Maschine zur Behandlung eines fliessfähigen förderbaren Materials

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine bzw. eine Anlage sowie auf ein Verfahren zur Behandlung eines fliessfähigen förderbaren Materials, insbesondere zur Zerteilung und Verteilung in einer Trägerflüssigkeit enthaltener Feststoffteilchen, Tröpfchen oder Gasbläschen.

Derartige Maschinen weisen ein Grundgestell und ein Gehäuse auf, das eine von dem Material durchströmbare Behandlungskammer umschliesst, mit einem Einlass zum Zuführen des zu behandelnden Materials und einem Auslass zum Abführen des behandelten Materials. Dabei ist die Kammer relativ zum Grundgestell der Maschine beweglich gelagert und mit einer Schwingungsquelle gekoppelt, durch die das Kammergehäuse relativ zum Grundgestell der Maschine in Schwingungsbewegungen versetzbar ist.

Bekannt sind sogenannte Schwingmühlen oder Rohr(schwing)mühlen, die eine oder mehrere horizontal angeordnete und mit Mahlhilfskörpern gefüllte Kammern in Form von Hohlzylindem bzw. Rohrabschnitten aufweisen (horizontale Zylinderachse). Die mit Mahlgutsuspension gefüllten Kammern werden dabei in der Regel durch einen Unwuchtmotor in relativ niederfrequente Schwingungen mit Frequenzen von etwa 10 bis 25 Hz und mit Amplituden von mehreren Millimetern bis über einen Zentimeter versetzt. Die Zerkleinerung der suspendierten Mahlgutpartikel erfolgt dabei vorwiegend durch Stösse zwischen den in lockerer Schüttung vorliegenden Mahlhilfskörpern (z.B. Stahlkugeln, Stahlstäbe) und den suspendierten Mahlgutpartikeln, wobei ein typischer Stoss- vorgang z.B. durch zwei gegeneinander prallende Mahlhilfskörper erfolgt, zwischen denen ein oder mehrere Mahlgutpartikel zerkleinert werden. Bei kommerziellen Schwingmühlen arbeitet man mit Leistungsdichten in der Grössenordnung von mehreren Kilowatt/Liter.

Weiterhin sind Vibrationsmühlen bekannt, die eine mit Mahlhilfskörpem gefüllte Kammer aufweisen. Die mit Mahlgutsuspension gefüllte Kammer wirdjJabei ebenfalls in der

Regel durch einen Unwuchtmotor in relativ niederfrequente Schwingungen mit Frequenzen von etwa 10 bis 25 Hz und mit Amplituden deutlich unter einem Zentimeter versetzt. Die Zerkleinerung der suspendierten Mahlgutpartikel erfolgt dabei vorwiegend durch Stösse zwischen den in relativ dichter Schüttung vorliegenden Mahlhilfskörpern (meist Stahlkugeln) und den suspendierten Mahlgutpartikeln, wobei auch hier ein typischer Stossvorgang z.B. durch zwei gegeneinander prallende Mahlhilfskörper erfolgt, zwischen denen ein oder mehrere Mahlgutpartikel zerkleinert werden. Bei kommerziellen Vibrationsmühlen dieser Bauart liegen die erzielten Leistungsdichten in der Regel unter etwa 30 Watt/Liter.

Bekannt sind auch Rührwerksmühlen oder Rührwerkskugelmühlen, in denen ein bewegtes Werkzeug (meist ein Rotor mit Stiften) in einer mit Mahlgutsuspension gefüllten Kammer bewegt wird. Die in der Kammer bewegte Flüssigkeit der Mahlgutsuspension führt neben den suspendierten Mahigutteilchen auch Mahlhilfskörper mit. Die Zerkleinerung der suspendierten Mahlgutpartikel erfolgt dabei vorwiegend durch Stösse zwischen den in relativ lockerer Schüttung vorliegenden Mahlhilfskörpern (meist Stahlkugeln oder Keramikkugeln) und der Kammer-Innenwand und/oder durch Stösse zwischen den Mahlhilfskörpern und dem bewegten Werkzeug (hauptsächlich an den Ro- torstiften) sowie in geringerem Masse durch Stösse zwischen den Mahlhilfskörpern, die mit relativ hoher Geschwindigkeit aufgrund der durch das bewegte Werkzeug verursachten und über die Flüssigkeit vermittelten Schleppkräfte mit Geschwindigkeiten der Grössenordnung 10 m/s strömen. Bei kommerziellen Rührwerkskugelmühlen arbeitet man mit Leistungsdichten in der Grössenordnung von mehreren Kilowatt/Liter.

Erwähnenswert sind in diesem Zusammenhang auch vereinzelte Ansätze, bei denen eine Rührwerkskugelmühle herkömmlicher Bauart auf einem Unterbau fest montiert ist, der ähnlich wie die weiter oben beschriebenen Schwingmühlen oder Vibrationsmühlen in relativ niederfrequente Schwingungen (mit Frequenzen von etwa 10 bis 25 Hz) und mit Amplituden von mehreren Millimetern bis über einen Zentimeter versetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Maschine zur Behandlung eines fliessfähigen förderbaren Materials bereitzustellen und insbesondere eine solche Maschine zur Zerteilung und Verteilung in einer Trägerflüssigkeit enthalte-

ner Feststoffteilchen, Tröpfchen oder Gasbläschen bereitzustellen, welche bei ihrer Verwendung als Mühle zur Nasszerkleinerung ein vergleichbares Zerkleinerungsergebnis wie die eingangs genannten Mühlen erzielt, und zwar mit deutlich weniger Energieaufwand bzw. deutlich weniger Leistung pro Liter Mahlgut und/oder kürzerer Mahldauer als bei den bekannten Mühlen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Maschine dadurch gelöst, dass die Kammer mit einer Vielzahl von Behandlungskörpem aus einem Feststoffmaterial gefüllt ist, deren grösste Abmessung kleiner als ein Viertel der kleinsten Kammervolumen- Abmessung ist und die im Ruhezustand der Maschine eine Schüttung im unteren Bereich der Kammer bilden, und dadurch, dass die Kammer relativ zum Grundgestell vertikal beweglich gelagert und in vertikale Schwingungen versetzbar ist. Erfindungsge- mäss erfolgt die Behandlung des fliessfähigen förderbaren Materials unter Verwendung der erfindungsgemässen Maschine, indem das Material über den Einlass in die Kammer gepumpt und über den Auslass aus der Kammer abgeführt wird, während das Kammergehäuse mit den in ihm enthaltenen Behandlungskörpem in eine Vibrationsbewegung versetzt wird.

Bei Versuchen zur Dispergierung von Offset-Farben hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit dieser erfindungsgemässen Vorgehensweise

a) dieselbe Produktfeinheit wie mit einer standardmässigen Rührwerkskugelmühle erzielt wird, wofür die erfindungsgemässe Maschine aber nur einen Bruchteil der bei der Rührwerkskugelmühle notwendigen spezifischen Energie (spezifischer mechanischer Energieeintrag) benötigt; oder b) eine höhere Produktfeinheit als mit einer standardmässigen Rührwerkskugelmühle erzielt wird, wenn der erfindungsgemässen Maschine dieselbe spezifische Energie (spezifischer mechanischer Energieeintrag) wie der Rührwerkskugelmühle zur Verfügung steht.

Die Behandlung der Farbpigmente erfolgt bei vorliegenden Erfindung durch das Zusammenwirken mehrerer Mechanismen.

Erstens erzeugen die durch die vibrierende Kammer hin und her bewegten Behandlungskörper in der sie umgebenden Trägerflüssigkeit Dehnströmungen, in denen suspendierte Partikel oder Agglomerate zerkleinert bzw. desagglomeriert werden.

Zweitens erfolgt eine Zerkleinerung bzw. Desagglomerierung der suspendierten Partikel durch Stösse der Behandlungskörper untereinander.

Drittens entstehen während des Betriebs der Maschine in dem mit Trägerflüssigkeit gefüllten Kammervolumen fortlaufend Bereiche, die weitgehend frei von Behandlungskörpern sind, sog. "Blasen" ("Dispergierblasen") im Schwärm der Behandlungskörper. Innerhalb dieser Dispergierblasen bilden sich kleine Dampfbläschen in der Trägerflüssigkeit. Diese Dampfbläschen bilden sich fortlaufend und fallen dann wieder in sich zusammen. Ebenso entstehen die Dispergierblasen und wandern dann im Kammervolumen umher oder fallen in sich zusammen, d.h. sie werden wieder von Behandlungskörpern besetzt. Die Zeitdauer zwischen dem Entstehen und Verschwinden einer Disper- gierblase ist ein Vielfaches der Periodendauer der Hin- und Herbewegung der Behandlungskörper. Auch die Zeitdauer zwischen dem Entstehen und Verschwinden der Dampfbläschen ist ein Vielfaches der Periodendauer der Hin- und Herbewegung der Behandlungskörper. Vieles deutet darauf hin, dass in den "Blasen"-Bereichen, die eine Verarmung an Behandlungskörpern aufweisen, ein tieferer Druck als in den übrigen Kammerbereichen herrscht. Dies ermöglicht dann innerhalb des Volumens der Dispergierblasen die Entstehung und das Verschwinden der Dampf bläschen. Die sich hin und her, vorwiegend aber auf und ab bewegenden Behandlungskörper-Schwärme im Umfeld einer Dispergierblase wirken zusammen mit der zwischen den Behandlungskörpern verteilten Trägerflüssigkeit wie ein Kolben und prägen der Trägerflüssigkeit innerhalb der Dispergierblase eine periodische Druckschwankung auf. Die Dispergierblase scheint zu "atmen". Dabei wird während der Lebensdauer einer Dispergierblase immer wieder spontan Trägerflüssigkeit aus den die Dispergierblase umgebenden, an Behandlungskörpern reichen Bereichen in die Dispergierblase eingespritzt. All dies trägt wesentlich zur Zerteilung und Verteilung der in der Trägerflüssigkeit suspendierten Partikel bzw. Agglomerate bei.

Mit anderen Worten kann man auch sagen, dass bei der Maschine und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung stets ein Wechselspiel von fester Phase (Behandlungskörper), einer flüssigen Phase (Trägerflüssigkeit) und einer gasförmigen Phase (Dampf der Trägerflüssigkeit oder Gas in der Kammer) stattfindet, d.h. es liegen gleichzeitig oder zumindest über die Zeit gemittelt stets eine Feststoff-, eine Flüssigkeits- und eine Dampf- bzw. Gasphase im Innern der Kammer vor.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der im Ruhezustand von Behandlungskörpern freie Raum des Kammervolumens oberhalb der Behandlungskörper-Schüttung 10% bis 80% des Kammervolumens einnimmt. Die weiter oben erwähnte kolbenartige Abdichtung der Dispergierblase wird somit ermöglicht, wobei insbesondere eine ausreichend hohe Viskosität der Trägerflüssigkeit benötigt wird.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Vielzahl der Behandiungskörper eine polydisperse und/oder polymorphe Mischung aus unterschiedlich grossen und/oder unterschiedlich geformten Behandlungskörpern ist, wobei der Durchmesser der Behandlungskörper vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm liegt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Durchmesser der einzelnen Behandlungskörper einer ersten Behandlungskörper-Gruppe im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm liegen und die Durchmesser der einzelnen Behandlungskörper einer zweiten Behandlungskörper-Gruppe im Bereich von 1 mm bis 10 mm liegen. Auf diese Weise wird eine besonders dichte Packung von Behandlungskörpern ermöglicht, so dass die weiter oben erwähnte kolbenartige Abdichtung der Dispergierblase auch schon bei einer weniger hohen Viskosität der Trägerflüssigkeit ermöglicht wird. Die Behandlungskörper kugelförmig sein, öder es kann sich um polyederähnliche Gebilde handeln, deren Spitzen und Kanten abgerundet und deren Flächen leicht nach aussen gewölbt sind.

Zweckmässigerweise ist die Dichte der Behandlungskörper grösser als die Dichte der Trägerflüssigkeit des zu behandelnden Materials. Dafür kommen z.B. massive Kugeln aus einem schweren Material (z.B. Stahl) in Frage. Einerseits erfahren damit diese "schweren" Behandlungskörper Stösse vorwiegend mit einer vertikal nach oben gerichteten Komponente und möglicherweise und in geringerem Ausmass Stösse mit einer vertikal nach unten gerichteten Komponente, nämlich durch Stösse, die durch den sich

hin und her bewegenden Kammerboden hervorgerufen werden bzw. Stösse die durch die sich hin und her bewegende Kammerdecke hervorgerufen werden. Andererseits unterliegend sie der Schwerkraft und schliesslich noch den Schleppkräften der sie umgebenden Trägerflüssigkeit. Im Betrieb stellt sich dann auch für diese schweren Behandlungskörper ein Gradient der Behandlungskörper-Verteilung in der Kammer ein, wobei nach unten hin die Zahl der Behandlungsköper pro Volumeneinheit zunimmt. Mit zunehmender Frequenz der Kammer-Vibration (Hin- und Herbewegung der Kammer) lässt sich eine Vergleichmässigung der räumlichen Behandlungskörper-Verteilung erzielen.

Alternativ kann die Dichte der Behandlungskörper auch kleiner als die Dichte der Trägerflüssigkeit des zu behandelnden Materials sein. Hierfür kommen z.B. hohle oder poröse Kugeln aus einem schweren (Stahl) oder einem leichten Material (Keramik) in Frage. Dies führt in erster Linie zu einer Umkehrung der im vorhergehenden Absatz geschilderten Verhältnisse. Es stellt sich dann für diese "leichten" Behandlungskörper ein Gradient der Behandlungskörper- Verteilung in der Kammer ein, wobei nach oben hin die Zahl der Behandlungsköper pro Volumeneinheit zunimmt. Mit zunehmender Frequenz der Kammer-Vibration (Hin- und Herbewegung der Kammer) lässt sich aber auch hier eine Vergleichmässigung der räumlichen Behandlungskörper-Verteilung erzielen.

Wenn die Behandlungskörper-Füllung der Maschine eine Kombination aus schweren und leichten Behandlungskörpern ist, kann eine gleichmässigere räumliche Verteilung von Behandlungskörpern im Innern der Kammer erzielt werden. Dies erweist sich beim Anfahren der Maschine als vorteilhaft.

Die Maschine und ihr Vibrationsantrieb sind so ausgelegt, dass das Kammergehäuse in Schwingungsbewegungen versetzt werden kann, deren Frequenz im Bereich von 15 Hz bis 120 Hz, insbesondere im Bereich von 20 Hz bis 120 Hz und am bevorzugtesten im Bereich von 20 Hz bis 100 Hz liegt und deren Amplitude im Bereich von 0,1 mm bis 6 mm liegt. Dies ermöglicht eine Anregung der Kammer-Grundgestell-Schwingung mit einer Frequenz von 30Hz bis 120 Hz. Besonders vorteilhaft sind 40Hz bis 80Hz, insbesondere wenn Wasser oder Silikonöl als Trägerflüssigkeit verwendet werden.

Für die Schwingungsquelle und deren Ankopplung an die Kammer kommen mehrere Varianten in Frage:

> eine Quelle für mechanische Schwingungen bzw. Vibrationen mit mechanischer, induktiver oder kapazitiver Ankopplung; oder

> eine Quelle für elektromagnetische Schwingungen bzw. Vibrationen mit mechanischer, induktiver oder kapazitiver Ankopplung.

Die Kammer kann linear mit einem Freiheitsgrad gelagert und mit der Schwingungsquelle gekoppelt sein, so dass die Kammer in eine lineare Hin- und Herbewegung versetzbar ist. Die Kammer kann auch planar mit zwei Freiheitsgraden gelagert und mit der Schwingungsquelle gekoppelt sein, so dass die Kammer in eine kreisende Bahnbewegung versetzbar ist. Mitverantwortlich für das Zustandekommen der weiter oben geschilderten Mechanismen ist das Vorhandensein gegen die Abtriebskraft bzw. Auftriebskraft der "schweren" bzw. "leichten" Behandlungskörper wirkenden vertikalen Stosskomponenten nach oben bzw. nach unten.

Die Kammer kann an dem Grundgestell nur gleitend und ohne jegliche Federung oder Rückstellmittel gelagert sein. Dies reicht z.B. bei einem elektromagnetischen Antrieb mit periodischer Umpolung der Felder aus. Man erzielt auf diese Weise eine Hin- und Herbewegung der Kammer auch ohne eine mechanische Federung der Ankopplung.

Alternativ kann die Kammer an dem Grundgestell gleitend und mit Federung oder Rückstellmittel gelagert sein. Dies ermöglicht z.B. einen Antrieb in der Nähe der Resonanzfrequenz der Einheit aus Kammermasse und Federung, wobei die Resonanzfrequenz durch Verändern der Federkonstanten eingestellt werden kann.

Die Kammer-Innenwand und die Behandlungskörper können aus Metall, insbesondere aus Stahl bestehen. Alternativ können die Kammer-Innenwand und die Behandlungskörper aus Keramik oder aus einem Polymermaterial bestehen. Vorteilhaft ist auch eine Auskleidung der Kammer mit einem Elastomermaterial.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Kammer-Innenwand aus Keramik oder aus einem Polymermaterial besteht und die Behandlungskörper aus Metall bestehen.

Umgekehrt kann auch die Kammer-Innenwand aus Metall bestehen und die Behandlungskörper aus Keramik oder aus einem Polymermateria! bestehen.

Besonders vorteilhaft ist eine Bestückung der Maschine mit "leichten" und "schweren" Behandlungskörper aus Keramik bzw. aus Stahl und mit einer Stahlauskleidung im oberen Bereich der Kammer und einer Keramikauskleidung im unteren Bereich der Kammer.

Vorzugsweise ist der Einlass im unteren Teil der Kammer und der Auslass im oberen Teil der Kammer angeordnet. Dies ist bei schweren Behandlungskörpern vorteilhaft. Bei einer Umkehrung der Verhältnisse wegen der Verwendung von leichten anstatt schweren Behandlungskörpern kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Einlass im oberen Teil der Kammer und der Auslass im unteren Teil der Kammer angeordnet ist.

Zweckmässigerweise besitzt die erfindungsgemässe Maschine am Auslass und/oder am Einlass eine Trennvorrichtung, welche die Behandlungskörper daran hindert, die Kammer über den Auslass und/oder über den Einlass zu verlassen, während sie das zu behandelnde oder das behandelte Material passieren lässt.

Zweckmässigerweise besitzt sie auch eine zum Einlass führende Einlassleitung, die eine Förderpumpe zum Fördern des Materials enthält.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist die Kammer relativ zum Grundgestell der Maschine beweglich gelagert und mit einer ersten Schwingungsquelle gekoppelt, durch welche die Kammer relativ zum Grundgestell in Schwingungsbewegungen versetzbar ist, und die Maschine besitzt einen Ausgleichskörper, der relativ zum Grundgestell der Maschine beweglich gelagert und mit einer zweiten Schwingungsquelle gekoppelt ist. Zweckmässigerweise sind dabei die erste Schwingungsquelle und die zweite Schwingungsquelle zueinander gegenphasig antreibbar. Dadurch lassen sich von der Maschine auf ihre Umgebung, insbesondere auf den Boden wirkende Kräfte minimieren.

Vorzugsweise erfüllen die Masse M1 und die Vektorkomponenten der Amplitude A1 des Schwingungsvektors der Kammer einerseits und die Masse M2 und die Vektorkomponenten der Amplitude A2 des Schwingungsvektors des Ausgleichskörpers andererseits die Beziehung 0,5 < (A1 x M1 ) / (A2 x M2) < 1 ,5.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn 0,8 < (A1 x M1) / (A2 x M2) < 1 ,2.

Dadurch wird u.a. eine Minimierung der Bodenkräfte erzielt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Ausgleichskörper eine zweite Kammer, deren Funktion dieselbe wie die der mit der ersten Schwingungsquelle gekoppelten ersten Kammer ist, wobei vorzugsweise die zweite Kammer zur ersten Kammer baugleich ist.

Eine erfindungsgemässe Anlage zur Behandlung eines fliessfähigen förderbaren Materials, insbesondere zur Zerteilung und Verteilung in einer Trägerflüssigkeit enthaltener Feststoffteilchen, Tröpfchen oder Gasbläschen enthält vorzugsweise eine Serienschaltung und/oder eine Parallelschaltung der weiter oben beschriebenen erfindungsgemäs- sen Maschinen.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Behandlung eines fliessfähigen förderbaren Materials, insbesondere zur Zerteilung und Verteilung in einer Trägerflüssigkeit enthaltener Feststoffteilchen, Tröpfchen oder Gasbläschen, unter Verwendung der erfindungsgemässen Maschine oder Anlage wird das Material über den Einlass in die Kammer gepumpt und über den Auslass aus der Kammer abgeführt, während das Kammergehäuse mit den in ihm enthaltenen Behandlungskörpern in eine Vibrationsbewegung versetzt wird.

Auf diese Weise wird das gleichzeitige Auftreten und Zusammenwirken der weiter oben geschilderten Mechanismen hervorgerufen, nämlich

> mittels der durch die vibrierende Kammer hin und her bewegten Behandlungskörper in der sie umgebenden Trägerflüssigkeit Dehnströmungen zu erzeugen, in denen suspendierte Partikel oder Agglomerate zerkleinert bzw. desagglomeriert werden;

> durch Stösse der Behandlungskörper untereinander die suspendierten Partikel zu zerkleinern bzw. zu desagglomerieren; und

> durch das Zusammenwirken der Hin- und Herbewegung der Kammer und die so erzeugten Stösse auf die Behandlungskörper einerseits und die Viskosität der Trägerflüssigkeit andererseits das fortwährende Entstehen der Dispergierblase und der in ihr stattfindenden "Bläschenbildungen" / "Kochvorgänge" sowie die Einspritzbewegungen der Trägerflüssigkeit in die von Bläschen durchsetzte Dispergierblase zu erzeugen.

All dies begünstigt das Zerteilen und Verteilen der suspendierten Feststoffteilchen.

Vorzugsweise wird dem zu behandelnden Material vor oder während der Behandlung eine grenzflächenaktive Substanz zugeführt. Dadurch kann einerseits die Oberflächenspannung der Trägerflüssigkeit herabgesetzt und somit die Bildung der Dampfbläschen begünstigt werden. Andererseits kann dadurch ein Reagglomerieren der zerkleinerten oder desagglomerierten Feststoffpartikel verhindert werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit der erfindungsgemässen Maschine bzw. Anlage sowohl kontinuierlich als auch im Chargenbetrieb erfolgen.

Eine Driftbewegung der Behandlungskörper kann im Gleichstrom mit oder im Gegenstrom zu dem zu zerkleinernden Material erfolgen.

Vorzugsweise wird die Kammer-Grundgestell-Schwingung mit einer Frequenz angeregt, die im Bereich von 80% bis 120% der Kammer-Grundgestell-Resonanzfrequenz liegt (Resonanzfrequenz bei 100%). Dabei kann man mit Frequenzen im Bereich von 80% bis 95% oder im Bereich von 105% bis 120% der Resonanzfrequenz anregen. Bei ausreichender Dämpfung kann auch nahe an der Resonanz bei 95% bis 105% der Resonanzfrequenz oder direkt im Resonanzmaximum, d.h. mit der Resonanzfrequenz (bei

100%), angeregt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kammer-Grundgestell- Schwingung mit einer Frequenz von 30Hz bis 120 Hz ₁ insbesondere mit 40Hz bis 80Hz, angeregt wird.

Wenn Behandlungsköper zwischen 0,1 mm und 10 mm Durchmesser und eine Trägerflüssigkeit mit einer Viskosität von 1mPas bis 10 Pas verwendet wird, lassen sich mit einer Frequenz von 40Hz bis 80Hz sehr gute Dispergierergebnisse erzielen. Besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, dass unter Verwendung der gängigen Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz kostengünstige elektromagnetische Antriebe für die Hin- und Herbewegung der Kammer verwendet werden können.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Trägerflüssigkeit in der Kammer unter Druck gesetzt wird. Vorzugsweise liegt der Druck im Innern der Kammer im Bereich von 1 bar bis 200 bar und insbesondere im Bereich von 10 bar bis100 bar. Dies begünstigt das Entstehen der Dispergierblase und deren Begleiteffekte. Vorzugsweise ist der Druck im Innern der Kammer grösser als der Dampfdruck der Trägerflüssigkeit.

Die Viskosität der Trägerflüssigkeit sollte über einem Mindestwert liegen.

Zweckmässigerweise ist sie grösser als 1 mPas. Vorzugsweise liegt sie im Bereich von 0,1 mPas bis 50 Pas und insbesondere im Bereich von 0,5 Pas bis 10 Pas.

Als Trägerflüssigkeit kann Wasser oder eine wässrige Lösung verwendet werden. So kann z.B. durch Zugabe von Zucker, Stärke und dgl. die Viskosität des Wassers erhöht werden. Alternativ kann als Trägerflüssigkeit öl, insbesondere Silikonöl, verwendet werden. Durch den Einsatz oberflächenaktiver Substanzen lassen sich auch Gemische / Emulsionen verschiedener Flüssigkeiten wie z.B. öl-Wasser-Emulsionen herstellen. Weiterhin kann durch Heizen oder Kühlen der Trägerflüssigkeit deren für das jeweilige Produkt optimale Viskosität eingestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in die Kammer ein Gas oder ein Gasgemisch, insbesondere Stickstoff oder Luft, eingeleitet wird. Dadurch können zusätzlich zu den Dampfbläschen auch noch Gasbläschen erzeugt werden, die sich ähnlich wie die

Dampfbläschen verhalten. Darüber hinaus kann so die Druckerzeugung im Innern der Kammer durch Einleiten eines komprimierten Gases oder Gasgemisches in die Kammer erfolgen. Vorzugsweise wird das Gas oder Gasgemisch an mehreren Stellen der Kammerwand über Hochdruckdüsen eingeleitet. Das Einleiten des Gasgemisches kann impulsartig erfolgen.

Dabei reicht es schon aus, wenn die Frequenz der Impulsfolge kleiner als die Schwingungsfrequenz der Kammer ist. Besonders vorteilhaft ist aber, wenn die Frequenz der Impulsfolge gleich gross wie die Schwingungsfrequenz ist. Die Impulsfolge und die Schwingung können dann phasengleich betrieben werden. Dies lässt sich ohne grossen Aufwand durch eine direkte Kopplung des Kammer-Antriebs und der Pneumatik-Quelle erreichen. Bei Bedarf können die Impulsfolge und die Schwingung zueinander auch phasenverschoben betrieben werden.

Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Vielzahl neuer Parameter bereit, anhand derer der Fachmann eine Optimierung der Maschine, der Anlage und des Verfahrens ge- mäss der Erfindung je nach zu behandelndem Produkt durchführen kann.

Die vorliegende Erfindung eignet sich nicht nur zur Zerteilung und Verteilung von Feststoffpartikeln, sondern kann auch als Emulgiermaschine (Emulsionserzeugung) oder Schäummaschine (Schaumerzeugung) verwendet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Behandlungskörper-Schüttung vibriert. Dies hat zur Folge, dass die Behandlungskörper neben ihrer Hin- und Herbewegung nur eine langsame Driftbewegung in der Grössenordnung von einigen cm/s durchführen. Dies spart Energie, und es erfolgt nur eine geringe Temperaturerhöhung.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden, nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Einzelheiten der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, wobei:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Teils einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene im Ruhezustand ist;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Teils der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene im Betriebszustand ist;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Wandabschnitts einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene im Betriebszustand ist;

Fig. 4A eine schematische Schnittansicht eines Teils der ersten Ausführung in vertikaler Anordnung entlang einer zur Längsachse parallelen vertikalen Schnittebene ist und vier unterschiedliche Betriebszustände andeutet;

Fig. 4B eine schematische Schnittansicht des Teils der ersten Ausführung in horizontaler Anordnung entlang einer zur Längsachse orthogonalen vertikalen Schnittebene ist und vier unterschiedliche Betriebszustände andeutet;

Fig. 5A ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung einer mit der erfindungsgemässen Maschine behandelten Suspension ist;

Fig. 5B ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung einer mit einer Maschine des Stands der Technik behandelten Suspension ist;

Fig. 6A ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung einer mit der erfindungsgemässen Maschine behandelten Suspension ist;

Fig. 6B ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung einer mit einer Maschine des Stands der Technik behandelten Suspension ist;

Fig. 7A eine schematische Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 7B eine schematische Schnittansicht eines Teils einer vierten Ausführung entlang einer vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 8A eine schematische Darstellung eines Wandabschnitts einer fünften Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 8B eine Schnittansicht des Wandabschnitts der fünften Ausführung entlang der vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 9A eine schematische Darstellung eines Wandabschnitts einer sechsten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 9B eine Schnittansicht des Wandabschnitts der sechsten Ausführung entlang der vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 10 eine partielle Schnittansicht einer ersten Antriebsvariante der erfindungsgemässen Maschine ist;

Fig. 11 den Betriebspunkt im Amplitudengang der in Schwingungsbewegung versetzten erfindungsgemässen Maschine zeigt;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines erfindungsgemässen Linear-Antriebes ist;

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemässen Linear-Antriebes ist;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsge- mässen Linear-Antriebes ist;

Fig. 15 eine Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemässen Maschine ist;

Fig. 16 eine partielle Schnittansicht des Teils von Fig. 15 entlang einer vertikalen Schnittebene ist;

Fig. 17 eine Seitenansicht eines Abschnitts der erfindungsgemässen Maschine ist;

Fig. 18 eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Maschine ist; und

Fig. 19 eine Perspektivansicht eines Elementes der erfindungsgemässen Maschine ist.

In den verschiedenen Figuren tragen identische oder ähnliche Elemente dieselben Bezugszeichen.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene im Ruhezustand. Von der insgesamt mit 1 bezeichneten Maschine ist hier der Teil bzw. ein Gehäuse 5 gezeigt, an dessen unterem Ende ein Material-Einlass 2 und an dessen oberem Ende ein Material-Auslass 3 vorhanden ist, die in eine Behandlungskammer 4 münden bzw. aus ihr herausführen. Die Behandlungskammer 4 und das Gehäuse 5 sind zylinderförmig ausgebildet, wobei die Zylinderachse vertikal verläuft. Zumindest in Teilbereichen des Gehäuses 5 sind Kühlkanäle 5a vorhanden, die mit einem Kühlfluid durchströmbar sind. Die Kammer 4 ist mit einer Vielzahl von Behandlungskörpem B bis auf eine bestimmte Füllhöhe gefüllt. Die Füllhöhe, d.h. die Höhe der Behandlungskörper-Schüttung S, liegt vorzugsweise zwischen 20% und 95% der Kammerhöhe. Die Behandlungskörper B haben vorzugsweise eine kugelförmige oder kugelähnliche Gestalt. Das Gehäuse 5 und die Behandlungskörper B sind hier aus Metall gefertigt. Es können z.B. Stahl, Titan oder dgl. verwendet werden. Das Gehäuse 5 samt seiner Behandlungskörper B kann durch eine Antriebseinheit (siehe Fig. 10, 12, 13, 14, 17, 18) in eine erzwungene

Schwingungsbewegung bzw. Vibrationsbewegung versetzt werden, bei der sich das Gehäuse praktisch als Starrkörper verhält und eine Hin- und Herbewegung mit einer Schwingungsfrequenz f durchführt.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht des Teils der ersten Ausführung der erfin- dungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene im Betriebszustand. Durch die Hin- und Herbewegung des Gehäuses, bei der es sich um eine reine Auf- und Abbewegung oder vorwiegend um eine Auf- und Abbewegung handelt, werden die Behandlungskörper B durchgerüttelt. Dabei entwickelt sich im stationären Zustand eine Driftbewegung, bei der die einzelnen Behandlungskörper B zusätzlich zu ihren kurzen zurückgelegten Wegstrecken zwischen zwei Stössen insgesamt eine geschlossene Bahn BL durchlaufen, wie dies durch die mit Pfeilen versehenen Linien dargestellt ist. Die Behandlungskörper B wandern etwa im Bereich der Zylinderachse Z des Gehäuses 5 von unten nach oben, im oberen Bereich radial nach aussen, entlang der Gehäuse- Innenwand nach unten und schliesslich im unteren Bereich wieder radial nach innen. Dieser Zyklus bzw. Behandlungskörper-Umlauf beginnt dann von neuem. Die Dauer T2 eines solchen Zyklus bzw. Umlaufs ist um einige Grössenordnungen länger als die Periodendauer (T1 = 1/f) der mit einer Frequenz f erfolgenden Hin- und Herbewegung des Gehäuses 5. Die Umlaufbewegung tritt bei dieser Betriebweise stets auf, und zwar unabhängig davon, ob und ggf. wie viel und welche Art von Material P in der Kammer 4 enthalten ist.

Die Behandlungskörper-Umlaufdauer T2 ist aber von der Betriebsfrequenz f und von der Beschaffenheit, insbesondere Dichte und Viskosität, des fliessfähigen förderbaren Materials abhängig. Während T1 im Bereich von etwa 0,002 s bis etwa 0,1 s liegt, beträgt T2 in der Regel mehrere Minuten und liegt typischerweise im Bereich 0,5 min bis 5 min.

Das Produkt P durchströmt die Kammer 4 vom Einlass 2 in aufsteigender Bewegung zum Auslass 3. Dabei erzeugen die durch die vibrierende Kammer 4 hin und her bewegten Behandlungskörper B in der sie umgebenden Trägerflüssigkeit PF Dehnströmungen, in denen suspendierte Partikel oder Agglomerate zerkleinert bzw. desagglo- meriert werden. Ausserdem erfolgt eine Zerkleinerung bzw. Desagglomerierung der

suspendierten Partikel durch Stösse der Behandlungskörper B untereinander. Des Weiteren entstehen in der mit Trägerflüssigkeit PF gefüllten Kammer 4 fortlaufend Bereiche, die weitgehend frei von Behandlungskörpern B sind. Hierbei handelt es sich um "Blasen" bzw. "Dispergierblasen" im Schwärm der Behandlungskörper B. Innerhalb dieser Dispergierblasen bilden sich kleine Dampfbläschen in der Trägerflüssigkeit PF. Diese Dampfbläschen bilden sich fortlaufend und fallen dann wieder in sich zusammen. Ebenso entstehen die Dispergierblasen und wandern dann im Kammervolumen 4 umher o- der fallen in sich zusammen, d.h. sie werden wieder von Behandlungskörpern B besetzt. Auch diese Phasenänderungen bzw. das sprunghafte Verhalten der Phasengrenzen zwischen Luft und Trägerflüssigkeits-Dampf einerseits und Trägerflüssigkeit PF andererseits trägt wesentlich zur Zerteilung und Verteilung der in der Trägerflüssigkeit PF suspendierten Partikel bzw. Agglomerate bei.

Die Zeitdauer T3 zwischen dem Entstehen und Verschwinden einer Dispergierblase ist ein Vielfaches der Periodendauer T1 der Hin- und Herbewegung der Behandlungskörper B. Auch die Zeitdauer T4 zwischen dem Entstehen und Verschwinden der Dampfbläschen ist ein Vielfaches der Periodendauer T1 der Hin- und Herbewegung der Behandlungskörper B.

Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Wandabschnitts einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene im Betriebszustand. In der Gehäusewand 5 sind Einspritzdüsen 5b angeordnet, über die Prozessgas (z.B. Luft, Stickstoff und dgl.) oder ein Prozessfluid (z.B. eine oberflächenaktive Substanz) eingedüst werden können. Ausserdem kann durch die Einspritzdüsen 5b der Druck in der Kammer 4 eingestellt werden. Als Einspritzdüsen 5b werden vorzugsweise Hochdruckdüsen verwendet. Die das Produkt P mitführende Trägerflüssigkeit PF strömt im Bereich der Kammer-Innenwand 5c aufwärts (durch den Pfeil angedeutet), während sich die Behandlungskörper B (durch die Bahn BL angedeutet) im Bereich der Kammer- Innenwand 5c abwärts bewegen.

Fig. 4A ist eine schematische Schnittansicht eines Teils der ersten Ausführung in vertikaler Anordnung entlang einer zur Längsachse parallelen vertikalen Schnittebene. Es sind vier unterschiedliche Betriebszustände (f, A, Qi) angedeutet, die sich für eine ge-

gebene Frequenz f und gegebene Amplitude A der Gehäuse-Vibration nur in ihrem Kraftwinkel Q unterscheiden:

Q = Q1 : Vibration vertikal, d.h. parallel zur Zylinderachse;

Q = Q2: Vibration näherungsweise vertikal;

Q = Q3: Vibration näherungsweise horizontal;

Q = Q4: Vibration horizontal, d.h. orthogonal zur Zylinderachse.

Fig. 4B ist eine schematische Schnittansicht des Teils der ersten Ausführung in horizontaler Anordnung entlang einer zur Längsachse orthogonalen vertikalen Schnittebene. Es sind ebenfalls die vier unterschiedlichen Betriebszustände (f, A, Qi) mit Qi = Q1 , Q2, Q3, Q4 angedeutet. Mit steigender Frequenz f steigt auch der Wert h an, so dass das über der Behandlungskörper-Schüttung S vorhandene freie Volumen eingestellt und insbesondere bis auf praktisch 0% des Volumens der Kammer 4 verringert werden kann.

Fig. 5A, 5B, 6A, 6B zeigen jeweils eine Partikelgrössen-Verteilung einer behandelten Modell-Suspension, bestehend aus in Silikonöl AK10 dispergiertem Zucker.

Die linke Ordinatenachse zeigt jeweils die Verteilungssumme Q3(x) in %. Die rechte Ordinatenachse zeigt jeweils die Verteilungsdichte q3g(x). Die Abszissenachse zeigt jeweils die Partikelgrösse in μm.

Fig. 5A ist ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung der mit einer erfindungsgemäs- sen Maschine unter den folgenden Bedingungen behandelten Modell-Suspension:

Behandtungsdauer: 30 min

Behandlungskörper: Stahlkugeln, Durchmesser 1 ,75 mm

Produkt-Durchsatz: 25 kg/h bis 100 kg/h

Produkt-Temperatur: 2O ⁰ C bis 23°C

Spezifische Oberfläche Sv. 1 ,02 m ² /cm ³

Mittlere Partikelgrösse: ca. 13 //m.

Fig. 5B ist ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung der mit einer Maschine des Stands der Technik (Rührwerkskugelmühle) unter den folgenden Bedingungen behandelten Modell-Suspension:

Behandlungsdauer: 25 min

Behandlungskörper: Stahlkugeln, Durchmesser 0,65 mm

Produkt-Durchsatz: 140 kg/h

Produkt-Temperatur: 25 ⁰ C bis 38 ⁰ C, ansteigend

Spezifische Oberfläche Sv: 0,51 m ² /cm ³

Mittlere Partikelgrösse: ca. 30 μm.

Fig. 6A ist ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung der mit einer erfindungsgemäs- sen Maschine unter den folgenden Bedingungen behandelten Modell-Suspension:

Behandlungsdauer: 5 h

Behandlungskörper: Stahlkugeln, Durchmesser 1 ,75 mm

Produkt-Durchsatz: 50 kg/h

Produkt-Temperatur: 23°C, konstant

Spezifische Oberfläche Sv: 1 ,27 m ² /cm ³

Mittlere Partikelgrösse: ca. 8 μm.

Fig. 6B ist ein Diagramm der Partikelgrössen-Verteilung der mit einer Maschine des Stands der Technik (Rührwerkskugelmühle) unter den folgenden Bedingungen behandelten Modell-Suspension: Behandlungsdauer: 2,9 h

Behandlungskörper: Stahlkugeln, Durchmesser 0,65 mm

Produkt-Durchsatz: 50 kg/h bis 300 kg/h

Produkt-Temperatur: 38°C, konstant

Spezifische Oberfläche Sv: 0,93 m ² /cm ³ Mittlere Partikelgrösse: ca. 13 μm.

Fig. 7A ist eine schematische Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene. Das Gehäuse 5

umgibt eine Kammer 4, die in eine linke Teilkammer 4a, eine mittlere Teilkammer 4b und eine rechte Teilkammer 4c unterteilt ist. Die mittlere Teilkammer 4b ist mit kugelförmigen Behandlungskörpem B1 gefüllt. Die linke Teilkammer 4a und die rechte Teilkammer 4c sind mit stabförmigen (zylindrischen oder prismatischen) Behandlungskörpern B2 gefüllt. Die Behandlungskörper B1 und B2 bewirken eine Zerkleinerung, d.h. Zerteilung der Partikel in der Trägerflüssigkeit PF. Zwischen den Teilkammem 4a und 4b sowie zwischen den Teilkammern 4b und 4c ist jeweils ein statisches plattenartiges Mischerelement SM1 bzw. SM2 angeordnet, das einerseits die Teilkammern 4a, 4b und 4c voneinander trennt und andererseits die Verteilung der zerkleinerten Partikel in der Trägerflüssigkeit PF verbessert.

Fig. 7B ist eine schematische Schnittansicht eines Teils einer vierten Ausführung entlang einer vertikalen Schnittebene. Diese Ausführung unterscheidet sich von der dritten Ausführung der Fig. 7A lediglich dadurch, dass in der linken Teilkammer 4a keine stabförmigen Behandlungskörper B2 sondern kugelförmige Behandlungskörper B3 enthalten sind, deren Durchmesser grösser als derjenige der kugelförmigen Behandlungskörper B1 in der mittleren Teilkammer 4b ist.

Fig. 8A, 8B und 9A, 9B zeigen Massnahmen zur Schallisolierung bei der erfindungsge- mässen Maschine.

Fig. 8A ist eine schematische Darstellung eines Wandabschnitts einer fünften Ausführung der erfindungsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene. Die Wand des Gehäuses 5 ist im wesentlichen aus fünf Schichten aufgebaut, und zwar von innen nach aussen aufeinander folgend: eine das Kammervolumen 4 begrenzende, möglichst abriebfeste, hartelastische Innenschicht 51 ; eine aus elastischen Elementen bestehende erste weichelastische Federungsschicht 52 (nur Federelemente 52a); eine aus viskoelastischen Elementen bestehende Isolationsschicht bzw. Dämpfungsschicht 53 (Federelemente 53a und Dämpfungselemente 53b); eine aus elastischen Elementen bestehende zweite weichelastische Federungsschicht 54 (nur Federelemente 54a); und eine hartelastiche Aussenschicht 55.

Fig. 8B ist eine Schnittansicht des Wandabschnitts der fünften Ausführung entlang der vertikalen Schnittebene und zeigt eine konkrete Ausgestaltung der in Fig. 8A beschriebenen Gehäusewand-Schichten 52, 53, 54. Die beiden Federungsschichten 52 und 54 bestehen aus einem elastischen Polymermaterial, wie z.B. Epoxidharz. Die Dämpfungsschicht 53 besteht aus einem viskoelastischen Polymermaterial, vorzugsweise in Form eines porösen Schaums.

Fig. 9A ist eine schematische Darstellung eines Wandabschnitts einer sechsten Ausführung der erfind u ngsgemässen Maschine entlang einer vertikalen Schnittebene. Die Wand des Gehäuses 5 ist im nur abschnittsweise aus den fünf Schichten der Fig. 8A aufgebaut. Zwischen diesen Abschnitten 57 befindet sich ein Vakuum 56.

Fig. 9B ist eine Schnittansicht des Wandabschnitts der sechsten Ausführung entlang der vertikalen Schnittebene und zeigt eine konkrete Ausgestaltung der in Fig. 9A beschriebenen Gehäusewand-Schichten 52, 53, 54. Die beiden abschnittweisen Federungsschichten 52 und 54 bestehen aus einem elastischen Polymermaterial, wie z.B. Epoxidharz. Die abschnittsweise Dämpfungsschicht 53 besteht aus einem viskoelastischen Polymermaterial, vorzugsweise in Form eines porösen Schaums. Zwischen den federnden und dämpfenden Abschnitten 57 befindet sich ein evakuierter Hohlraum 56.

Fig. 10 ist eine partielle Schnittansicht einer ersten Antriebsvariante der erfindungsge- mässen Maschine. Das Gehäuse 5 ist über eine Pleuelstange 42 mit einer Kurbelwelle 41 verbunden, die durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben wird. Ausserdem ist das Gehäuse 5 in einer Linearführung 43 verschiebbar gelagert. Die Pleuelstange 42 ist mit der Kurbelwelle 41 und mit der Unterseite des Gehäuses 5 drehbar verbunden. Hierfür ist die Pleuelstange 42 über eine erste Gelenkverbindung 42a und eine zweite Gelenkverbindung 42b am Gehäuse 5 bzw. an der Kurbelwelle 41 angelenkt.

Allgemein ist die Intensität INT, d.h. der Eintrag mechanischer Leistung in die Vibration des Gehäuses 5 proportional zur Gesamt-Masse M des Gehäuses samt Inhalt, proportional zur zweiten Potenz der Vibrations-Amplitude des Gehäuses und proportional zur dritten Potenz der Vibrations-Frequenz f des Gehäuses. Mit anderen Worten: INT = k x M x A ² x f ³ , wobei k eine Konstante ist. Dies ist der Eintrag mechanischer Leistung in

das gesamte Kammervolumen 4. üblicherweise gibt man den mechanischen Leistungseintrag bezogen auf eine Volumeneinheit an (z.B. Liter).

Vorzugsweise ist der Kurbelwellen-Antrieb der Fig. 10 für eine Amplitude der Gehäuse- Vibrationsbewegung von etwa 2 mm ausgelegt und kann mit Frequenzen im Bereich von 20 Hz bis 120 Hz und insbesondere mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz betrieben werden. Der typische mechanische Leistungseintrag in das Volumen der Kammer 4 liegt bei etwa 200 Watt/Liter bis 500 Watt/Liter.

Fig. 11 zeigt den Betriebspunkt BP im Amplitudengang der erzwungenen Schwingung/Vibration des Gehäuses 5. Entlang der Ordinate ist die Amplitude A in mm aufgetragen, während entlang der Abszisse das Verhältnis der Schwingungsfrequenz zur Resonanzfrequenz f/f _R aufgetragen ist. Für die erzwungene Schwingung/Vibration des Gehäuses 5 arbeitet man mit einer Anregungsfrequenz f, für die 0,95 < f/f _R < 1 ,05 gilt. Dadurch lässt sich ausreichend viel Energie in die Schwingung/Vibration eintragen, um ein genügend intensives Durchrütteln bzw. Fuidisieren der Behandlungskörper B in der Kammer 4 zu erzielen, und zwar mit oder ohne anwesende Trägerflüssigkeit bzw. Produkt-Suspension PF in der Kammer 4. Die Intensität wird durch Erhöhen der Frequenz f und/oder der Amplitude A erhöht, wodurch die mittlere Geschwindigkeit der Behandlungskörper B und die Stärke sowie die Häufigkeit der auftretenden Stosskräfte der Behandlungskörper B untereinander oder mit der Gehäusewand erhöht werden sowie auch die Dehnkräfte in der Trägerflüssigkeit PF erhöht werden. All dies steigert die Zerkleinerungswirkung auf die Partikel des Produktes P.

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines erfindungsge- mässen Linear-Antriebes. Dieser Linear-Antrieb 71 wird als Schwingungsquelle verwendet. Der Linear-Antrieb 71 wird durch einen ersten Elektromagnet 71a und einen zweiten Elektromagnet 71b sowie durch einen zwischen den beiden Elektromagneten 71a, 71b angeordneten Eisen-Anker 71c gebildet. Die beiden Elektromagnete 71a, 71b sind jeweils mit dem Grundgestell 8 der Maschine (siehe Fig. 17, Fig. 18) starr verbunden, während der Eisen-Anker 71c mit dem Gehäuse 5 (siehe z.B. Fig. 1) starr verbunden ist. Der Anker 71c ist entlang einer (nicht gezeigten) Führung geführt. Durch periodisches Ein- und Ausschalten oder Umpolen der Elektromagnete 71a, 71b lässt sich der

Eisen-Anker 71c jeweils derart Magnetisieren bzw. Um-Magnetisieren, dass aufgrund der magnetischen Kräfte zwischen den Elektromagneten und dem Anker eine periodische Hin- und Herbewegung des Ankers 71c erzielt wird. Somit kann dem Gehäuse 5 eine Schwingung/Vibration auferzwungen werden. Die beiden Elektromagnete 71a, 71 b können z.B. über eine Wechselspannung-Stromversorgung angetrieben werden. Das so entstehende Wechsel-Magnetfeld zieht den Anker 71c mit und erzeugt dessen Hin- und Herbewegung. Als Ankermaterial verwendet man hierfür vorzugsweise Weicheisen.

Anstelle eines Weicheisen-Ankers kann auch ein permanent magnetisierter Anker 71c aus einer ferromagnetischen Legierung verwendet werden. Die beiden Elektromagnete 71a, 71b werden dann periodisch umgepolt. Ihre Ansteuerung erfolgt mit derselben Frequenz, aber gegenphasig, um abwechselnd eine Halbperiode mit nach oben wirkender Kraft auf den Anker und eine Halbperiode mit nach unten wirkender Kraft auf den Anker zu erzeugen.

Wenn eine geringere Krafteintragung in die Gehäuse-Vibration ausreichend ist, kann anstelle zweier identischer Elektromagnete auch lediglich ein einziger dieser Elektromagnete verwendet werden.

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines erfindungsge- mässen Linear-Antriebes, der als Schwingungsquelle verwendet werden kann. Die Anordnung am Gehäuse 5 (siehe z.B. Fig. 1) und am Grundgestell 8 (siehe Fig. 17, Fig. 18) sowie die Betriebweise entsprechen dem ersten Beispiel von Fig. 12. Der Linear- Antrieb 72 wird auch hier durch einen ersten Elektromagnet 72a und einen zweiten E- lektromagnet 72b sowie durch einen zwischen den beiden Elektromagneten 72a, 72b angeordneten Anker 72c, 72d, 72e gebildet. Der Anker besteht aber hier aus einem dem ersten Elektromagneten 72a zugewandten ersten Eisen-Ankerabschnitt 72c und einem dem zweiten Elektromagneten 72b zugewandten zweiten Eisen-Ankerabschnitt 72d, wobei die beiden Eisen-Ankerabschnitte 72c, 72d über einen Aluminium- Ankerbügel 72e miteinander starr verbunden sind.

Auch hier können als Material für die Ankerabschnitte Weicheisen oder ein permanent magnetisiertes ferromagnetisches Material verwendet werden. Für den Ankerbügel

kann anstelle von Aluminium auch ein anderes nicht-ferromagnetisches Material verwendet werden.

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsge- mässen Unear-Antriebes. Die Anordnung am Gehäuse 5 (siehe z.B. Fig. 1) und am Grundgestell 8 (siehe Fig. 17, Fig. 18) entsprechen dem ersten und dem zweiten Beispiel von Fig. 12 bzw. Fig. 13. Der Linear-Antrieb 73 wird auch hier durch Elektromag- nete 73a, 73b, 73c, die nebeneinander als eine Art "Batterie" angeordnet sind, sowie durch einen mit einer Vielzahl von Permanentmagneten 73f ausgestatteten Anker 73d gebildet, der neben der Elektromagnet-Gruppe 73a, 73b, 73c angeordnet ist. Der Anker 73d ist entlang einer gestrichelt angedeuteten Anker-Führung 73e geführt. Die drei E- lektromagnete 73a, 73b, 73c können z.B. über eine Dreiphasen-Stromversorgung angetrieben werden. Das so entstehende Wander-Magnetfeld zieht den Anker 73d mit und erzeugt dessen Hin- und Herbewegung.

Anstelle der nur einen dargestellten Elektromagnet-Gruppe 73a, 73b, 73c links vom Anker 73d kann auch eine (nicht dargestellte) zweite Elektromagnet-Gruppe rechts vom Anker 73d angeordnet sein.

Der Linear-Antrieb des dritten Beispiels hat den Vorteil, dass der Ankerhub deutlich grösser sein kann als bei den Linear-Antrieben des ersten und zweiten Beispiels.

Die in Fig. 12, Fig. 13 und Fig. 14 gezeigten Linear-Antriebe 71 , 72 bzw. 73 können in besonders einfacher Weise durch vorhandene Wechselstrom- oder Drehstrom- Elektrizitätsnetze angetrieben werden. Dabei können die in derartigen Elektrizitätsnetzen vorgegebenen Spannungsfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz vorteilhaft genutzt werden, um das Gehäuse 5 mit diesen Frequenzen relativ zum Grundgestell 8 (siehe Fig. 17, Fig. 18) hin- und herzubewegen.

Fig. 15 ist eine Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemässen Maschine und zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Schwingfeder-Anordnung 6. Das Gehäuse 5 ist an einer ersten Stelle mittels einer ersten oberen Schwingfeder 61 und einer ersten unteren Schwingfeder 62 und an einer zweiten Stelle mittels einer zweiten obe-

ren Schwingfeder 63 und einer zweiten unteren Schwingfeder 64 bezüglich des Grundgestells 8 (siehe Fig. 17, Fig. 18) zwischen einer oberen Befestigungsplatte 81 und einer unteren Befestigungsplatte 82 des Grundgestells 8 schwingbar eingespannt, wobei die Befestigungsplatten 81 , 82 durch vertikale Verbindungsstangen 14 miteinander verbunden sind. Die Enden der Schwingfedem 61 , 62, 63 und 64 sind jeweils über einen Federsockel 11 gegen ein seitliches Verrutschen bezüglich des Gehäuses 5 bzw. bezüglich der Befestigungsplatten 81 , 82 des Grundgestells 8 fixiert. Diese Federsockel 11 sind hierfür an dem Gehäuse 5 bzw. an den Befestigungsplatten 81 , 82 des Grundgestells 8 befestigt.

Fig. 16 ist eine partielle Schnittansicht der Schwingfeder-Anordnung 6 von Fig. 15 entlang einer vertikalen Schnittebene. Die vier Schwingfedern 61 , 62, 63 und 64, die ihren unteren und oberen Federenden jeweils zugeordneten Federsockel 11 sowie der Siebrahmen 5 und die Befestigungsplatten 81 , 82 des Grundgestells sind jeweils im Vertikalschnitt gezeigt. Die Federsockel 11 sind jeweils mit einer Schraubverbindung 12 am Gehäuse 5 oder an den Befestigungsplatten 81 , 82 des Grundgestells angeschraubt. Die Schraubenfedern 61, 62, 63 und 64 sind im Ruhezustand (keine Schwingung des Gehäuses 5) jeweils vorkomprimiert. Diese Vorkompression ist ausreichend gross, dass die Schwingfedern 61 , 62, 63 und 64 auch im Betriebszustand (bei schwingendem Gehäuse 5) immer gegen die Auflagefläche am jeweiligen Federsockel 11 gedrückt werden. Dies trägt zu einem stabilen und geräuscharmen Betrieb der erfindungsgemässen Maschine bei. Zur Einstellung der Vorkompression der Schwingfedern 61 , 62, 63 und 64 kann die obere Befestigungsplatte 81 entlang der Verbindungsstangen 14 etwas nach oben oder nach unten bewegt und mit diesem Abstand zur unteren Befestigungsplatte 82 fixiert werden. Hierfür ist jeder Verbindungsstange 14 eine Einstell- Schraubverbindung 13 zugeordnet, mit der die Position der oberen Befestigungsplatte 81 an den Verbindungsstangen 14 fixiert werden kann.

Das Gehäuse 5 ist somit über obere und untere Schwingfedern an dem Grundgestell 8 schwingbar eingespannt und kann über eine oder mehrere, an gleichmässig verteilten Punkten des Gehäuses 5 angreifende Schwingungsquellen 74, 75 (siehe Fig. 17, Fig. 18) in Schwingung versetzt werden. Die Lagerpunkte des Gehäuses 5 sind somit je-

weils zwischen oberen Schwingfedem 61 , 63 und unteren Schwingfedem 62, 64 angeordnet.

Fig. 17 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts der erfindungsgemässen Maschine und zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Schwingfeder-Anordnung 6 (siehe Fig. 15) sowie einer Schwingungsquelle 7, die aus einem Elektromagneten 74 und aus einem Element 75 aus ferromagnetischem Material (z.B. Permanentmagnet oder Weicheisen) gebildet ist. Das (nur teilweise gezeigte) Gehäuse 5 besitzt mehrere Streben 5e (nur eine ist gezeigt), mit denen es über jeweils eine Schwingfeder-Anordnung 6 (nur eine ist gezeigt) mit dem Grundgestell 8 verbunden bzw. an diesem aufgehängt ist. Durch jeweils eine Schwingungsquelle 7 (nur eine ist gezeigt), kann das Gehäuse 5 über seine Strebe 5e durch das Wechselspiel einer jeweiligen Schwingungsquelle 7 mit einer jeweiligen Schwingfeder-Anordnung 6 in Vibration, d.h. in eine Hin- und Herbewegung bzw. eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung versetzt werden.

Die Kraftübertragung erfolgt durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem E- lektromagneten 74 und dem ferromagnetischen Element 75 jeder Schwingungsquelle 7, indem der Elektromagnet 74 abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird oder durch Umpolung einer an den Magnetspulen des Elektromagneten 74 anliegenden elektrischen Spannung abwechselnd in der einen Richtung und in der anderen Richtung von einem elektrischen Strom durchflössen wird. Die Einschalt/Ausschalt-Version kommt vorzugsweise dann zum Einsatz, wenn das ferromagnetische Element 75 ein Weicheisenkern ist. Die Umpol-Version kommt vorzugsweise dann zum Einsatz, wenn das ferromagnetische Element 75 ein Permanentmagnet ist.

Das Gehäuse 5 ist an mehreren entlang seines Umfangs gleichmässig verteilten Stellen (nur eine ist gezeigt) mittels einer oberen Schwingfeder 61 und einer unteren Schwingfeder 62 bezüglich des Grundgestells 8 zwischen einer oberen Befestigungsplatte 81 und einer unteren Befestigungsplatte 82 des Grundgestells 8 schwingbar eingespannt, wobei die Befestigungsplatten 81 , 82 durch eine vertikale Verbindungsstange 14 miteinander verbunden sind. Die Enden der Schwingfedern 61 und 62 sind jeweils über einen Federsockel 11 gegen ein seitliches Verrutschen bezüglich des Gehäuses 5 bzw. bezüglich der Befestigungsplatten 81 , 82 des Grundgestells 8 fixiert. Diese Federsockel

11 sind hierfür an dem Gehäuse 5 bzw. an den Befestigungsplatten 81, 82 des Grundgestells 8 befestigt.

Fig. 18 ist eine Draufsicht auf einen Teil der erfindungsgemässen Maschine und zeigt eine Draufsicht auf vier entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses 5 gleichmässig verteilte Schwingungsquellen 7, die jeweils den Elektromagneten 74 und das Element 75 aus ferromagnetischem Material (z.B. Permanentmagnet oder Weicheisen) aufweisen. Man erkennt einen Deckel 5d sowie den Produkt-Auslass 3 des Gehäuses 5. Aus- serdem sind Teile des Grundgestells 8 gezeigt. Jeder Schwingungsquelle 7 ist eine Schwingfeder-Anordnung bzw. Schwingfeder-Aufhängung 6 (siehe Fig. 17) zugeordnet.

Folgende vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemässen Maschine und/oder des erfindungsgemässen Verfahrens Punkte sind noch erwähnenswert:

Zwischen dem Grundgestell 8 und dem Boden einer Werkhalle sind vorzugsweise Dämpfungselemente (nicht gezeigt) angeordnet.

Anstelle nur eines Gehäuses 5 mit der darin enthaltenen Kammer 4 können auch mehrere solcher Gehäuse 5 mit einer jeweiligen Kammer als insgesamt starrer Gehäuse- Verbund innerhalb einer grosseren erfindungsgemässen Maschine angeordnet sein. Vorteilhaft ist auch, wenn zwei Gehäuse 5 mit einer jeweiligen Kammer 4 und insgesamt derselben Masse entweder nebeneinander oder übereinander angeordnet sind und zueinander gegenphasig in Schwingung versetzt werden. Dadurch bewegen sich während einer Schwingungsphase die beiden Gehäuse entweder mit gleichen Geschwindigkeitsbeträgen aufeinander zu oder voneinander weg. Auf diese Weise werden praktisch keine dynamischen Reaktionskräfte bzw. Trägheitskräfte von den Gehäusen über das Grundgestell auf den Boden übertragen. Somit werden über die Füsse des Grundgestells ausser den statischen Bodenkräften praktisch keine zusätzlichen dynamischen Bodenkräfte ausgeübt.

Die mehreren (z.B. vier) Schwingungsquellen 7 und die mehreren (z.B. vier) Schwingfedern 6 sind an dem Gehäuse 5 gleichmässig verteilt angeordnet, so dass bei den für

die Behandlungskörper-Fluidisierung benötigten Vibrationsfrequenzen möglichst wenig Modalschwingungen des Gehäuses 5 angeregt werden.

Neben dem kreisförmigen Grundriss des zylindrischen Gehäuses 5 sind auch andere Gehäuse-Grundrisse (quadratisch, dreieckig, elliptisch) möglich.

Die erwähnte Anordnung der Schwingfedern 6 und Schwingungsquellen 7 führt dazu, dass deutlich weniger als 5% der in dem schwingenden Gehäuse 5 gespeicherten Schwingungsenergie in Modalschwingungen des Gehäuses 5 gespeichert ist und der weitaus grösste Teil von mehr als 95% in der reinen Vibration, d.h. Auf- und Abbewe- gung oder Hin- und Herbewegung des Gehäuses 5 gespeichert ist, so dass sich das Gehäuse 5 praktisch als Starrkörper verhält, der praktisch nur die Starrkörper- Grundschwingung durchführt.

Fig. 19 ist eine Seitenansicht einer in der erfindungsgemässen Schwingfeder-Anordnung verwendeten Schraubenfeder, d.h. eine der Schraubenfedern 61 , 62, 63 oder 64 in Fig. 15 oder Fig. 16. Bei dieser Schraubenfeder verläuft die Verbindungsgerade G durch das erste Ende 61a der Schraubenfeder-Windung 61 und durch das zweite Ende 61b der Schraubenfeder-Windung 61 nicht-parallel zur Schraubenfeder-Längsachse L. Zumindest die beiden Enden 61a und 61b der Schraubenfeder-Windung bleiben während des Vibrationsbetriebs stets mit dem Gehäuse 5 (siehe Fig. 15, Fig. 16) und mit dem Grundgestell 8 (siehe Fig. 17, Fig. 18) in Berührung. Dies führt zu einer durch die abwechselnd komprimierten und gedehnten Schraubenfedern hervorgerufenen Kraftkomponente und Bewegungskomponente des Gehäuses 5 in horizontaler Richtung X zusätzlich zu der Kraft- und Bewegungskomponente des Gehäuses 5 in vertikaler Richtung Z. Durch Drehen einer montierten Schraubenfeder 61 um ihre Längsachse L kann diese Nicht-Parallelität zwischen der Verbindungsgerade G den Schraubenfeder- Windungsenden 61a, 61 b und der Schraubenfeder-Längsachse L und somit die Grosse der horizontalen Komponenten eingestellt werden. Damit kann das Rütteln bzw. die FIu- idisierung der Behandlungskörper B sowie der Umlauf der Behandlungskörper B in der Kammer 4 fein eingestellt und für die an dem Produkt P durchzuführenden jeweiligen Zerteilungs- und Verteilungsaufgaben optimiert werden.

Diese Fein-Einstellung des Kraftwinkels Q (siehe Fig. 4A und Fig. 4B) kann als Ergänzung zu einer Grob-Einstellung des Kraftwinkels z.B. durch Verschwenken des Gehäuses 5 durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist bei jeder der Schraubenfedern 61 , 62, 63, 64 die Verbindungsgerade G durch das erste Ende der Schraubenfeder-Windung und durch das zweite Ende der Schraubenfeder-Windung nicht-parallel zur Schraubenfeder-Längsachse L. Damit kann durch Drehen nicht nur einer, sondern vorzugsweise aller Schraubenfedem um ihre Längsachse in dieselbe Position der Kraftamplituden-Vektor und der Bewegungsamplituden-Vektor des Gehäuses 5 eingestellt werden. Der Winkel a zwischen der Richtung der Verbindungsgerade G und der Richtung der Schraubenfeder-Längsachse L liegt im Bereich von 25° bis 35°.

Bei allen Schraubenfedem 61 , 62, 63, 64 (siehe Fig. 15, Fig. 16) der Schwingfeder- Anordnung 6 ist der parallel zur Schraubenfeder-Längsachse L gemessene Abstand Si zwischen den einander zugewandten Oberflächen des ersten Federendes 61a und der zum ersten Federende benachbarten Windung sowie der parallel zur Schraubenfeder- Längsachse gemessene Abstand S ₂ zwischen den einander zugewandten Oberflächen des zweiten Federendes 61b und der zum zweiten Federende benachbarten Windung grösser als die Amplitude der Dehnschwingung bzw. die maximale Dehnung der Feder dmax dividiert durch die Anzahl n der Windungen der jeweiligen Schraubenfeder, d.h. Si > d _max / n und S ₂ > d _max / n. Damit wird verhindert, dass sich im Vibrationsbetrieb diese einander zugewandten benachbarten Oberflächen der Schraubenfeder berühren. Dies trägt beträchtlich zum ruhigen Lauf der erfindungsgemässen Maschine bei.

Bezugszeichen

Maschine / Vibromühle 52 Federungsschicht

Produkt-Einlass 52a Federelement

Produkt-Auslass 53 Dämpfungsschicht

Behandlungskammer 53a Federelement a linke Teilkammer 53b Dämpfungselement b mittlere Teilkammer 54 Federungsschicht c rechte Teilkammer 54a Federelement

Gehäuse 55 Aussenschicht a Kühlkanal 56 Vakuum / Hohlraum b Einspritzdüse 57 Abschnitt der Federungs- und c Kammer-Innenwand Dämpfungsschicht d Deckel 61 Schraubenfeder e Strebe 62 Schraubenfeder

Schwingfeder/Schwingfeder- 63 Schraubenfeder

Anordnung 64 Schraubenfeder

Schwingungsquelle 61a Schraubenfeder-Ende

Grundgestell 61b Schraubenfeder-Ende 1 Federsockel 71 Linearantrieb/Schwingungsquelle 2 Schraubverbindung 71a erster Elektromagnet 3 Einstell-Schraubverbindung 71b zweiter Elektromagnet 4 Verbindungsstange 71c Eisenanker 1 Kurbelwelle 72 Linearantrieb/Schwingungsquelle 2 Pleuelstange 72a erster Elektromagnet 2a Gelenkverbindung 72b zweiter Elektromagnet 2b Gelenkverbindung 72c Eisen-Ankerabschnitt 3 Linearführung 72d Eisen-Ankerabschnitt 1 Innenschicht 72e Aluminium-Ankerbügel

73 Linearantrieb/Schwingungsquelle 5 ₁ Abstand

73a erster Elektromagnet 52 Abstand

73b zweiter Elektromagnet G Verbindungsgerade

73c dritter Elektromagnet L Schraubenfeder-Längsachse

73d Anker BP Betriebspunkt

73e Anker-Führung a Winkel

73f Permanentmagnet B Behandlungskörper

74 Elektromagnet B1 Behandlungskörper

75 ferromagnetisches Element B2 Behandlungskörper

81 Befestigungsplatte B3 Behandlungskörper

82 Befestigungsplatte P Produkt / Produktpartikel

A Amplitude PF Trägerflüssigkeit / Produktfluid

Q Kraftwinkel S Schüttung

Z Zylinderachse SM1 statisches Mischerelement

INT Intensität SM2 statisches Mischerelement

SZ Siebzeit BL Bahn der Behandlungskörper f Frequenz