ROTOR-STATOR-VORRICHTUNG ZUM DISPERGIEREN ODER HOMOGENISIEREN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren oder Homogenisieren, im Durchlaufprinzip, mit wenigstens einem aus Rotor und Stator bestehenden Werkzeug, welches innerhalb einer von dem zu bearbeitenden Medium durchströmten Kammer angeordnet ist, wobei die Lagerung des Rotors oder der Rotoren in der Kammer angeordnet und der oder die Rotoren über eine Magnetkupplung angetrieben ist/sind, welche Magnetkupplung zwischen einem antriebsseitigen drehangetriebenen Antriebs- kupplungsteil und einem sekundären Abtriebskupplungsteil einen feststehenden, die Kammer im Kupplungsbereich abschließenden Spalttopf aufweist.

Bei derartigen kontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen zum Dispergieren oder Homogenisieren besteht das Problem, dass zwischen der von dem Medium durchströmten Kammer oder dem von dem Medium durchströmten Arbeitsraum und dem Antrieb eine

Abdichtung notwendig ist, die vor allem bei hohen Drehzahlen,

Drücken und hohen Temperaturen Schwierigkeiten macht und sehr aufwendig sein kann.

Es ist deshalb bereits bekannt, für den Antrieb eine Magnetkupplung und für den Abschluss der Arbeitskammer einen Spalttopf zu verwenden.

Bei über Magnetkupplungen angetriebenen Geräten und Vorrichtungen kann sich das Problem ergeben, dass vor allem bei hohen Leistungen, Drücken und Drehzahlen die entstehenden hohen Temperaturen insbesondere auch im Bereich von Lagerungen und im

Bereich des zwischen den Teilen der Magnetkupplung angeordneten Spalttopfes wegen der dort auftretenden Wirbelströme nur schwer beherrscht werden können.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art oder ein Dispergiergerät zu schaffen, wobei das Problem der Abdichtung zwischen Antrieb und Arbeitskammer in an sich bekannter Weise durch eine Magnetkupplung beseitigt und dennoch eine Lagerung ermöglicht werden soll, die auch unter hohen Drücken, Drehzahlen und Temperaturen zufriedenstellend arbeiten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs definierte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der antriebsseitige An- triebskupplungsteil als Magnetträger in den vertieften oder hohl ausgebildeten abtriebsseitigen Abtriebskupplungsteil eingreift, wobei zwischen den beiden Kupplungsteilen der Spalttopf angeordnet ist, dass das äußere Abtriebskupplungsteil die sich in der Kammer befindliche Antriebswelle für den oder die Rotoren trägt oder damit verbunden ist und dass das oder die Lager für den oder die von der Antriebswelle getragenen Rotoren innerhalb der von dem Medium durchströmten Kammer benachbart zu dem oder den Rotoren angeordnet ist/sind.

Dabei ist es für die übertragung der Antriebsleistung besonders günstig, wenn der Antriebskupplungsteil zylindrisch und der Abtriebskupplungsteil dazu passend hohlzylindrisch ausgebildet sind.

Auf diese Weise kann erreicht werden, dass durch die Förderung des Mediums bei seiner Bearbeitung die Lager von diesem Medium selbst geschmiert und gekühlt werden, so dass auch hohe Drücke, Drehzahlen und Temperaturen bewältigt werden können.

Wichtig ist dabei, dass das/die Lager im Strömungsbereich des Mediums angeordnet ist/sind, so dass sie diesem Medium direkt ausgesetzt und entsprechend gut gekühlt werden. Eine zweck- mäßige und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass an wenigstens einem der relativ zueinander bewegbaren Lagerteile zumindest eine Nut oder dergleichen Einformung zum Fördern von zu dispergierendem Medium durch das Lager hindurch vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann die Schmierung und Kühlung des oder der Lager weiter gefördert werden.

Für eine präzise Lagerung und insbesondere hohe Drehzahlen ist es günstig, wenn beidseits wenigstens eines Rotors jeweils ein Lager oder Gleitlager vorgesehen ist. Somit ist ein derartiger Rotor nicht fliegend, sondern entsprechend präzise beidseits gelagert, was zwischen Rotor und Stator engere Spalte und damit eine bessere Dispergier- oder Homogenisierwirkung ermöglicht.

Eine größere Leistung lässt sich erzielen, wenn wenigstens zwei oder drei koaxial angeordnete Rotoren jeweils mit zugehörigen Statoren vorgesehen sind, deren einer fliegend gelagert ist, oder wenn beide oder alle Rotoren zwischen wenigstens zwei Lagern angeordnet sind, was präziser als eine fliegende Lagerung sein kann.

Besonders günstig kann es für eine hohe Leistung sein, wenn die an dem Antriebskupplungsteil angreifende Welle zwei Lager und dazwischen zwei Rotoren sowie an ihrem der Kupplung abge- wandten, über das zweite Lager überstehenden Ende fliegend gelagert einen dritten Rotor trägt. Es sind also nur zwei Lager vorzusehen und zu kühlen und dennoch können drei Rotoren mit ihren Statoren vorhanden sein. Entsprechend effektiv lässt sich

im Durchlauf ein Medium dispergieren oder homogenisieren, wobei die koaxiale Anordnung der mehreren Rotoren eine entsprechende Fließrichtung des Mediums zwangsläufig durch die Kammer bzw. durch den Arbeitsraum und dabei an den entsprechenden Lagern vorbei ergibt.

Eine weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das Abtriebskupplungsteil wenigstens einen Durchlass oder mehrere Durchlässe zu dem Spalttopf und wenigstens einen Auslass zu einer Ausgangsöffnung der Kammer oder des Arbeitsraumes hat. Dadurch ist es möglich, dass das Medium auch den Spalttopf beaufschlagt oder umspült, bevor es zum Ausgang aus der Kammer oder dem Arbeitsraum gelangt, so dass auch der Spalttopf durch das Medium gekühlt werden kann.

Wichtig ist vor allem bei schnell laufenden Dispergiermaschinen und den damit einhergehenden hohen Wirbelströmen in metallischen Spalttöpfen deren gute Kühlung.

Dabei kann der Auslass an dem Abtriebskupplungsteil dessen öffnung an dem freien Rand dieses Abtriebskupplungsteils sein, in welche öffnung der Spalttopf eingreift. Somit ergibt sich als Auslass ein ringförmiger Spalt am dem Spalttopf zugewandten Ende oder Rand des Abtriebskupplungsteils.

Durch die Förderung des Mediums mit Hilfe der es bearbeitenden Rotoren durch die Kammer oder den Arbeitsraum hindurch ist eine praktisch beliebige Orientierung dieses Arbeitsraumes, beispielsweise eine horizontale Anordnung möglich.

Eine abgewandelte Ausführungsform kann jedoch vorsehen, dass die Rotorwelle nach oben weisend oberhalb des Antriebs und der

Magnetkupplung angeordnet ist und der Eintritt durch eine Eintrittsöffnung in die Kammer oder den Arbeitsraum oberhalb dem bei dieser Anordnung obersten Rotor vorgesehen ist. Es ergibt sich dann ein abwärts gerichteter Weg für das zu bear- beitende Medium, der zum Beispiel auch vertikal sein kann. Dies ist besonders günstig für die Kühlwirkung am Spalttopf, weil dieser dann entsprechend intensiv von dem bearbeiteten Medium beaufschlagt werden kann.

Damit die Vorrichtung vor allem auch für hohe Temperaturen geeignet ist, ohne dass ungeeignete oder sehr teuere oder aufwendige Wälzlager benutzt werden müssen, ist es zweckmäßig, wenn die Lager Gleitlager, insbesondere Keramiklager, z.B. aus Siliziumkarbid, sind, wobei die jeweils mit der Welle mitdrehende Lagerhülse auf einem zwischen ihr und der Welle befindlichen Metallstutzen angeordnet ist, der über einen Teil der Lagerbreite eine gegenüber der Welle etwas vergrößerten Innendurchmesser und/oder wenigstens einen in axialer Richtung oder schräg dazu verlaufenden Schlitz hat, dessen Breite ins- besondere größer als die zu erwartende Wärmedehnung ist. Somit können Wärmedehnungen und dabei auch unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten ausgeglichen werden, da die unterschiedlichen Innendurchmesser und/oder der Schlitz unterschiedliche Wärmedehnungen der eigentlich zusammenwirkenden Teile zulassen, so dass beispielsweise ein inneres Stahlstut- zenteil nicht eine Keramiklagerhülse aufsprengt. In vorteilhafter Weise können also Keramiklagerhülsen verwendet werden, die eine hohe Temperatur- und Verschleißbeständigkeit haben.

Die Rotoren und die Lagerhülsen können koaxial nebeneinander und/oder einander berührend auf der Antriebswelle angeordnet und gemeinsam in axialer Richtung durch eine Druckkraft verspannt sein. Dies ergibt eine einfache Montage und erlaubt eine

praktisch hinsichtlich ihres Durchmessers durchgehende Antriebswelle, auf welcher einerseits die Rotoren und andererseits die Lagerhülsen koaxial nebeneinander angeordnet sein können. Dabei ist es möglich, dass die Lagerhülsen an einer ihrer Stirnseiten einen Anschlag und eine Abschrägung oder Abrundung aufweisen, die der Anschlag in negativer Form aufweist, so dass das axiale Andrücken der Lagerhülse an den Anschlag auch eine radiale Fixierung und Zentrierung ergeben kann.

Die insbesondere aus Keramik bestehende stillstehende Lagerbuchse des jeweiligen Gleitlagers kann in einem metallischen Halter angeordnet sein, der bei Erwärmung aufgrund seines größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von der Lagerbuchse nach außen zurückweicht, und an der Außenseite der Lagerbuchse kann ein geschlitzter oder mehrfach unterteilter Außenring vorgesehen sein, der mittels Federkraft oder Federn an die Lagerbuchse angedrückt ist. Somit ergibt sich auch für die Lagerbuchse bei unterschiedlicher Wärmedehnung in jeder Dehnungsphase eine gute radiale Festlegung bzw. die außenseitig gegen Feder- oder Rückstellkräfte nachgiebige Halterung kann die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Lagerbuchse ausgleichen .

Für die axiale Verspannung der Rotoren und der Lager an dem der magnetischen Kupplung abgewandten freien Ende der Welle kann eine in diese eingreifende Dehnschraube vorgesehen sein, die eine Dehnhülse übergreift, welche sich an den auf der Welle aufgereihten Teilen abstützt. Somit kann eine Verspannung der Dehnschraube die gewünschte Druckkraft in axialer Richtung auf die auf der Welle aufgereihten Teile bewirken. Die Verwendung einer Dehnschraube kann dabei von vorneherein berücksichtigen, dass diese Vorspannung auch bei hohen Temperaturen und

entsprechenden Temperaturdehnungen erhalten bleiben soll.

Die Beförderung des Mediums durch die Kammer oder den Arbeitsraum kann dadurch erleichtert sein, dass die Halterungen der Lager Durchbrüche haben oder aus Einzelstegen gebildet sind. Entsprechend gut kann das Medium auch durch diese Halterungen der Lager hindurch gefördert werden.

Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbe- schriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich eine Vorrichtung zum Dispergieren oder Homogenisieren, die hohe Leistungen erlaubt, weil hohe Temperaturen berücksichtigt werden können, ohne dass die Abdichtung des Arbeitsraumes aufwendige, gegebenenfalls gekühlte Wellenabdichtungen, zum Beispiel in Form von Gleitringdichtungen, erfordert.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil in schematisierter Darstellung:

Fig.1 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dispergieren oder Homogenisieren mit einem Antriebsmotor und einer von dem Medium durchströmten Kammer, in welcher aus Rotor und Stator beste- hende Werkzeuge angeordnet sind, wobei zwischen dem Antrieb und den Werkzeugen eine Magnetkupplung vorgesehen ist, sowie

Fig.2 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ohne den zugehörigen Antriebsmotor.

Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum

Dxspergieren oder Homogenisieren im Durchlaufprinzip und wird nachfolgend auch als Dispergiergerät 1 bezeichnet. Sie weist für die Bearbeitung eines Mediums insgesamt drei aus Rotor 2 und Stator 3 bestehende Werkzeuge auf, welche innerhalb einer von dem zu bearbeitenden Medium durchströmten Kammer 4, im Folgenden auch „Arbeitsraum 4" genannt, angeordnet sind.

Die noch zu beschreibende Lagerung der Rotoren 2 ist in der Kammer 4 angeordnet und die Rotoren 2 sind über eine im Ganzen mit 5 bezeichnete Magnetkupplung durch den Antriebsmotor 6 angetrieben. Die Magnetkupplung 5 weist dabei zwischen einem antriebsseitigen drehangetriebenen Antriebskupplungsteil 7 und einem Abtriebskupplungsteil 8 einen feststehenden, die Kammer 4 im Kupplungsbereich hermetisch abschließenden Spalttopf 9 auf, so dass mit dem Dispergiergerät 1 auch bei hoher Temperatur und hohen Drücken eine hohe Leistung erzielt werden kann, ohne besonders gekühlte Wellenabdichtungen, z.B. Gleitnngdich- tungen, vorsehen zu müssen.

Vor allem in Figur 2 erkennt man, dass der antriebsseitige Antriebskupplungsteil 7 als Magnetträger in den vertieften oder hohl ausgebildeten abtriebsseitigen Abtriebskupplungsteil 8 eingreift und zwischen den beiden Kupplungstellen der Spalttopf 9 angeordnet ist. Der vertiefte oder hohle Abtriebs- kupplungstell 8 ist also der Kammer 4 zugewandt bzw. befindet sich in dieser, kann also von dem zu bearbeitenden Medium beaufschlagt und gekühlt werden.

Dieser äußere Abtriebskupplungsteil 8 ist mit einer in der Kammer 4 befindlichen Antriebswelle 10 für die Rotoren 2 verbunden und auch die Lager 11 für den oder die von der Antriebswelle 10 getragenen Rotoren 2 sind innerhalb der von dem Medium durchströmten Kammer 4 benachbart zu den Rotoren 2

angeordnet, werden also von dem zu bearbeitenden Medium umströmt und gekühlt.

Dabei erkennt man vor allem in Figur 2, dass der Antriebs- kupplungsteil 7 zylindrisch und der Abtriebskupplungsteil 8 dazu passend hohlzylindrisch ausgebildet sind, so dass der Antriebskupplungsteil 7 in den Abtriebskupplungsteil 8 eingreifen kann, wobei aber, wie erwähnt, zwischen diesen beiden Kupplungsteilen der Spalttopf 9 für eine hermetische Trennung und Abdichtung sorgt .

Betrachtet man die Eintrittsöffnung 12 und die Ausgangsöffnung 13 der Kammer 4, wird deutlich, dass die Lager 11 im Strömungsbereich des Mediums innerhalb der Kammer 4 angeordnet sind, also durch die Beförderung des Mediums durch die Kammer 4 hindurch entsprechend von dem Medium beaufschlagt und gekühlt werden können, so dass entsprechend hohe Drehzahlen möglich sind. In nicht näher dargestellter Weise kann dabei bei den jeweiligen Lagern 11 an wenigstens einem der relativ zueinander bewegbaren Lagerteile zumindest eine Nut oder dergleichen Einformung zum Fördern von zu dispergierendem Medium durch das jeweilige Lager 11 hindurch vorgesehen sein, was die Schmier- und Kühlwirkung verbessert.

Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die an dem Abtriebskupplungsteil 8 angeordnete oder damit verbundene Welle 10 zwei Lager 11 aufweist und zwischen diesen beiden Lagern 11 zwei Rotoren 2 sowie an ihrem der Kupplung 5 abgewandten, über das zweite Lager 11 überstehenden Ende fliegend gelagert einen dritten Rotor 2 trägt. Insgesamt enthält also das Dispergier- gerät 1 drei Rotoren 2 mit zugehörigen Statoren 3, deren zwei beidseits gelagert sind, so dass nur der in Strömungsrichtung vorderste, der Eintrittsöffnung 12 nächstliegende Rotor 2 fliegend gelagert ist. Entsprechend präzise sind die Lagerverhältnisse und entsprechend eng können die Spalten zwischen Rotoren 2 und Statoren 3 ausgebildet sein.

In den Zeichnungen erkennt man, dass das Abtriebskupplungsteil 8 wenigstens einen Durchlass 14 oder auch mehrere derartige

Durchlässe 14 zu dem Spalttopf 9 und wenigstens einen Auslass

15 zu der Ausgangsöffnung 13 der Kammer 4 oder des

Arbeitsraumes hin hat, so dass auch der Spalttopf 9 trotz des ihn weitgehend umschließenden Abtriebskupplungsteils 8 von dem Medium beaufschlagt und gekühlt werden kann.

Der Auslass 15 aus dem Abtriebskupplungsteil 8 ist dabei dessen öffnung an dem freien Rand 16 dieses Abtriebskupplungsteils 8, in welche öffnung der Spalttopf 9 und in dessen Inneres das Antriebskupplungsteil 7 eingreifen. Somit kann bei laufender Vorrichtung 1 das in das Abtriebskupplungsteil 8 eingeführte Medium gut und gleichmäßig an dem Spalttopf 9 verteilt werden und diesen kühlen.

Im Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 10 horizontal angeordnet, jedoch könnte sie auch nach oben weisend oder vertikal oberhalb dem Antrieb 6 und der Magnetkupplung 5 angeordnet sein, so dass die Eintrittsöffnung 12 in die Kammer 4 oder den

Arbeitsraum oberhalb den Rotoren 2 vorgesehen wäre. Dies ist aufgrund der guten hermetischen Abdichtung der Kammer 4 mit Hilfe des Spalttopfes 9 möglich, so dass die Beförderung des Mediums durch die Vorrichtung 1 mit Hilfe der Schwerkraft unterstützt werden und die Kammer 4 besser entleert werden kann, da sie einfach leerlaufen kann, was beim Reinigen und beim Bearbeiten von Produkten, die beim Abkühlen aushärten, vorteilhaft ist.

In Figur 2 ist dargestellt, dass die jeweils mit der Welle 10 mitdrehende Lagerhülse 17 des jeweiligen Lagers 11 auf einem zwischen ihr und der Welle 10 befindlichen Metallstutzen 18 angeordnet ist, der über einen Teil der Lagerbreite eine gegenüber der Welle 10 etwas vergrößerten Innendurchmesser oder gemäß dem Ausführungsbeispiel einen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz 19 hat, dessen Abmessung insbesondere größer als die zu erwartende Wärmedehnung ist. Somit können die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten einerseits der Lagerhülse 17 und andererseits der Welle 10 ausgeglichen werden.

Ferner erkennt man in Figur 2, dass die Rotoren 2 und die Lagerhülsen 17 der Lager 11 koaxial nebeneinander auf der Antriebswelle 10 angeordnet und gemeinsam m axialer Richtung in noch zu beschreibender Weise durch eine Druckkraft verspannt sind, so dass sich eine einfache Montage ergibt. Die ebenfalls aus Keramik bestehende, stillstehende, mit der Lagerhülse 17 zusammenwirkende Lagerbuchse 20 des jeweiligen Gleitlagers 11 ist in einem metallischen Halter 21 angeordnet, der bei Erwärmung aufgrund seines größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von der Lagerbuchse 20 radial nach außen zurückweichen kann. Dabei erkennt man vor allem in Figur 2 an der Außenseite der Lagerbuchse 20 einen geschlitzten oder

mehrfach unterteilten Außenring 22, der mittels Federkraft von Federn 23 an die Lagerbuchse 20 angedrückt ist und sich somit zwischen dem Halter 21 und der Lagerbuchse 20 befindet. Auf diese Weise können auch an dieser Stelle unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und hohe Temperaturen ausgeglichen werden.

Für die schon erwähnte axiale Verspannung der Rotoren 2 und der Lager 11 beziehungsweise ihrer Lagerhülsen 17 ist an dem der magnetischen Kupplung 5 abgewandten freien Ende der Welle 10 eine in diese axial eingreifende Dehnschraube 24 vorgesehen, die mit ihrem Außengewinde in ein Innengewinde in der Welle 10 eingreift und mit ihrem außen liegenden Kopf 25 eine Dehnhülse 26 axial übergreift, welche sich an den auf der Welle 10 aufgereihten Teilen, also den Rotoren 2 und den Lagern, abstützt. In Figur 2 erkennt man deutlich, wie diese in axialer Richtung zusammendrückbare Dehnhülse 26 von dem Kopf 25 der Dehnschraube 24 übergriffen wird und eine Verspannung der Teile ermöglicht, die auch bei Wärmedehnungen aufgrund der Verwendung einer entsprechend vorgespannten Dehnschraube 24 bestehen bleibt.

Es sei noch erwähnt, dass die Halter 21 der Lager 11 Durchbrüche 27 haben, durch welche das Medium von der Eintritts- öffnung 12 zur Ausgangsöffnung 13 befördert werden kann. Konzentrisch zu dem Arbeitsraum beziehungsweise zu der Kammer 4 erkennt man noch einen Heizraum 28, mit dem die Temperatur in der Kammer 4 beeinflusst werden kann.

Die Vorrichtung 1 dient zum Dispergieren oder Homogenisieren im Durchlaufprinzip und weist wenigstens ein aus Rotor 2 und Stator 3 bestehendes Werkzeug, zweckmäßigerweise mehrere derartige Werkzeuge axial hintereinander auf, die in einer von dem

zu bearbeitenden Medium durchflossenen Kammer 4 angeordnet sind. Der oder die Rotoren 2 werden über eine Magnetkupplung 5 von einem Motor 6 angetrieben, wobei die Magnetkupplung 5 zwischen einem antriebsseitigen drehangetriebenen Antriebs- kupplungsteil 7 und einem Abtriebskupplungsteil 8 einen feststehenden Spalttopf 9 aufweist, so dass aufwendige gekühlte Wellendichtungen vermieden werden können. Der antriebsseitige Antriebskupplungsteil 7 greift dabei in den vertieften oder hohl ausgebildeten, zweckmäßigerweise zylindrischen ab- triebsseitigen Abtriebskupplungsteil 8 ein und zwischen beiden Kupplungsteilen befindet sich der Spalttopf 9. Somit kann der Abtriebskupplungsteil 8 und der Spalttopf 9 durch das zu bearbeitende Medium gekühlt werden.

Ansprüche