Misch- und Dispergiervorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Misch- und Dispergiervorrichtung mit zueinander koaxial angeordneten und relativ zueinander um ihre gemeinsame Zentralachse rotierbaren Trägern für Hauptzerkleinerungswerkzeuge, die je in einem Rotationsflächenmantel über einen Arbeitsspalt mit den Hauptzerkleinerungswerkzeugen des anderen Trägers zerkleinernd auf das zu dispergierende Gut einwirken, wobei der von den inneren, rotierende Hauptzerkleinerungswerkzeugen umschlossene Innenraum von einer Stirnseite her für den Eintritt des zu dispergierenden Gutes offen und frei zugänglich ist.
So rotiert z. B. nach der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 079 597 innerhalb wenigstens einer Schar von feststehenden Hauptzerkleinerungsorganen, die an einem Träger'befestigt sind, wenigstens ein dazu koaxialer Rotor, dessen Hauptzerkleinerungsorgane mit denjenigen des feststehenden Aussenteilers über einen Arbeitsspalt scherend und prallend zusammenwirken. Dabei können die gegeneinander beweglichen Hauptzerkleinerungsorgane, beispielsweise auch nur diejenigen des Rotors, an ihren Axialenden schlagende, reissende oder schneidende Ansätze tragen, welche die zu dispergierende GutL masse vor dem Eintritt in den inneren Zuführungsraum durch die Eintrittsöffnung erfassen und zerkleinern.
Es kann dabei aber auch wenigstens ein Teil der relaitv zueinander rotierenden Werkzeuge durch im wesentlichen radial gerichtete Durchbrechungen in z. B. zylindrischen, konischen oder glockenförmigen Mänteln gebildet werden, wobei ihr Durchgangsquerschnitt dem zu bearbeitenden Gut bzw. der zu erzielenden Feinheit desselben angepasst werden können.
Mit derartigen Dispergiereinrichtungen ist es möglich, Gemische mit grobstückigem Gut zu bearbeiten, ohne dass dabei der innere Zuführungsraum durch solche klumpige, faserige oder thixotrope Beimischungen verstopft wird.
Die Erfahrung hat aber gezeigt, dass z. B. bei der bekannten Vorrichtung sehr grobe Anteile des Gutes nicht in den Zuführungsraum hineindringen, oder wenn noch klumpige Gutstücke in den Zuführungsraum gelangen, mit den Rotorwerkzeugen rotieren können, ohne an den Werkzeugen des nächstgrösseren Kranzes zerkleinert zu werden, wenn z. B. das spezifische Gewicht derartiger Klumpen keine genügende Radialdruckkomponente aufkommen lässt, wie dieses bei porösen oder faserigen Agglomeraten oft der Fall ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorzerkleinerung des in den Innenraum der rotierenden Hauptzerkleinerungswerk zeuge von der offenen Stirnseite her eintretenden Gutes in der Nähe der offenen Stirnseite mindestens ein Vorzerkleinerungswerkzeug mitrotierend derart angebracht und ausgebildet ist, dass es je in einer quer zur Rotationsachse gelegenen Kreis- oder Ringzone kreist und in dieser Wirkungszone eintretendes Gut durch scherende, prallende oder reissende Einwirkung vorzerkleinert, und dass ausserdem wenigstens an einem der Hauptzerkleinerungswerkzeuge mindestens ein Hilfszerkleinerungsorgan so angeordnet und ausgebildet ist, dass es quer durch den Arbeitsspalt gegen die Rotationsmantel-Wirkfläche der anderen Hauptzerkleinerungswerkzeuge vorsteht, zum Zwecke,
auf Gutteile innerhalb des Arbeitsspaltes zerkleinernd einzuwirken.
Derartige als Vorsprünge ausgebildete Hilfszerkleinerungsorgane können beispielsweise als rei ssende Zähne an wenigstens einem der zusammen arbeitenden Werkzeuge benachbarter, relativ zuein ander rotierender Werkzeugkränze angeformt oder eingesetzt sein.
Sämtliche Hauptwerkzeuge bzw. Vorzerkleinerungswerkzeuge können in an sich bekannter Weise an ihren Haltern bzw. untereinander verbunden aus einem einzigen Stück gefertigt oder verschraubt sein.
Die Vorzerkleinerungswerkzeuge können z. B. mit Vorteil als ein- oder mehrflüglige Messer ausgebildet sein, deren vorausgehende Kante angeschärft, bogenförmig gestaltet oder gegebenenfalls schräg angestellt sein kann.
Die ganze Vorrichtung kann zum Eintauchen in das Gut ausgebildet sein; sie kann auch im Boden eines Behälters oder in einem Durchlaufgehäuse für das zu bearbeitende Gut montiert sein, wobei dann mit Vorteil eine Zuführungsleitung gegen den Einlass zum Innenraum der Vorrichtung gerichtet und eine Auslassleitung von dem Gehäuse her weggeführt ist.
Wenn nun einer derartigen in Betrieb gesetzten Vorrichtung ein Gemisch, welches aus flüssigen und festen oder auch nur aus festen, Stücke oder Klumpen enthaltenden Komponenten, besteht, zugeführt oder die Vorrichtung in ein solches heterogenes Gemisch eingeführt wird, so erfolgt schon bei der ersten Berührung des oder der Vorzerkleinerungsorgane ein intensiver schneidender bzw. zerreissender Angriff auf das oder die festen oder klumpigen, faserigen und thixotropen Stücke des Gemisches. Der Drehzahl der mit dem es umgebenden Organkranz rotierenden Vorzerkleinerungsorgane entsprechend erfolgt der Angriff der Vorzerkleinerungsorgane auf das stückige Gut schlag- bzw. stossweise mit einer Frequenz, welche gleich der Zahl des oder der Vorzerkleinerungsorgane also Messer, Haken usw.) X Drehzahl des rotierenden Halters, an welchem die Vorzerkleinerungsorgane befestigt sind, ist.
Besitzt die Vorrichtung also ein Vorzerkleinerungsorgan, z. B. in Gestalt eines Messers, und beträgt die Umlaufzahl des Vorzerkleinerungsorgans mit seinem rotierenden Halter 12 000/Min., so führt das Vorzerkleinerungsorgan in der Sek. 200 Schnitte gegen den ihm zugeführten Körper aus, wodurch wenigstens 200 kleine abgehackte Stücke, etwa in der Form von Schnitzeln, in den Zuführungsraum der Vorrichtung hinein- gesaugt und von den Werkzeugen des letzteren durch die zwischen denselben befindlichen Lücken radial /tangential ausgeschleudert an den Statorwerkzeugen zerprallt werden.
Ist die Vorrichtung beispielsweise mit zwei solchen Vorzerkleinerungsorganen, wie Messern usw., versehen, so beträgt die Schlag- und Schneidfrequenz gegen einen derartigen Körper 3 > ( 200 = 600/Sek, wodurch wenigstens 600 Teilchen von dem stückigen Gut abgeschert und in den Zuführungsraum der Vorrichtung hineinbefördert bzw. durch das in derselben herrschenden Vakuum hineingesogen werden.
Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Mischund Dispergiervorrichtungen bzw. der wesentlichen Teile davon sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein als Tauchgerät ausgebildetes Hauptausführungsbeispiel im Axialschnitt,
Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1, 3 und 6,
Fig. 3 eine Variante der eigentlichen Zerkleinerungsvorrichtung ebenfalls im Axialschnitt,
Fig. 4 und 5 Draufsichten auf Vorzerkleinerungsmesser,
Fig. 6 und 7 weitere Varianten der eigentlichen Zerkleinerungsorgane ebenfalls im Axialschnitt,
Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Messerkreuz geschnitten nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7,
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Öffnungsebene eines Innenrotors,
Fig. 10 und 11 weitere Varianten der eigentlichen Zerkleinerungsorgane im Axialschnitt,
Fig. 12 einen Querschnitt durch die Variante nach Fig. 11,
Fig.
13, 14, 15 und 16 Varianten in der Ausbildung der Zerkleinerungsorgane,
Fig. 17 eine Variante zu einem Vorzerkleinerungsmesser nach Fig. 4, 5, 6,
Fig. 18, 19 weitere Varianten in der Ausbildung der Zerkleinerungsorgane.
Nach Fig. 1 ist ein Motorgehäuse 10 mit einem Handgriff 11 und einem Betätigungsschalter 12 versehen und trägt unter einem Telleraufsatz 10a eine Zylinderhülse 13, an welcher als feststehender Träger der Boden 140 eines äusseren, feststehenden Kranzes von in einer zylindrischen bzw. leicht konischen Rotationsfläche gelegenen Hauptzerkleinerungswerkzeuge 14 befestigt ist. Im Innern der Hülse 13 ist die vom Motor 10 aus angetriebene Antriebswelle 15 für einen auf ihren äusseren Endzapfen 150 aufgeschraubten Rotor 160 gelagert.
Dieser besteht aus einem scheiben- oder auch sternförmigen Boden 160 als Träger für koaxial zu den Hauptzerkleinerungsorganen 14 angeordnete Hauptzerkleinerungsstäbe 161, von denen einer 161 a mit einem Nabenzapfen 162 durch ein radial gerichtetes Messer 163, das in der Öffnungsebene II-II des Rotorinnenraumes 16 gelegen ist, fest verbunden ist. Die Hauptzerkleine rungsstäbe 161 des Rotors sind an den vorausliegenden Kanten angeschärft, um im Zusammenwirken mit den feststehenden Stäben 14 die Scherwirkung auf das zu zerkleinernde Gut, das aus dem Innenraum 16 nach aussen geschleudert wird, zu verbessern.
Ebenso ist die vorausgehende Kante 165 des Messers 163 geschärft (siehe Fig. 2). Durch das rotierende Messer 163 werden von Gutstücken, die zerkleinert werden sollen, kleine Schnitzel abgeschnitten bzw. abgerissen, die in den Innenraum 16 des Rotors gelangen und beim Durchschleudern durch die Rotorstäbe 161 und die Statorstäbe 14 noch fein zerkleinert. Grössere Gutstücke können nicht in den Rotorinnenraum eindringen.
Es ist vorgesehen, die Vorrichtung nach Fig. 1 in einen mit der zu dispergierenden Gutmasse gefüllten Behälter B (strichpunktiert) einzutauchen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 bildet der an der feststehenden Hülse 13 befestigte Boden 140 den feststehenden Träger für die feststehenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge 14, die an der Peripherie des Bodens 140 in Axialrichtung von diesem abstehen, derart, dass deren Innenflächen in einer zur Zentralachse der Hülse 13 koaxialen Rotationsmantelfläche liegen.
In ähnlicher Weise bildet der an der motorisch angetriebenen Welle 15 festsitzende Boden 160 den Träger für rotierende Hauptzerkleinerungswerkzeuge 161, die an der Peripherie des Bodens 160 in Axialrichtung von diesem abstehen, derart, dass deren Aussenflächen in einer zur Zentralachse der Hülse 13 bzw. der Welle 15 koaxialen Rotationsmantelfläche liegen, die von der inneren Rotationsmantelfläche der feststehenden Hauptzerkleinerungsorgane 14 durch einen Luftspalt getrennt ist.
Der von den inneren, rotierenden Hauptzerkleinerungswerkzeugen 161 umschlossene Innenraum des Rotors 16 ist grundsätzlich von der unteren Stirnseite her für den Eintritt des zu dispergierenden Gutes offen und frei zugänglich.
Hingegen bildet der erwähnte Messerbalken 163 der die Nabe 162 des Motors mit dem einen, 161a, der rotierenden Hauptzerkleinerungsorgane 161 verbindet, und dessen vorausgehende Messerschneide 165 in der Ebene der offenen Stirnseite zum erwähnten Rotorinnenraum kreist, ein rotierendes Vorzerkleinerungswerkzeug, das grössere Gutteile, die durch seine Wirkzone hindurch in den Rotorinnenraum eintreten, vorzerkleinert.
Ausserdem sind an den Innenflächen mindestens eines der feststehenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge 140 Zähne 149 ausgebildet, die quer durch den erwähnten Arbeitsluftspalt gegen die Rotationsmantel-Wirkfläche der rotierenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge vorstehen, d. h. gemäss Zeichnung sogar in Ausnehmungen 168 derselben hineinragen, um als Hilfszerkleinerungsorgane zu wirken. Diese wirken zerreissend oder sonstwie zerkleinernd auf Gutteile innerhalb des Arbeitsspaltes ein, insbesondere auf sich dort gern anhängende Fasern.
In der Variante nach Fig. 3 durchsetzt die Rotortriebswelle 25, die den darauf aufgesetzten Rotor 26 trägt, den Boden des Stators 24. Stator und Rotor tragen wie in Fig. 1 je eine Schar von in einer Zylinderfläche gelegenen, stabförmigen Hauptzerkleinerungsorganen, die zusammen durch Scher- und Prallwirkung das aus dem Innenraum 260 ausgeschleuderte Gut dispergieren. Auf dem Wellenzapfen 150 ist ein Nabenkörper 27 mit einem einflügligen Messer 270 aufgeschraubt, das als Vorzerkleinerungswerkzeug in der Öffnungsebene des Innenraumes gelegen ist und dessen äusseres Ende frei ist.
An den Innenseiten der feststehenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge 24 sind nach innen abstehende Zähne 249 und ebenso an den Aussenseiten der rotierenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge 26 sind nach aussen abstehende Zähne 269 als Hilfs zerkleinerungswerkzeuge zum Zerkleinern von Gutteilen im Arbeitsluftspalt ausgebildet.
Wie in Fig. 3 und 2 punktiert eingezeichnet, kann die Rotornabe Mitnehmerarme 261, beispielsweise winkelversetzt zu den Messerflügeln 260 tragen, die dazu bestimmt sind, das Gut mitzunehmen und in den Bereich der Hauptzerkleinerungsorgane zu schleudern.
Es könnten als Vorzerkleinerungswerkzeuge, statt eines einflügligen auch mehrflüglige Messer 271, 272, nach den Fig. 4 und 5 auf der Nabe 27 montiert sein. Die Nabe 27 mit den an ihr montierten Messern ist leicht auswechselbar. Sie trägt eine über die Öffnungsebene E-E vorstehende Kuppe 273, die bei einer Verwendung gemäss Fig. 1 eine Minimaldistanz der rotierenden Teile vom Boden eines Gefässes B sichert. Gemäss Fig. 3 ist aber vorgesehen, dass die eigentliche Zerkleinerungsvorrichtung in einem Durchlaufgehäuse C montiert ist, das eine dias zu zerkleinernde Gut in axialer Richtung zum Innenraum 260 des Rotors 26 leitende Zuleitung C1 und eine tangential vom Umfang wegführende Abflussleitung C2 für das zerkleinerte Gut bildet.
In einem Durchfluss system können mehrere Zerkleinerungsvorrichtungen hintereinander angeordnet werden, oder es kann ein mehrmaliger Durchlauf des Gutes durch dieselbe Zerkleinerungsvorrichtung vorgesehen sein.
Die Variante nach Fig. 6 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 3, was die Antriebswelle 35, den Rotor 36 und den Stator 34 anbetrifft. Die auf den Wellenzapfen 350 auswechselbar aufgeschraubte Nabe 37 trägt ein zweiflügliges Messer 370 als Vorzerkleinerungswerkzeug, und die Hauptzerkleinerungswerkzeuge sind mit Hilfszerkleinerungswerkzeugen in Form von Zähnen 349, 369 versehen.
Die Stirnenden 341 der feststehenden Hauptzerkleinerungsstäbe 340 stehen über der Öffnungsebene E-E axial vor und sind angeschärft, um ein Endringen in stückiges Gut z. B. Obst oder Kartoffeln zu erleichtern.
Es ist vorgesehen, die Vorrichtung nach Fig. 6 in ein konisches, mit Gut gefülltes Gefäss D wie ein Stempel hineinzupressen. Der Statorboden trägt zu diesem Zweck einen radial vorstehenden Distanzierungsrand 342 und enthält Löcher 343 zum Gutbzw. Flüssigkeitsdurchtritt.
Gemäss den Fig. 7 und 8 sind die äusseren Enden eines kreuzförmigen Messers 47 als Vorzerkleinerungswerkzeug in der Öffnungsebene E-E eines auf der Antriebswelle 45 sitzenden Rotors 46, auf den oberen Stirnenden der zum Rotor gehörigen Haupt zerkleinerungsstäbe aufgeschraubt und der Innenraum des Rotors ist leer. Der Stator ist mit 44 bezeichnet. Die Rotorwelle 45 ist dabei durch den Boden eines Gefässes F geführt und darin gelagert.
Der Stator trägt dabei einen das Messer 47-von der Peripherie her übergreifenden Reisszahn 440, der allfällige Gutfasern, die vom Messer 47 und dem Rotor 46 erfasst werden, fortwährend zerreisst oder abschert. Ausserdem sind an den Hauptzerkleinerungswerkzeugen als Hilfszerkleinerungswerkzeuge Zähne 449, 469 ausgebildet.
Gemäss Fig. 9 sind auf Stirnenden der Rotorstäbe 56 im Dreieck drei Messer 57 als. Vorzer- kleinerungswerkzeuge befestigt.
Gemäss Fig. 10 ist auf dem Zapfen 650 einer Antriebswelle 65 auswechselbar die Nabe 660 eines Rotors 66 befestigt, der sowohl die Schar der in der Zylinderebene gelegenen Hauptzerkleinerungsstäbe 661 als auch die radial orientierten Vorzerkleinerungsorgane 662 trägt. Der Stator ist mit 64 bezeichnet. Als Hilfszerkleinerungswerkzeuge stehen von den rotierenden Hauptzerkleinerungswerkzeugen Zähne 669 vor, die in Ausnehmungen der feststehenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge hineinragen.
Gemäss den Fig. 11 und 12 sind axial gerichtete Rotorstäbe 76 als Hauptzerkleinerungswerkzeuge auf den Enden eines Radialmesserbalkens 77 als Vorzerkleinerungswerkzeuge fest aufgesetzt, und koaxial zum Stator 74 auf der Welle 75 aufgesetzt, und zwar gemäss Fig. 11 mit Hilfe einer Büchse 750.
Hilfswerkzeuge sind mit 779 bzw. 748 bezeichnet.
Fig. 13 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 11. Der Unterschied besteht darin, dass der Stator gemäss Fig. 13 als Zylindermantel 78 ausgebildet ist, der radial orientierte Durchbrechungen 780 mit eingesetzten Zähnen 789 als Hilfszerkleinerungswerkzeuge enthält, die zusammen mit den Zerkleinerungsstäben des direkt auf die Welle 75 aufgesetzten Rotors ebenfalls zerkleinernd auf das Gut einwirken.
Gemäss Fig. 14 sind die als Messer 790 ausgebildeten Hauptzerkleinerungsorgane des Stators 79 gegenschräg zu den als Messer 800 ausgebildeten rotierenden Hauptzerkleinerungsorganen des auf der Welle 80'sitzenden Rotors 80 ausgebildet, damit sie wie Scheren zusammenwirken. An den rotierenden Messern 800 sind Radialarme 801 als Vorzerkleinerungswerkzeuge ausgebildet.
In den Ausführungsformen nach den Fig. 15 bzw. 16 ermöglichen korbförmig gebogene Rotor-, Schlag- und Reisszähne 810 bzw. 820 zusammen mit Statorreisszähnen 811 bzw. 821 ein Zerreissen des Gutes in gröbere Stücke ohne Feinzerteilung. Dabei können einzelne der Zähne 810 gemäss Fig. 15 Mitnehmerschaufeln 810' tragen. Radialteile 812 bzw.
822 und Zähne 813 bzw. 823 an den Rotorarmen 810 bzw. 820 dienen als Vorzerkleinerungs- bzw.
Hilfszerkleinerungswerkzeuge.
Die Variante nach Fig. 17 zu Fig. 4, 5 und 6 zeigt, dass die Flügel 831 einer mittels Bajonettsteckverschluss auf die Rotorwelle 83 aufgesetzten Messernabe 830 als Vorzerkleinerungswerkzeuge schräg zur Drehebene orientiert sein können.
Gemäss den Fig. 18 und 19 tragen die Statorzähne 840 bzw. 850 radial nach innen vorstehende, gemäss Fig. 18 eingesetzte, gemäss Fig. 19 angeformte Zähne 841 bzw. 851, die den Arbeitsspalt radial durchsetzen und als Hilfszerkleinerungswerkzeuge entsprechend geformte Nutschlitze 842 bzw.
852 der Rotorzähne 843 bzw. 853 durchfliegen.
In beiden Fig. 18 und 19 sind an den Stirnenden der rotierenden Hauptzerkleinerungswerkzeuge als Vorzerkleinerungswerkzeuge nach innen gerichtete Radialansätze 845 bzw. 855 angeformt.
Die Zahl der Vorzerkleinerungswerkzeuge kann je nach der Grösse der Vorrichtung vervielfacht werden, unter der Bedingung, dass der periphere Abstand der Vorzerkleinerungsorgane so gross bleibt, dass die zerhackten Schnitzel des stückigen Gutes, ohne die Vorrichtung zu verstopfen, durch die Segmente zwischen den Vorzerkleinerungswerkzeugen hindurch in den Zuführungsraum gelangen. Deshalb wird man bei einer sehr kleinen Vorrichtung mit einem Durchmesser der Zuführungskammer von z. B.
30 mm, gegebenenfalls nur ein Vorzerkleinerungswerkzeug vorsehen, während bei einer Vorrichtung von z. B. 50mm Durchmesser des Zuführungsraumes gegebenenfalls zwei, bei einem Durchmesser von z. B. 150mm des Zuführungsraumes zwei bis drei Vorzerkleinerungswerkzeuge und bei einem Durchmesser einer Vorrichtung für die industrielle Produktion von z. B. 300 mm Durchmesser des Zuführungsraumes gegebenenfalls zwei bis vier oder mehr Vorzerkleinerungswerkzeuge vorgesehen werden können. Für besondere Zwecke können zwei oder mehr annährend radiale Vorzerkleinerungswerkzeuge auch einfacherweise an den Scher- und Prallorganen des inneren Organkranzes in an sich bekannter Weise, z. B. durch Verschraubung, angebracht werden, so dass sich gegebenenfalls die Verbindung zwischen Vorzerkleinerungsorganen und Welle in der Achse der Vorrichtung erübrigt.
Dadurch bleibt dann die Zuführungskammer vollständig frei, was bei kleineren Vorrichtungen, je nach der Art des zu bearbeitenden Gutes, von Vorteil sein kann.
Die beiden relativ entgegengesetzt zueinander rotierenden Organkränze können je nach Bedarf mit beliebig vielen, zusammenarbeitenden Scher- und Prallorganen versehen sein. Es können auch mehr als zwei zusammenarbeitende Organkränze, die sich umschliessen, vorgesehen werden, wodurch die Zahl der Scherungen und Prallungen, gegebenenfalls gleichzeitig durch Erhöhung der Zahl der zusammenarbeitenden Organe der sich umschliessenden Kränze praktisch beliebig hohe Prall- und Scherfrequenzen erreicht werden können. Die Verbindung zwischen Organkränzen, die in der gleichen Richtung rotieren sollen, kann dann in an sich bekannter Weise z. B. wie in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1079597 beschrieben, durch Ringscheiben erfolgen.
Die zusammenarbeitenden Werkzeuge können an jeder geeigneten Stelle ihrer peripheren und/oder tangentialen Arbeitsflanke mit reissenden oder scherenden Vorsprüngen versehen sein, so dass der Scherwiderstand fester Bestandteile des Gutes leichter gebrochen wird. Die zusammenarbeitenden Organkränze können auch geschlossene Ringe mit Durchbrechungen, die eventuell bis zur Sie'bfeinheit gehen, darstellen.