Maschine zur Herstellung von Mischungen, die mindestens eine flüssige Phase enthalten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zur Herstellung von Mischungen, die mindestens eine flüssige Phase aufweisen, insbesondere pastöser Produkte.
Zur Herstellung bzw. Bearbeitung von Gemischen, welche mindestens eine flüssige Phase aufweisen, wurden bisher insbesondere zwei Typen von Geräten benutzt. Zur groben Durchmischung eines aus mehreren Phasen bestehenden Stoffsystems wurden Misch- oder Rührwerke verwendet, deren drehende Teile mit einer Tourenzahl in der Grössenordnung von 50 U/Min. rotieren.
Um den Zerteilungsgrad eines Gemisches zu vergrössern, hat man sich sogenannter Homogenisierbzw. Dispergiergeräte bedient, deren drehende Teile mit einer Tourenzahl in der Grössenordnung von 5000 UlMin. rotieren. Von diesen Gerätetypen war jeder in Form einer einzelnen Maschine mit eigenem Behälter für das Mischgut ausgebildet.
Es ist nun im allgemeinen so, dass zur Herstellung eines bestimmten Mischprodukts beide Geräte typen verwendet werden müssen. So wird das Mischgut beispielsweise oft zuerst in einem Mischwerk gut durchmischt und anschliessend, zur Erhöhung des Zerteilungsgrads, in einem Homogenisier- bzw. Dispergiergerät behandelt. Das Mischgut muss dabei (oft mehrmals) von dem Behälter der einen Maschine in den Behälter der anderen Maschine umgeschüttet werden, wonach die betreffenden Behälter und Apparateteile gereinigt werden müssen. Diese Arbeitsschritte bedingen nicht nur einen Mehraufwand und Zeitverlust, sondern das Umschütten bringt auch die Gefahr einer Verunreinigung des Produkts mit sich.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beheben. Dies geschieht gemäss der Erfindung dadurch, dass die beiden Gerätetypen in einer einzigen Maschine mit einem einzigen Behälter für das Mischgut kombiniert werden.
Die erfindungsgemässe Mischmaschine ist gekennzeichnet durch ein in einem Behälter arbeitendes und den grössten Teil des Behälterinnenraumes erfassendes Rührwerk mit mehreren quer zur Rotationsachse verlaufenden Schaufeln, deren Profil zur Ebene, in welcher die Schaufeln kreisen, schräg gestellt sind, und durch mindestens eine Homogenisiereinrichtung, welche das Mischgut in Achsrichtung des Rührwerks nach oben ausstösst.
Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Mischmaschine beschrieben.
Die Zeichnung stellt eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht der beispielsweisen Aus führungsform der erfindungsgemässen Mischmaschine dar.
Auf einem Fuss 1 ist eine Säule 2 verankert, die die übrigen Teile der Maschine trägt. An der Säule 2 ist in mittlerer Höhe eine Behälterstütze 3 (gestrichelte Linie) befestigt, die einen Behälter 5 um zwei seitliche Gelenkbolzen 4 (gestrichelter Kreis) kipp bar trägt. Der Behälter 5 ist mit einem Doppelmantel (5) versehen, durch den ein Erwärmungs- oder Kühlmedium 6 strömen gelassen werden kann (Zu führungs- bzw. Abführungsmittel nicht gezeichnet).
Der Behälterboden 7 wird von einem Homogenisierbzw. Dispergiergerät A durchsetzt. Das Gerät A weist einen zylindrischen Mittelteil 10 auf, der in einer entsprechenden Bohrung 11 des Behälterbodens 7 ruht. Der Mittelteil 10 besitzt auf der Unterseite einen am Behälterboden 7 festgeschraubten Flansch 12. In den Behälter 5 hinein ragt ein mittels kurzer Säulen 9 auf dem Mittelteil 10 befestigter Homogenisier- bzw. Dispergierkopf 8. Der Homo genisier- bzw. Dispergierkopf 8 ist auf seiner Ober seite mit Öffnungen (nicht sichtbar) versehen und birgt in seinem Innern ein Homogenisier- bzw.
Dispergiergerät.
Ein solches Gerät weist beispielsweise in einem vertikalen Rohrstutzen in Abstand vom oberen Rand eine undrehbare Statorplatte mit einer Vielzahl von achsparallelen Durchlassöffnungen und unmittelbar darunter ein hochtourig drehendes Werkzeug mit Pump- und Scherwirkung und weiter oben eine quer gelegene Prallplatte auf.
An der Unterseite des Flansches 12 ist ein Gehäuse 13 befestigt, das einen Elektromotor (nicht dargestellt) zum Antrieb des Rotors birgt. Das Ho mogenisier- bzw. Dispergiergerät arbeitet so, dass das Mischgut 25 zwischen den Säulen 9 hindurch angesaugt und zu den Öffnungen in der Oberseite des Homogenisierkopfs 8 wieder ausgestossen wird.
Am oberen Ende der Säule 2 und von dieser ge tragen, befindet sich eine Deckelstütze 14, welche hebbar an der Säule 2 befestigt ist. Die Deckelstütze 14 trägt ein Gehäuse 15, an welchem seinerseits ein Deckel 16 für den Behälter 5 befestigt ist.
Der Deckel 16 ist mit einem Vakuumstutzen 17 versehen, der durch einen Vakuumdeckel 18 abgeschlossen ist. Der Deckel weist auf der Unterseite seines Randes einen Dichtungsring 19 auf, mit Hilfe dessen er luftdicht auf den Behälter 5 aufgesetzt werden kann.
Der Deckel 16 wird von einem gegenläufigen Doppelrührwerk B durchsetzt. Ein in dem Gehäuse
15 befindlicher Elektromotor (nicht dargestellt) treibt über ein Getriebe (nicht dargestellt) zwei koaxiale Wellen (nicht dargestellt), von denen die eine hohl ist, gegensinnig an. Auf der äusseren koaxialen Welle sind zwei äussere Mischarme 20 aufgekeilt, die je einen Satz äusserer, schräggestellter Schaufeln 21 tragen. Die äusseren Schaufeln 21 sind so gestellt, dass sie in bewegtem Zustand (Drehung in Pfeilrichtung) von ihrer Vorderkante weg schräg nach unten verlaufen. Ausser den äusseren Schaufeln 21 weist jeder äussere Mischarm 20 einen Satz von Abstreifern 22 auf. Die Abstreifer 22 bestehen aus einem federnd biegsamen Material wie z.
B. die unter den Markennamen Teflon , Grilon bekannten Materialien oder Stahl und Schmiegen sich der Behälterwandung an. Die Abstreifer der beiden äusseren Mischarme 20 sind in der Höhe gegeneinander versetzt angeordnet, so dass sie im Laufe einer Umdrehung des äusseren Mischarms die ganze innere Behälterwandung überstreichen. Die innere koaxiale Welle ist zu einem inneren Mischarm 23 verlängert, welcher quer zur Rotationsachse verlaufende Schaufeln 24 aufweist, deren Profil zur Ebene, in welchen die Schaufeln kreisen, schräg gestellt sind. Die Schaufeln 24 sind in der Höhe so verteilt, dass sie sich im Betrieb in den Zwischenräumen zwischen den äusseren Schaufeln 21 bewegen.
Die inneren Schaufeln 24 sind so gestellt, dass sie im bewegten Zustand (Drehung in Pfeilrichtung) von ihrer Vorderkante weg schräg nach oben verlaufen.
Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ma schine sei am Beispiel einer aus einer flüssigen und mehreren festen Phasen bestehenden, herzustellenden Dispersion erläutert, wobei die einzelnen Phasen zuerst grob gemischt und die festen Phasen anschlie ssend in der Flüssigkeit dispergiert werden.
Die Komponenten des Mischguts werden bei abgehobenem Deckel 16 und aus dem Behälter 5 herausgehobenen Mischarmen 20, 23, d. h. bei gehobener Deckelstütze 14, einzeln in den Behälter 5 gegeben, wonach man durch Senken der Behälterstütze 14 die Mischarme 20, 23 in das Mischgut eintaucht und den Deckel 16 auf den Behälter 5 aufsetzt. Alsdann wird das Rühr- oder Mischwerk B in Bewegung gesetzt. Die äusseren Schaufeln 21 beför dem das Mischgut nach unten, die inneren Schaufeln 24 nach oben. Durch das Zusammenspiel der Bewegungen der Schaufeln 21, 24 bilden sich in dem Mischgut eine Zirkulation aus, die in der Gefässmitte nach oben und in der Nähe der Gefässwand nach unten verläuft. Durch das Zusammenwirken der Bewegungen der Schaufeln 21, 24, der äusseren Mischarme 20 und der Abstreifer 22 werden die einzelnen Komponenten des Mischguts kräftig durchmischt.
Die Abstreifer 22 verhindern insbesondere die Ausbildung ungemischter Zonen unmittelbar an der Behälterwandung. Die äusseren Mischarme 20 rotieren daher vorzugsweise mit 40 U;Min., während die Tourenzahl des inneren Mischarms 23 etwa 60 U;Min. beträgt.
Wenn der Mischprozess beendet ist, d. h. wenn durch das Mischwerk der Zerteilungsgrad der festen Komponenten nicht mehr weiter vergrössert werden kann, setzt man das Dispergiergerät A in Betrieb, während man das Mischwerk B weiter laufen lässt.
Das Dispergiergerät A saugt das Mischgut 25 unmittelbar über dem Behälterboden 7 an und stösst es nach der Bearbeitung in Achsrichtung des Mischwerkes B nach oben aus. Die Bewegung des Mischwerks sorgt dabei für eine gründliche Erneuerung des den Dispergierkopf 8 umgebenden Mischguts 25 (es ist zu beachten, dass die äusseren Mischarme 20 im unteren Teil den Dispergierkopf 8 umfassen) und gewährleistet dadurch eine Dispergierung des gesamten Mischguts 25. Die Tourenzahl der rotierenden Teile des Dispergiergeräts A liegt vorzugsweise zwischen 3000 und 10 000 UlMin.
Nachdem der Dispersionsprozess beendet ist, deckt man durch Heben der Deckelstütze 14 den Behälter 5 ab und hebt das Mischwerk aus dem Behälter 5 heraus. Das behandelte Mischgut 25 kann durch Kippen des Behälters 5 um die Gelenkbolzen 4 aus dem Behälter 5 entnommen und der Verwendung bzw. Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Natürlich kann der Misch- undi'oder Dispergierprozess unter Erwärmung oder Kühlung durchgeführt werden, wozu man zwischen dem Doppelmantel 5 des Behälters Dampf bzw. eine Kühlflüssigkeit 6 zirkulieren lässt.
Die Anordnung der beiden Geräte A und B in ein und denselben Behälter 5 erübrigt ein Umschütten des Mischguts zwischen aufeinanderfolgenden Misch- und Homogenisier- bzw. Dispergierprozessen. Dadurch werden die damit verbundenen Nachteile vermieden. Durch Evakuierung des Behälters über den Vakuumstutzen 17 können weitere Quellen der Verunreinigung ausgeschlossen werden, ja die ganze Behandlung des Mischguts kann unter beinahe sterilen Bedingungen durchgeführt werden.
Die Tatsache, dass das Mischwerk B gleichzeitig mit dem Homogenisier- bzw. Dispergiergerät betrieben werden kann, ermöglicht ausserdem eine gleichzeitige Homogenisierung bzw. Dispergierung grösserer Mengen pastöser Produkte, da das Mischwerk eine kräftige Zirkulation gewährleistet.
Es versteht sich, dass das erwähnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mannigfache Ab änderungen erlaubt.
So können die Abstreifer 22 an den äusseren Mischarmen 20 auswechselbar befestigt sein, und anstelle des oder zusätzlich zum Heiz- bzw. Kühlmantel kann der Behälter 5 eine elektrische Heizvorrichtung besitzen.
Anstelle eines doppelten Mischwerks kann ein einfaches vorgesehen sein, das nur einen Rotor aufweist.
Anstelle des einen Homogenisier- bzw. Dispergiergeräts können deren mehrere vorhanden sein.
Das Homogenisier- bzw. Dispergiergerät kann ferner durch Anbringung eines einstellbaren Mahlspaltes auch als Kolloidmühle ausgebildet sein.
Die Mischmaschine kann mit einem offenen oder geschlossenen Behälter versehen sein. Im Falle eines geschlossenen Behälters kann das Mischgut unter Über- oder Unterdruck bearbeitet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Homogenisier- bzw. Dispergiergerät in der Nähe des Behälterbodens angeordnet und wird von unten her angetrieben. Jedoch kann das Homo genisier- bzw. Dispergiergerät auch in der Nähe der durch den Rand des Behälters gehenden Ebene angeordnet sein und von oben betrieben werden, wobei aber auch ein derart angeordnetes Gerät das Mischgut nach oben ausstösst. Im Falle eines gegenläufigen Doppelmischwerks sind dann drei koaxiale Antriebswellen erforderlich.