[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Dispergieren eines
Stoffes in einer Flüssigkeit.
[0002] Derartige Vorrichtungen dienen dazu, eine Dispersion zu bilden, indem der Stoff in
einer Flüssigkeit fein verteilt wird. Der Stoff kann in fester, flüssiger oder gasförmiger
Phase oder auch als Gemisch von verschiedenen Phasen vorliegen. Problematisch beim
Mischvorgang sind oft das Benetzen sowie das homogene Verteilen des Stoffs. Ist dieser
pulverförmig, so besteht auch die Gefahr, dass sich in der Umgebung unerwünschter
Staub aus unbenetztem Pulver bildet.
[0003] Es ist bekannt, Flüssigkeit und Stoff einer Dispergierkammer zuzuführen und mittels
Dispergierwerkzeug intensiv zu bearbeiten, um eine Feinverteilung des Stoffes zu erzielen
(siehe z.B. die Patentschriften EP-B1-436 462 und EP-B1-648 537 des gleichen Anmelders
oder die Patentschrift EP-B1-587 714). Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Benetzen
des Stoffs mit Flüssigkeit problematisch ist und es zu unerwünschten Inhomogenitäten
in der Verteilung kommen kann. Wird beispielsweise ein pulverförmiger Stoff zugeführt,
so kann es in der Mischzone, d.h. dort, wo der Stoff mit der Flüssigkeit in Kontakt
gelangt, zur Bildung von Klumpen kommen, welche die Stoffzufuhrleitung verstopfen
oder ein homogenes Verteilen des Stoffes in der Flüssigkeit erschweren. Die bekannten
Dispergiervorrichtungen haben auch den Nachteil, dass die Saugleistung vom Flüssigkeitsdurchsatz
sowie vom Druck am Austritt abhängt, sodass sie unter Umständen zu gering ist, um
den zu dispergierenden Stoff in genügendem Masse einsaugen und benetzen zu können.
[0004] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine Vorrichtung anzugeben, welche es in verbesserter Weise erlaubt, Stoff
einzusaugen und in einer Flüssigkeit möglichst homogen zu verteilen.
[0005] Eine Vorrichtung, die diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 1 angegeben. Die weiteren
Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen an.
[0006] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf Figuren erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 2 die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in der Schnittebene II-II;
Fig. 3 die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in der Schnittebene III-III;
Fig. 4 ein hydraulisches Schema der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 5 eine weitere Variante eines hydraulisches Schema der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Antreibemittels für die
erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Antreibemittels gemäss Fig. 5; und
Fig. 8 eine weitere Variante der Öffnungen 30', 35' und 40' der Vorrichtung gemäss
Fig. 1 in der Schnittebene II-II.
[0007] Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, umfasst die Dispergiervorrichtung eine Dispergierkammer
10, welche vorzugsweise seitlich durch eine zylindrische Wandung 11 begrenzt ist.
Die Dispergierkammer 10 enthält ein Antreibemittel 12, mittels welchem Flüssigkeit
in Bewegung versetzbar ist. Das Antreibemittel ist vorzugsweise als Flügelrad 12 ausgebildet.
Dieses umfasst eine Nabe 13, welche um die Rotationsachse 16 drehbar ist und an welcher
mehrere Flügel 14 angebracht sind. Das Flügelrad 12 ist exzentrisch in der Dispergierkammer
10 angeordnet, sodass die Rotationsachse 16 neben dem Mittelpunkt 18 der Dispergierkammer
10 liegt. Durch diese Anordnung ändert bei der Rotation des Flügelrades 12 der Abstand
zwischen der Basis 15 eines Flügels 14 und der Wandung 11 der Dispergierkammer 10
wiederkehrend zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert. Die durch die Punkte
16 und 18 gehende Achse verläuft im Wesentlichen im neutralen Bereich, wo weder die
in der Dispergierkammer 10 erzeugte Saugwirkung noch Pumpwirkung überwiegt.
[0008] Das Flügelrad 12 ist an einer Welle 19 befestigt, die mittels Antrieb (nicht dargestellt)
in Rotation versetzbar ist. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die
Welle 19 senkrecht angeordnet. Es ist auch möglich, die Dispergiervorrichtung in anderer
Lage auszurichten, beispielsweise so, dass die Welle 19 waagrecht angeordnet ist.
[0009] Die Dispergierkammer 10 ist oben mit einer Abdeckung 29 versehen, welche einen Stoffeinlass
30 zum Einleiten von Stoff in die Dispergierkammer 10 sowie einen Auslass 35 zum Ableiten
des Produkts aus der Dispergierkammer 10 enthält.
[0010] Stoffeinlass 30 und Auslass 35 sind jeweils mit einer Zuleitung 31 bzw. 36 verbunden.
Ist, wie oben erwähnt, die Welle 19 waagrecht ausgerichtet, so ist es vorteilhaft,
den Stoffeinlass 30 auf einem höheren Niveau als den Auslass 35 anzuordnen.
[0011] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Form des Stoffeinlasses 30 und des Auslasses
35 im Wesentlichen sichelförmig ausgebildet, sodass der Abstand zwischen den Kanten
32 und 33 des Stoffeinlasses 30 in Rotationsrichtung 17 zunimmt und der Abstand zwischen
den Kanten 37 und 38 des Auslasses 35 in Rotationsrichtung 17 abnimmt. Die innere
Kante 32 des Stoffeinlasses 30 sowie die innere Kante 37 des Auslasses 35 liegen ungefähr
auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse 16 des Flügelrades 12 liegt.
Die äussere Kante 38 des Auslasses 35 liegt auf einem Kreis 39, der sich im Wesentlichen
konzentrisch zur Wandung 11 der Dispergierkammer 10 befindet. Die äussere Kante 33
des Stoffeinlasses 30 ist ebenfalls im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet und so
angeordnet, dass er innerhalb des Kreises 39 liegt. Diese Anordnung wirkt der Gefahr
entgegen, dass während des Betriebes Flüssigkeit aus der Dispergierkammer 10 in den
Stoffeinlass 30 eindringen und der zugeführte Stoff verklumpen vermag.
[0012] Ist die Form der Zuleitung 31 zum Stoffeinlass 30 zylindrisch, so kann - falls erforderlich
- der Übergang der Zuleitung 31 in die Sichelform des Stoffeinlasses 30 so optimiert
sein, dass auch bei hoher Turbulenz keine Flüssigkeit aus der Dispergierkammer 10
in den Stoffeinlass 30 hineinspritzen kann. Der Übergang ist dazu im Querschnitt nicht
abrupt, sondern beispielsweise rampenförmig ausgebildet, sodass in Flussrichtung gesehen
der Mittelteil des Stoffeinlasses höher liegt als seine beiden Enden.
[0013] Wie Fig. 1 weiter zeigt, enthält die Dispergierkammer 10 unten eine Scheibe 41 mit
einem Flüssigkeitseinlass 40 zum Einleiten von Flüssigkeit in die Dispergierkammer
10. Gemäss Fig. 2 ist der Flüssigkeitseinlass 40 im Wesentlichen zwischen dem Stoffeinlass
30 und dem Auslass 35 angeordnet, wobei in Rotationsrichtung 17 gesehen der Stoffeinlass
30 vor dem Flüssigkeitseinlass 40 und dieser vor dem Auslass 35 angeordnet sind. Der
Flüssigkeitseinlass 40 hat im Beispiel gemäss Fig. 2 eine im Wesentlichen kreisförmige
Gestalt. In Fig. 1 ist der besseren Übersicht wegen die Position des Flüssigkeitseinlasses
40 gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Position um 90 Grad gedreht dargestellt.
[0014] Vorzugsweise ist die Scheibe 41 verdrehbar angeordnet, sodass die Position des Flüssigkeitseinlasses
40 in Bezug auf die neutrale Achse, welche durch die Punkte 16 und 18 geht, veränderbar
ist. Die Dispergiervorrichtung umfasst weiter Pumpmittel 61, um Flüssigkeit durch
den Flüssigkeitseinlass 40 in die Dispergierkammer 10 zu befördern.
[0015] Die soweit dargestellte Dispergiervorrichtung funktioniert folgendermassen:
[0016] Das Flügelrad 12 wird in die in Fig. 2 angegebene Richtung 17 in Rotation versetzt
und Flüssigkeit mittels der Pumpmittel 61 durch den Flüssigkeitseinlass 40 in die
Dispergierkammer 10 gepumpt. Durch das rotierende Flügelrad 12 wird die Flüssigkeit
ebenfalls in Rotation versetzt und aufgrund der Zentrifugalkraft nach aussen getrieben,
sodass sie sich von der Nabe 13 abhebt und ein umlaufender Flüssigkeitsring 47 gebildet
wird, der im Wesentlichen konzentrisch zur Wandung 11 der Dispergierkammer 10 ist.
In Fig. 2 ist der Übergang zwischen dem Ring 47 mit umlaufender Flüssigkeit und dem
flüssigkeitsverminderten Innenbereich durch eine strichpunktierte Linie 39 angedeutet.
Die Position dieses Übergangs 39 und somit die Dicke des Flüssigkeitsrings 47 ist
im Wesentlichen durch die Position des äusseren Rands 38 des Auslasses 35 gegeben,
da - wie nachstehend erläutert - aufgrund der Pumpwirkung Flüssigkeit, welche sich
im Innenbereich befindet, durch den Auslass 35 befördert wird.
[0017] Zwischen der Basis 15 von benachbarten Flügeln 14 und dem Flüssigkeitsring 47 bildet
sich jeweils eine Kavität 50-57 aus, dessen Volumen durch die Rotation des Flügelrades
12 wiederkehrend vergrössert und verkleinert wird, wodurch eine Pumpwirkung erzeugt
wird. Wird z.B. von der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 50 versehenen Kavität ausgegangen,
so vergrössert sich zuerst ihr Volumen, wenn sie sich zur Position der Kavität 51
hin bewegt. Durch diese Volumenvergrösserung wird ein Unterdruck erzeugt, welcher
bewirkt, dass Stoff durch den Stoffeinlass 30 in die Dispergierkammer 10 eingesaugt
und schliesslich mit der Flüssigkeit benetzt und vermischt wird. Durch die erzeugte
Sogwirkung ist gewährleistet, dass der Stoff nicht bereits im Stoffeinlass 30 mit
Flüssigkeit in Kontakt kommt und durch Klumpenbildung den Stoffeinlass 30 verstopft.
[0018] Die Kavität 50 durchläuft anschliessend den Bereich der in Fig. 2 mit den Bezugszeichen
52 und 53 bezeichneten Kavitäten, wo sich ihr Volumen kaum ändert, sodass weder eine
Sog- noch Pumpwirkung erzeugt wird. In dieser neutralen Zone ist der Flüssigkeitseinlass
40 angeordnet. Daraufhin bewegt sich die Kavität 50 in Richtung der Position der Kavität
54, sodass sich ihr Volumen wieder verkleinert und das Produkt bestehend aus Flüssigkeit
sowie darin enthaltenden Stoff durch den Auslass 35 hinausgestossen wird. Daraufhin
durchläuft die Kavität 50 im Bereich der Kavitäten 55 und 56 wieder eine neutrale
Zone zwischen Druck- und Saugseite.
[0019] Die Dispergierkammer 10 ist so ausgelegt, dass die Strömungsverhältnisse in der Regel
turbulent sind und eine Feinverteilung des Stoffes in der Flüssigkeit begünstigt wird.
[0020] Durch Drehen der Scheibe 41 kann das Mischverhältnis von Stoff und Flüssigkeit eingestellt
werden. Dabei wird die Position des Flüssigkeitseinlasses 40 entweder mehr in Richtung
der Druckseite oder mehr in Richtung der Saugseite verschoben, sodass entsprechend
die Flüssigkeitsmenge reguliert wird, welche pro Zeiteinheit in die Dispergierkammer
10 strömt.
[0021] Durch die Rotation des Antreibemittels 12 findet eine intensive Benetzung des Stoffs
in der Dispergierkammer 10 statt. Dadurch ist insbesondere bei pulverförmigen Stoffen
die Gefahr der Klumpenbildung nahezu ausgeschlossen. Dies wird auch wirksam dadurch
vermieden, dass die Dispergierkammer 10 so ausgestaltbar ist, dass sie frei von engen
Spalten oder sonstigen engen Zwischenräumen ist. Im Weiteren wird während des Betriebs
ein hohes Vakuum bei gleichzeitiger hoher Saugleistung erzeugt und dies im Wesentlichen
unabhängig vom Flüssigkeitsdurchsatz und in einem gewissen Grad auch unabhängig vom
Druck am Auslass 35 ist. Dadurch ist insbesondere bei pulverförmigen Stoffen ein staubfreies
Einarbeiten in die Flüssigkeit gewährleistet. Es hat sich gezeigt, dass die erzeugbare
Saugleistung ausreichend ist, um auch schwere Pulver, z.B. metallhaltige Pulver, einsaugen
zu können.
[0022] Die Saug- und Pumpwirkung der hier beschriebenen Dispergiervorrichtung kommt auf
ähnliche Weise zustande wie bei Wasserringpumpen. Im Unterschied zu diesen Pumpen
dient hier aber die Dispergiervorrichtung zum optimalen Einsaugen, Benetzen und Dispergieren
von Stoff mit bzw. in der Flüssigkeit. Die Dispergiervorrichtung weist dazu einen
Flüssigkeitseinlass 40 auf, sodass beim Betrieb die Flüssigkeit im Ring laufend ausgetauscht
wird. Wasserringpumpen hingegen enthalten als Arbeitsflüssigkeit Wasser, welches permanent
in der Arbeitskammer verbleibt.
[0023] In einer ersten Weiterführung der Dispergiervorrichtung ist der Auslass 35 mit dem
Flüssigkeitseinlass 40 fluidisch verbunden. Dies erlaubt es, die Flüssigkeit mehrmals
durch die Dispergierkammer 10 zu leiten. Durch diese Rezirkulation ist es z.B. möglich,
die Flüssigkeit sukzessive mit Stoff aufkonzentrieren und/oder eine besonders homogene
Verteilung des Stoffes in der Flüssigkeit zu erzielen. Im letzteren Fall wird vorteilhafterweise
der Stoffeinlass 30 z.B. mittels Ventil geschlossen und die Dispersion mehrmals durch
die Dispergierkammer 10 geleitet.
[0024] In einer zweiten Weiterführung der Dispergiervorrichtung, welche ebenfalls in Fig.
1 gezeigt ist, ist ein zweite Dispergierkammer 60 vorgesehen. Diese ist über den Flüssigkeitseinlass
40 mit der ersten Dispergierkammer 10 fluidisch verbunden und befindet sich gemäss
Fig. 1 unterhalb dieser. In der zweiten Dispergierkammer 60 ist mindestens ein Dispergierwerkzeug
61 angeordnet, welches als Pumpmittel sowie als Bearbeitungsmittel dient, um den Stoff
in der Flüssigkeit besonders fein zu verteilen.
[0025] Das Dispergierwerkzeug 61 umfasst Rotor 62 und Stator 63, wobei der Rotor 62 vorteilhafterweise
auf derselben Welle 19 angebracht ist wie das Flügelrad 12. Dies erlaubt es, denselben
Antrieb zu benutzen, um das Flügelrad 12 sowie das Dispergierwerkzeug 61 in Bewegung
zu versetzen.
[0026] Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Dispergierwerkzeugs 61 mit zwei Zahnkränzen 62a und
62b, die den Rotor 62 bilden, und zwei Zahnkränzen 63a und 63b, die den Stator 63
bilden. Die Zahnkränze 62a, 62b, 63a, 63b weisen Schlitze 64 auf, durch welche hindurch
Flüssigkeit und darin enthaltener Stoff gelangen kann. Anzahl und Ausgestaltung der
Zahnkränze 62a, 62b, 63a, 63b sind je nach Anwendungszweck entsprechend gewählt. Das
Dispergierwerkzeug 61 ist im Innenbereich mit einem Durchlass 69 versehen, der fluidisch
mit einer Zufuhrkammer 70 verbunden ist. Diese Zufuhrkammer 70 befindet sich gemäss
Fig. 1 unterhalb dem Dispergierwerkzeug 61 und umfasst einen Einlass 71. Soll die
Dispersion rezirkuliert werden, so ist der Auslass 35 der ersten Dispergierkammer
10 mit dem Einlass 71 verbunden.
[0027] Bei der Inbetriebnahme der Dispergiervorrichtung wird zuerst mittels des Dispergierwerkzeugs
61 Flüssigkeit aus der Zufuhrkammer 70 angesaugt und über den Flüssigkeitseinlass
40 in die erste Dispergierkammer 10 gepumpt, wo sich - wie oben bereits erläutert
- ein Flüssigkeitsring bildet. Stoff wird durch den Stoffeinlass 30 eingesaugt und
in der Flüssigkeit dispergiert. Die dabei entstehende Dispersion wird über den Auslass
35 und den Einlass 71 zurück in die Zufuhrkammer 70 geleitet. Die Flüssigkeit und
der darin enthaltende Stoff wird beim Durchtritt durch die Schlitze 64 von Rotor 62
und Stator 63 entsprechend bearbeitet, sodass eine verfeinerte und homogenisierte
Verteilung des Stoffes resultiert. Die Flüssigkeit zirkuliert mehrmals zwischen der
ersten und zweiten Dispergierkammer 10 bzw. 60, bis die gewünschte Stoffkonzentration
und/oder bis eine genügend homogene Dispersion erreicht ist.
[0028] Das Vorsehen von zwei Dispergierkammern 10 und 60 hat den Vorteil, dass die Benetzung
des Stoffes mit Flüssigkeit und die Bearbeitung mit dem Dispergierwerkzeug 61 in separaten
Kammern erfolgen und sich so die beiden Vorgänge nicht gegenseitig beeinflussen. Es
können so besonders homogene Dispersionen hergestellt werden, ohne dass Probleme mit
Klumpenbildung und/oder mit unerwünschter Staubbildung bei pulverförmigen Stoffen
auftreten.
[0029] Fig. 4 zeigt eine dritte Weiterführung der Dispergiervorrichtung in schematischer
Form. Das Rechteck mit dem Bezugszeichen 80 stellt schematisch die Dispergiereinheit
dar, welche die erste Dispergierkammer 10 und das Antreibemittel 12 sowie - falls
vorgesehen - die zweite Dispergierkammer 60 und das Dispergierwerkzeug 61 enthält.
Entsprechend bezeichnet das Bezugszeichen 81 den Flüssigkeitseinlass 40 bei fehlender
zweiter Dispergierkammer 60 bzw. den Einlass 71, wenn diese vorhanden ist. Der Zufuhrbehälter
83 zur Aufnahme des zu dispergierenden Stoffes ist mit einer Leitung 84 mit dem Stoffeinlass
30 verbunden. In der Rezirkulationsleitung 85, welche den Auslass 35 der Dispergiereinheit
80 mit dem Einlass 81 verbindet, ist ein Behälter 86 angeordnet, welcher zum Abscheiden
von Gas und/oder von nicht dispergiertem Stoff dient. Optional kann eine Rückfuhrleitung
87, wie dies in der Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist, vorgesehen sein, welche den
Abscheidebehälter 86 mit dem Zufuhrbehälter 83 verbindet, um das abgeschiedene Gas
bzw. den abgeschiedenen Stoff zurückzuführen. Zufuhrleitung 88, welche mit dem Einlass
81 verbunden ist, dient zur Zufuhr der Flüssigkeit. Abfuhrleitung 89, welche in der
Rezirkulationsleitung 85 mündet, dient zur Abfuhr der aus Flüssigkeit und Stoff hergestellten
Dispersion. Die Leitungen 84, 88 und 89 sind in bekannter Weise mit Ventilen 90, 91
bzw. 92 versehen, um den jeweiligen Durchlass öffnen und sperren zu können.
[0030] Ist ein Dispergierwerkzeug 61 vorgesehen, so sind Massnahmen zu treffen, dass in
der zu bearbeitenden Flüssigkeit möglichst wenig Luft enthalten ist. Ein zu grosser
Luftanteil kann dazu führen, dass keine Flüssigkeit mehr durch die Schlitze 64 der
Zahnkränze befördert wird und somit der Betrieb unterbrochen ist. Enthält nun die
Flüssigkeit, welche den Auslass 35 verlässt, nebst dem Stoff auch Umgebungsluft, so
kann diese im Abscheidebehälter 86 abgeschieden und ein sicherer Betrieb des Dispergierwerkzeugs
61 gewährleistet werden.
[0031] Es ist auch möglich, die Dispergiervorrichtung als geschlossenes System auszubilden,
sodass ein Gasaustausch mit der Umgebung unterbunden ist. Der Zufuhrbehälter 83 sowie
der Abscheidebehälter 86 sind in diesem Fall geschlossen ausgebildet.
[0032] Die Verwendung eines geschlossenen Systems ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn
der zu dispergierende Stoff ein sehr feines Pulver ist und unerwünschte Pulverablagerungen
in der Umgebung vermieden werden sollen. Ist das Pulver schwer dispergierbar und/oder
sehr fein, so ist unter Umständen in der Luft, welche sich im Abscheidebehälter 86
befindet, noch nicht-dispergiertes Pulver vorhanden. Diese kann über die Rückfuhrleitung
87 zum Zufuhrbehälter zurückgeführt werden.
[0033] Die Verwendung eines geschlossenen Systems ist auch dann vorteilhaft, wenn beim Dispergieren
von pulverförmigem Stoff die Gefahr von Staubexplosionen besteht. In diesem Fall wird
die Luft in der Dispergiervorrichtung, insbesondere im Zufuhrbehälter 83 sowie im
Abscheidebehälter 86 durch ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, ersetzt. Während
des Betriebs wird dieses im Abscheidebehälter 86 abgeschieden und über die Rückfuhrleitung
87 in den Zufuhrbehälter 83 zurückgeführt.
[0034] Fig. 5 zeigt eine Variante der Dispergiervorrichtung für einen Batchbetrieb, wobei
in den Figuren 4 und 5 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das
Rechteck mit dem Bezugszeichen 82 stellt schematisch einen Behälter dar, in welchem
die Flüssigkeit aufgenommen ist. Falls kein Abscheiden von Gas und/oder von nicht
dispergiertem Stoff erforderlich ist, kann der Abscheidebehälter 86 auch weggelassen
sein.
[0035] Zum Einarbeiten des Stoffs in die Flüssigkeit wird der Behälter über die Leitung
88' an den Einlass 81 und über die Leitungen 89' und 85' an den Auslass 35 angeschlossen.
Die Flüssigkeit wird mehrmals durch die Dispergiereinheit 80, in welcher der Stoff
aus dem Zufuhrbehälter 83 beigefügt wird, und durch den Behälter 82 geleitet, bis
die gewünschte Stoffkonzentration und Homogenität erreicht ist. Die so hergestellte
Dispersion wird schliesslich im Behälter 82 gesammelt und dieser von der Dispergiereinheit
80 getrennt. Es können so auf einfache Weise bestimmte Chargen von Dispersionen hergestellt
werden.
[0036] Je nach Anwendungszweck ist eine Rezirkulation der Flüssigkeit bzw. der Dispersion
durch die Dispergiereinheit 80 nicht unbedingt erforderlich. Die Dispergiereinheit
80 kann z.B. in einer Verarbeitungslinie angeordnet sein, in welcher laufend Flüssigkeit
durch den Einlass 81 sowie Stoff durch den Einlass 30 der Dispergiereinheit 80 zugeführt
und vermischt werden und die dabei entstehende Dispersion über den Auslass 35 der
Weiterverarbeitung zugeführt wird.
[0037] Die erfindungsgemässe Dispergiervorrichtung kann mannigfaltig eingesetzt werden,
um Stoff in einer Flüssigkeit zu dispergieren. Der Stoff kann in fester, flüssiger
oder gasförmiger Phase oder als Gemisch von verschiedenen Phasen vorliegen. Insbesondere
eignet sich die erfindungsgemässe Dispergiervorrichtung zum Dispergieren von fliessfähigen
festen Stoffen, z.B. Pulver, Farbstoffen, Füllstoffen, Stoffen aus der Lebensmittelindustrie
und/oder allgemein von unlöslichen Stoffen, z.B. schwer benetzbarem Pulver wie metallischem
Pulver.
[0038] Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert
ist. So sind folgende Abwandlungen oder Erweiterungen denkbar:
- Die Ausgestaltung des Flügelrades ist an die zu erzeugende Strömung in der Dispergierkammer
angepasst. Figuren 6 und 7 zeigen eine Variante des Flügelrades 12', bei welcher die
Flügel 93 schräg zur Rotationsachse angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt es, besonders
turbulente Strömungen in der Dispergierkammer 10 zu erzeugen und so die Vermischung
des Stoffes in der Flüssigkeit zu begünstigen.
- Die Form der Öffnungen 30, 35 und 40 braucht nicht genau so zu sein, wie in Fig. 2
gezeigt. Fig. 8 zeigt eine Variante, bei welcher die Form des Stoffeinlasses 30' und
des Auslasses 35' sichelförmig ist, wobei die jeweils vordere Kante 34 bzw. 44 im
Wesentlichen gerade ist. Der Flüssigkeitseinlass 40' ist im Wesentlichen viereckig.
- Es ist auch denkbar, mehrere Stoffeinlässe 30, 30', Auslässe 35, 35' und/oder Flüssigkeitseinlässe
40, 40' vorzusehen, die in geeigneter Weise in den Zonen mit Überdruck bzw. Unterdruck
oder in der neutralen Zone angeordnet sind.
- Anstelle einer exzentrischen Anordnung des Flügelrades 12, 12' ist es auch denkbar,
die Wandung 11 ellipsenförmig auszugestalten und das Flügelrad 12, 12' in der Mitte
anzuordnen. Bei dieser Ausgestaltung der Dispergierkammer 10 ergeben sich vier neutrale
Zonen, wo weder eine Saugnoch eine Pumpwirkung erzeugt wird, sowie jeweils zwei Zonen
mit Überdruck bzw. Unterdruck.
- Die Wandung 11 der Dispergierkammer 12 kann aufgeraut und/oder mit zusätzlichen Schikanen
in Form von Vertiefungen und/oder hervorspringenden Elementen versehen sein. Dadurch
kann auch Nahe der Wandung 11 eine turbulente Strömung erzeugt werden und so der Flüssigkeitsaustausch
innerhalb des Flüssigkeitsrings 47 begünstigt werden. Dies ist besonders bei schweren
Stoffen vorteilhaft, da ein Aufkonzentrieren im äusseren Bereich des Flüssigkeitsringes
47 vermieden wird.
- Je nach Bedarf kann es erforderlich sein, anstelle eines Dispergierwerkzeugs 61 mehrere
Dispergierwerkzeuge zu verwenden, um die Flüssigkeit und den darin enthaltenden Stoff
in geeigneter Weise bearbeiten zu können.
1. Vorrichtung zum Dispergieren eines Stoffes in einer Flüssigkeit mit mindestens einer
Dispergierkammer (10), welche
mindestens einen Flüssigkeitseinlass (40, 40'),
mindestens einen Stoffeinlass (30, 30') und
mindestens einen Auslass (35, 35') enthält, dadurch gekennzeichnet dass
in der Dispergierkammer mindestens ein Antreibemittel (12) angeordnet ist, mittels
welchem die Flüssigkeit in der Dispergierkammer derart in Bewegung versetzbar ist,
dass sich in der Flüssigkeit mindestens eine Kavität (50-56) mit veränderlichem Volumen
ausbildet zum Ansaugen von Stoff durch den Stoffeinlass und Ausstossen des mit Flüssigkeit
benetzten Stoffs durch den Auslass.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Dispergierkammer (60) umfasst, welche mit dem Flüssigkeitseinlass
(40, 40') oder dem Auslass (35, 35') oder beiden fluidisch verbunden ist und welche
mindestens ein Dispergierwerkzeug (61) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispergierwerkzeug (61) Rotor (62) und Stator (63) enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispergierwerkzeug (61) und das Antreibemittel (12) auf derselben Welle (19)
angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antreibemittel ein rotierbares Flügelrad (12) umfasst, das so ausgestaltet ist,
dass sich bei deren Rotation die Flüssigkeit in der Dispergierkammer (10) in Form
eines Ringes ansammelt, innerhalb welchem sich mehrere Kavitäten (50-56) mit jeweils
veränderlichem Volumen ausbilden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (12) exzentrisch in der Dispergierkammer (10) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (12) Flügel (93) umfasst, die schräg zur Rotationsachse des Flügelrades
angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Auslasses (35, 35') oder Stoffeinlasses (30, 30') oder beiden im Wesentlichen
sichelförmig ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Pumpmittel (61) zum Pumpen von Flüssigkeit durch den Flüssigkeitseinlass (40,
40') in die Dispergierkammer (10) umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (35, 35') mit einem Behälter (86) zum Abscheiden von Gas und/oder Stoff
verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Flüssigkeitseinlasses (40, 40') veränderbar ausgestaltet ist zur
Regulation des Mischungsverhältnisses von Stoff und Flüssigkeit.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (35, 35') eine äussere Kante (38) umfasst, die im Wesentlichen auf einem
Kreis (39) liegt, wobei der Stoffeinlass (30, 30') innerhalb dieses Kreises angeordnet
ist.