[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Homogenisieren eines
Flüssigkeitsgemisches, in Form einer zylindrischen Anordnung mindestens zweier auf
Haltern sitzender, rotierbarer Zerkleinerungsorgane, wobei das äussere Zerkleinerungsorgan
ein Ring mit Schlitzen und das innere Zerkleinerungsorgan mindestens zwei Flügel aufweist.
Solche Vorrichtungen werden seit Jahrzehnten unter verschiedenen Handelsnamen hergestellt
und vertrieben sowie in einer Anzahl von Patentschriften beschrieben, so unter anderem
in der CH-A-466 010, CH-A-604 894 und insbesondere auch im deutschen Gebrauchsmuster
Nr. 84 28 851, in dem ein Leitstrahl-Homogenisator beschrieben wird, der eine hohe
Förderleistung aufweist und insbesondere für das Homogenisieren, Zerschlagen von Agglomeraten
in viskosen Medien oder Schnelllösen von Salzen, Harzen und dergleichen geeignet ist.
[0002] Es ist ausgehend von dem vorbekannten Homogenisator Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
diesen einerseits mit einer höheren Emulgierwirkung zu versehen ohne die Drehgeschwindigkeit
des Rotors zu erhöhen, und andererseits diesen besser verschiedenen Anwendungsbereichen
anpassbar zu gestalten. Diese Aufgabe wird mit einer in den Ansprüchen definierten
Vorrichtung gelöst.
[0003] Die Erfindung wird im einzelnen anhand einer Zeichnung von zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert, wobei
Figur 1 im Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel, und
Figur 2 im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt.
[0004] Man erkennt in Figur 1 den auf einem Halter 11 angeordneten Stator 1 und den auf
einer Welle 12 befestigten Rotor 2, wobei sich im allgemeinen nur der Rotor dreht
und der Stator, wie sein Name besagt, fest ist. Es ist jedoch auch möglich, den Stator
gegensinnig zum Rotor drehen zu lassen. Der Rotor, bzw. die Welle 12, ist für solche
Anordnungen bekannterweise am Stator drehbar befestigt, wobei zu einer solchen Anordnung
auch eine oder mehrere, nicht eingezeichnete Wellendichtungen gehören. Am Mantel 3
des zylindrischen Stators sind Schlitze 4 angeordnet, die etwa senkrecht zu der Mittelachse
M angeordnet sind.
[0005] Der Rotor 2 besteht, wie im Eingangs erwähnten deutschen Gebrauchsmuster ausführlich
beschrieben, aus zwei oder mehr Flügeln 18, deren Stirnfläche, bzw. eine Kante davon,
als Messerschneide ausgebildet ist. Die Schmalseiten der Schlitze 4, die in das Innere
des Stators münden, sind als Schneidkanten ausgebildet und arbeiten mit den Kanten
der Rotorflügel zusammen, um als Scheren zu wirken, die beispielsweise auch lange
Fasern wirksam zerschneiden können. Um die Abscherwirkung zu erhöhen, bilden die Stirnflächen
des Rotors in bekannter Weise mit den parallel zueinander stehenden Seitenflächen
einen von 90° abweichenden Winkel, wobei die Neigung dieser Fläche derart ausgebildet
ist, dass die Schneiden gleichsinnig bezüglich einer Drehrichtung sind. Falls jedoch
keinerlei Feststoffe verarbeitet werden sollen, brauchen die Rotorflügel und die Schlitzbreitseiten
keine Schneidwirkungen zu zeigen.
[0006] Versuche haben nun gezeigt, dass für ein wirkungsvolles Emulgieren eines Flüssig-Flüssig-Gemisches
eine hohe Strömungsgeschwindigkeit notwendig ist. Diese kann man selbstverständlich
durch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors, bzw. Relativgeschwindigkeit
Rotor-Stator, steigern, doch resultiert daraus nur eine mässige Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
innerhalb des Gerätes. So ist beispielsweise bei einer Umfangsgeschwindigkeit des
Rotors von 20 m/s die Strömungsgeschwindigkeit nur etwa 3 m/s. Eine Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit könnte auch durch Druckerhöhung erzielt werden, doch ist
dies mit den eingangs erwähnten Rotor-Stator-Systemen nicht durchführbar, da durch
die parallel zu den Rotorflügeln stehenden Zähne der Strom zu stark gebrochen wird.
[0007] Von obigen Erkenntnissen ausgehend wird erfindungsgemäss die Strömungsgeschwindigkeit
und damit die Scherung und somit die Emulgierwirkung bei gleich bleibender Pumpleistung
der Rotorflügel dadurch erhöht, dass die Breite der Schlitze 4 verengt wird.
[0008] Diese Verengung der Schlitze wird dadurch erzielt, dass über dem Mantel 3 des Stators
ein Ring 5 angeordnet wird, der im Prinzip die gleichen Schlitze 6 aufweist wie die
Schlitze 4, wobei dies jedoch nicht unbedingt notwendig ist. Gemäss der Ausführungsform
von Figur 1 wird der äussere Ring mittels einer Schraube 7 am Stator 1, bzw. Halter
11 befestigt. Zur Erzielung einer höheren Austrittsgeschwindigkeit ist im wesentlichen
nur die axiale Verschiebung erforderlich, d.h. die Verschiebung in Richtung der Mittelachse
M. Falls nur die Verschiebung in der Längsrichtung erwünscht ist, kann eine Drehsicherung
in Form einer Längsnut 19, in der ein gefederter Stift 20 stösst, vorgesehen werden,
um eine genaue Längsführung zu gewährleisten. In gewissen Fällen und für bestimmte
Anwendungsbereiche könnte es auch vorteilhaft sein, nicht nur die Schlitzbreite sondern
auch die Schlitzlänge zu verändern, so dass nach Lösen der Schraube 7 der äussere
Ring nicht nur axial sondern auch radial verschoben werden kann, falls keine Drehsicherung
vorhanden ist oder diese überwunden wird. Für die lösbare Befestigung des äusseren
Ringes kommen auch weitere Mittel und Halter in Frage, die auch mechanisch oder elektronisch
steuerbar sein können.
[0009] Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung Teil
einer Anlage und in einem Gefäss 8 angeordnet. Das Gefäss hat unten einen Einlass
9 und einen gegebenenfalls ventilgesteuerten Auslass 10, aus welchem die homogenisierte
Flüssigkeit entnommen werden kann. Der Halter 13 ist in einer entsprechenden Ausnehmung
14 im Gefäss in dieser auf und ab bewegbar angeordnet, wie dies aus dem Pfeil 15 hervorgeht.
Nicht eingezeichnet kann gegebenenfalls der Halter über eine Wellendichtung gegenüber
dem Gefässinneren abgedichtet sein. Der äussere Statorring 16 ist fest über dem Einlass
9 mit dem Gefäss verbunden, während der innere mit dem Halter verbundene Statorring
17 über den gegebenenfalls motorbetriebenen Halter 13 gegenüber dem äusseren Ring
auf und ab bewegbar ist, so dass dadurch die Breite der Schlitze 6 und 4 am äusseren,
bzw. inneren Statorring verändert, bzw. genau eingestellt werden kann. Die übrigen
Merkmale, d.h. der Rotor 2 sowie die Rotorwelle 12 und die Ausgestaltung der Schlitze
sind die gleichen wie in dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1. Ausserdem kann der
Halter 13 gegebenenfalls auch noch drehbar angetrieben sein.
[0010] Durch die Verengung der Schlitze kann eine bessere Homogenisierung erzielt werden,
da die Austrittsgeschwindigkeit dadurch wesentlich erhöht wird und dies ohne die
Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors zu erhöhen. Weitere, vorbekannte Eigenschaften
können selbstverständlich auch für diese Vorrichtung übernommen werden, beispielsweise
die Anordnung von Durchbrüchen in Form von kreisrunden oder anders gestalteten Oeffnungen
in den Rotorflügeln sowie das Kalthärten oder das Versehen mit einer Hartstoffbeschichtung
derselben, wobei beispielsweise die Abscheidung aus der Gasphase vorgesehen ist. Wichtig
ist eine hohe Pumpleistung des Rotors.
1. Vorrichtung zum Homogenisieren eines Flüssigkeitsgemisches, in Form einer zylindrischen
Anordnung mindestens zweier auf Haltern (11, 13; 12) sitzender, rotierbarer Zerkleinerungsorgane,
wobei das äussere Zerkleinerungsorgan (1) ein Ring (3, 17) mit Schlitzen (4) und
das innere Zerkleinerungsorgan (2) mindestens zwei Flügel (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass um den Ring (3, 17) des äusseren Zerkleinerungsorgans (1) ein zweiter Ring (5,
16) mit Schlitzen (6) angeordnet ist, und die beiden Ringe (3, 5; 17, 16) gegeneinander
mindestens längs ihrer gemeinsamen Mittelachse (M) verschiebbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4, 6) des
inneren (3, 17) und des äusseren Ringes (5, 16) etwa senkrecht zur Mittelachse (M)
angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ring
(5) mittels einer Schraube (7) am Halter (11) des äusseren Zerkleinerungsorgans (1)
befestigbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ring (5)
durch eine Drehsicherung (19, 20) gegen Verdrehen beim Verschieben geschützt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Teil
einer Anlage in einem Gefäss (8) mit einem Einlass (9) und einem Auslass (10) angeordnet
ist, wobei der äussere Ring (16) über dem Einlass (9) angeordnet und mit dem Gefäss
(8) verbunden ist und der mit dem Halter (13) verbundene innere Ring (17) in einem
Durchlass (14) im Gefäss (8) gegenüber diesem bewegbar angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stirnflächen der Flügel (18) als Messerschneiden ausgebildet sind, wobei die Stirnflächen
in Bezug auf die Seitenflächen einen von 90° abweichenden Winkel aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Flügel Durchbrüche aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Flügel (18), insbesondere ihre Schneiden, kaltgehärtet sind oder eine Hartstoffschicht
aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
den Schneiden der Flügel zugewandten Schmalseiten der Schlitze (5, 6) als Schneidkanten
ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
äussere Zerkleinerungsorganring (1) ausgebildet ist, gegenläufig zum inneren Zerkleinerungsorgan
(2) zu drehen.