebildet ist, daß er wahlweise in eine Betriebstellung,
bei der die Öffnung oben liegt, oder in eine Entleerstellung, bei der die Öffnung
unten liegt, führbar ist.
2. Kolloidator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe
des Aufnahmebehälters (1) zu dessen Innendurchmesser im Bereich von 0,70 bis 2,5 liegt.
3. Kolloidator nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
des Innendurchmessers des Aufnahmebehälters (1) zum Durchmesser des Rotors (2) im
Bereich von 1,10 bis 2,25 liegt.
4. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet
, daß die Drehzahl des Rotors (2) in Abhängigkeit seiner Ausgestaltung zwischen 1.500
und 12.000 U/min. beträgt.
5. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor (2) mindestens zwei Flügel aufweist.
6. Kolloidator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel als einfache
Platte ausgebildet ist.
7. Kolloidator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstellwinkel jedes
Flügels in einem Bereich von 2° bis 18° liegt.
8. Kolloidator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel einen über
seine Längserstreckung sich ändernden Einstellwinkel aufweist.
9. Kolloidator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellwinkel im
Bereich der Drehachse am größten ist und zur Flügelspitze hin abnimmt.
10. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der
Einstellwinkel der Flügel veränderbar ist.
11. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors (2) zum Einstellwinkel der
Flügel im Bereich von 50 bis 3.500 liegt.
12. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß koaxial zum Rotor (2), an der Seite des Rotors (2), die dem Innenraum des Aufnahmebehälters
(1) zugewandt ist, ein rotationssymmetrischer, sich zum Behälterinneren hin verjüngender
Körper (6) angeordnet ist.
13. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der
Abstand des Rotors (2) vom Aufnahmebehälterboden variabel ist.
14. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des Durchmessers des Aufnahmebehälters (1) zum Abstand der Flügel
vom Behälterboden im Bereich von 4 bis 25 liegt.
15. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß alle Flügel in einer Ebene angeordnet sind.
16. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flügel in mehreren Ebenen angeordnet sind.
17. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flügel in Richtung der Rotorachse derart versetzt angeordnet sind, daß ein
der Behälterinnenseite zugewandter Teil eines Flügels und ein dem Behälterboden zugewandter
Teil eines benachbarten Flügels in derselben zur Rotorachse senkrechten Ebene liegen.
18. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Flügelbreite zur Flügeldicke in einem Bereich von 2 bis 10
liegt.
19. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufnahmebehälter (1) im Bereich des Rotors (2) mit einer verstärkten Wandung
versehen ist.
20. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der
Aufnahmebehälter (1) mit mindestens je einer verschließbaren Materialzuführung (17)
und Materialabführung (18) versehen ist.
21. Kolloidator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialzuführung
(17) und Materialabführung (18) im Bodenbereich des Aufnahmebehälters (1) angeordnet
sind.
22. Kolloidator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialzuführung
(17) und Materialabführung (18) im übergangsbereich zwischen Boden und Seitenwandung
angeordnet sind.
23. Kolloidator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialzuführung
(17) und die Materialabführung (18) im Bereich der Seitenwandung angeordnet sind.
24. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine
von oben in den Aufnahmebehälter (1) hineinragbare Materialzuführung (19) zur Zufuhr
von Material in den Bereich der Einflußzone des Rotors (2) vorgesehen ist.
25. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch eine mit dem
Innenraum des Aufnahmebehälters(1)in Zusammenwirkung bringbare Vakuumpumpe.
26. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im
Verschlußdeckel (4) ein Sichtfenster (20) vorgesehen ist.
27. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß im
Verschlußdeckel (4) eine Reinigungsvorrichtung (5) angeordnet ist.
28. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
Behälterboden und Rotor (2) ein Verdrängungskörper (22) angeordnet ist.
29. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein
in den Aufnahmebehälter (1) einbringbarer, relativ zu diesem bewegbarer Abstreifkörper
(23) vorgesehen ist.
30. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Innenwand des Aufnahmebehälters (1) mindestens eine Umlenkvorrichtung (7)
angeordnet ist.
31. Kolloidator nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der
Aufnahmebehälter (1) ausbauchend ausgestaltet ist.
32. Kolloidator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufnahmebehälter (1) mit Rotor (2), die Antriebswelle (3) und ein Motor (9)
eine Einheit bilden, die um eine horizontale Achse, vorzugsweise durch ihren Schwerpunkt,
drehbar angeordnet ist.
33. Kolloidator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter
(1) und der Motor (9) koaxial angeordnet sind.
34. Kolloidator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter
(1) parallel zum Motor (9) angeordnet ist und zwischen der Motorwelle und der Rotorwelle
(3) eine Übertragungsvorrichtung (15) angeordnet ist.