Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit mit einem derartigen Rotor.

Ein derartiger Rotor und eine derartige Vorrichtung sind aus EP 3 069 786 A1 bekannt. Der vorbekannte Rotor verfügt als Trägerstruk- tur über eine Trägerscheibe, die mit einer zentrisch angeordneten Wellenaufnahme ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden, im Wesentlichen quaderförmige ausgebildeten Scherflügeln vorhanden, die an der Trägerscheibe angeformt sowie in einem radialen Abstand von der Wellenaufnah- me angeordnet sind und sich in axialer Richtung von der Träger scheibe weg erstrecken. Die Scherflügel weisen zwei sich in Rich tung eines Mittenbereich erstreckende Seitenwände auf. Die Scher flügel dienen zum Erzeugen von hohen Scherkräften, um das Mi schen zu fördern.

Aus DE 296 08 713 U1 ist eine Dispergiereinrichtung mit einem Ro tor bekannt, der kranzförmig angeordnete Ansätze aufweist, die tra pezförmig ausgestaltet sind. Zur Optimierung der Scherflächen wer den variable Bemessungen und Öffnungswinkel der Ansätze vorge- schlagen.

Die EP 2 403 632 B1 offenbart eine Zerkleinerungs- und Dispergier vorrichtung mit einem Rotor und mit einem Stator, deren Bearbei- tungsflächen sich in einem spitzen Winkel gegenüberstehen. Die Bearbeitungsflächen weisen eine vorgegebene Oberflächenstruktur mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen auf. Aus US 1 862 906 A sind bei einer Rühreinrichtung Rührflügel mit zahnartigen Elementen vorhanden, die winklig angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs genannten Art und eine mit einem derartigen Rotor ausgestattete Vorrichtung mit einem besonders effizienten Mischverhalten anzu geben.

Diese Aufgabe wird bei einem Rotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des An- Spruchs 1 gelöst.

Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dadurch, dass bei den keilartig ausgebildeten Scherflügeln die Sei tenwände spitzwinklig zueinander ausgerichtet sind sowie in Rich tung der Wellenaufnahme aufeinander zu laufen und dass die keilar tigen Scherflügel in dem Sinn von der Wellenaufnahme weg ange stellt sind, dass bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Rotors die Stirnseiten dieser Scherflügel in Strömungsrichtung vorne liegen, ergibt sich zum einen für ein gutes Mischverhalten an den keilartigen Scherflügeln radial innenseitig ein ausgeprägter Scherbereich, der insbesondere als scharfe Stirnkante ausgebildet ist, und zum ande ren für einen möglichst störungsfreien Dauerbetrieb eine störenden Ablagerungen oder Anhaftungen vermeidende oder zumindest ver ringernde Hinterströmung der in Strömungsrichtung hinten liegenden Seiten wand. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeich nung.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Darstellung ein

Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß der Er findung,

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbei spiel eines Rotors gemäß der Erfindung,

Fig. 3 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel des Rotors ge- mäß Fig. 2,

Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungs beispiel eines Rotors gemäß der Erfindung und Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungs beispiel eines Rotors gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit gemäß der Erfindung. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist mit einem Prozesskammergehäuse 103 ausgestattet, in dem ein gegenüber dem Prozesskammergehäuse 103 feststehender Stator 106 und ein gegenüber dem Stator 106 drehbarer Rotor 109 angeordnet ist.

Der Stator 106 weist eine umfänglich geschlossene, zylinderartig ausgebildete Ringwand 1 12 auf, die mit Mischungsdurchtrittsausnehmungen 115 ausgebildet ist.

Der Rotor 109 ist über eine im Bereich einer mittig liegenden Wellenaufnahme 117 angeordnete Rotorbefestigungsschraube 118 mit einer motorisch antreibbaren Antriebswelle 121 verbunden. Der Rotor 109 verfügt über eine Anzahl von radial innenseitig liegenden Scherflügeln 124 und über eine Anzahl von radial außenseitig liegenden Außenflügeln 127, die sich jeweils in etwa in axialer Richtung erstrecken und zwischen denen ein Ringwandaufnahmespalt 130 ausgebildet ist, in dem bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Stators 106 und des Rotors 109 die Ringwand 112 eingefügt ist.

Weiterhin lässt sich Fig. 1 entnehmen, dass die Antriebswelle 121 abschnittsweise von einer Flüssigkeitszufuhrkammergehäuse 133 umgeben ist, das an das Prozesskammergehäuse 103 dicht angeflanscht und mit einem radial ausgerichteten Flüssigkeitszufuhrstutzen 136 ausgebildet ist. Bei Anschluss des Flüssigkeitszufuhrstutzen 136 an eine in Fig. 1 nicht dargestellte Flüssigkeitszufuhrleitung ist Flüssigkeit auf der den Scherflügeln 124 abgewandte Seite in das Prozesskammergehäuse 103 einspeisbar.

Auf der dem Flüssigkeitszufuhrkammergehäuse 133 abgewandten Seite ist an das Prozesskammergehäuse 103 ein Prozesskammerdeckel 139 angeflanscht, der mit einem axial ausgerichteten Pulver- zufuhrstutzen 142 ausgebildet ist. Bei Anschluss des Pulverzufuhrstutzens 142 an eine in Fig. 1 nicht dargestellte Pulverzufuhrleitung ist auf der den Scherflügeln 124 zugewandten Seite dem Prozesskammergehäuse 103 Pulver zuführbar. Das Prozesskammergehäuse 103 wiederum ist mit einem radial ausgerichteten Gemischauslassstutzen 145 ausgebildet, über den die in dem Prozesskammergehäuse 103 unter Zusammenwirken des Stators 106 und des Rotors 109 ausgebildete Mischung von Pulver und Flüssigkeit über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Mischungsab- führleitung abführbar ist.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbei- spiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung, der bei einer Vorrich tung gemäß der Erfindung und dabei insbesondere bei einem dem entsprechenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 einsetzbar ist. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 ge mäß der Erfindung verfügt neben den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Elementen als Trägerstruktur über eine im Wesent lichen kreisförmige Trägerscheibe 203, in deren Mittenbereich die Rotorbefestigungsschraube 118 angeordnet ist und an der radial außenseitig die Scherflügel 124 angeformt sind, die sich in einer axi alen Richtung von der Trägerscheibe 203 weg erstrecken.

Die Trägerscheibe 203 ist an ihrer radialen Außenseite mit einer An zahl von sich nach radial innen erstreckenden Flüssigkeitsaus trittsausnehmungen 206 versehen, die sich jeweils über gleiche Winkelabschnitte erstrecken und regelmäßig über den Umfang der Trägerscheibe 203 verteilt sind. Zwischen den Flüssigkeitsaus trittsausnehmungen 206 verbleiben Radialvorsprünge 209, die je weils einem Außenflügel 127 gegenüberliegen.

Im Bereich der Radialvorsprünge 209 sind an die Trägerscheibe 203 auf der den Scherflügeln 124 gegenüberliegenden Seite sich in axia ler Richtung erstreckende Verbindungsstege 212 angeformt, an de ren von der Trägerscheibe 203 abgewandten Enden eine Außenflü gelträgerplatte 215 angeformt ist. Die Außenflügelträgerplatte 215 hat die Gestalt eines Kreisrings und ist in einer gegenüber der Trä gerscheibe 203 axial parallel versetzten Ebene angeordnet, so dass zwischen benachbarten Verbindungsstegen 212 jeweils ein Flüssig keitsdurchtrittskanal 218 ausgebildet ist.

Die Außenflügelträgerplatte 215 trägt die Außenflügel 127, die im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind, sich mit ihren langen Seiten in radialer Richtung und sich in axialer Richtung von der Au ßenflügelträgerplatte 215 bis in die Ebene erstrecken, in der die von der Trägerscheibe 203 abgewandten Oberseiten 221 der Scherflügel 124 liegen.

Die Scherflügel 124 sind bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung jeweils in der Grundgestalt eines spitzwinklig dreiecksarti- gen Keiles ausgebildet, dessen Spitzenbereich nach radial innen weist. Eine nach radial außen weisende Abschlusswand 224 jedes keilartigen Scherflügels 124 ist dabei abgerundet mit einem dem Umfang der Trägerscheibe 203 entsprechenden Radius ausgebildet. Seitenwände 227, 230 jedes derartigen Scherflügels 124 sind plan ausgebildet und laufen spitzwinklig zu einer sich in axialer Richtung erstreckenden scharfen Stirn kante 233 als Stirnseite zusammen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die keilartigen Scherflügel 124 ge genüber der radialen Richtung so angestellt, dass die Stirnkanten 233 bei einer durch einen durchgezogenen Pfeil 236 angedeuteten bestimmungsgemäßen Drehrichtung R des Rotors 109 in Bezug auf eine durch strich linierte Pfeile 239 in einer Hauptkomponente ange deutete, der Drehrichtung R ergänzt um eine Radialkomponente ge genläufigen Strömungsrichtung F beim Mischen vorne liegt.

Dadurch ergibt sich eine effektive Hinterströmung der strömungsdy namisch auf der Leeseite, also auf der in Bezug auf eine Hauptströ mungsrichtung rückseitigen Seite, liegenden hinteren Seitenwand 230 mit laminaren Anteilen und damit ein Verringern der Gefahr von störenden Ablagerungen und Anhaftungen an der hinteren Seiten wand 230. Zum weiteren Verringern der Gefahr von störenden Ablagerungen und Anhaftungen an der hinteren Seitenwand 230 und für ein effekti ves Ablenken der Mischung von Pulver und Flüssigkeit beim Durch führen eines Mischvorgangs in Richtung der Ringwand 112 ist es zweckmäßig, dass die in Strömungsrichtung F vordere Seitenwand 227 in Bezug auf den durch die Stirnkante 233 laufenden Durch messer flacher als die in Strömungsrichtung F hintere Seitenwand 230 ausgerichtet ist.

Zum weiteren Verbessern der Ablagerungsresistenz und Wider- Standsfähigkeit gegen Anhaftungen ist der Übergang von der hinte ren Seitenwand 230 zu der Trägerscheibe 203 in einem Übergangs bereich 242 abgerundet ausgebildet.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die keilar- tigen Scherflügel 124 zwischen den Verbindungsstegen 212 und damit in Umfangsrichtung zwischen den Außenflügeln 127 sowie in die Flüssigkeitsaustrittsausnehmungen 206 nach radial außen vor stehend über den Flüssigkeitsdurchtrittskanälen 218. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig hohe Pulvereinsaugrate durch die den Außenflügeln 127 in Drehrichtung R des Rotors 109 nachgeordnete Anordnung der keilartigen Scherflügel 124.

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht das in Fig. 2 dargestellte Ausfüh rungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die keilartig ausgebildeten Scherflügel 124 mit der Stirnkante 233 in Drehrichtung R und zu der Strömungsrichtung F vorne liegend angestellt sind, so dass die in Strömungsrichtung F hinten liegenden Seitenwand 230 bezogen auf den durch eine strichpunktierte Linie 303 dargestellten Durchmesser D der Träger scheibe 203 durch die Wellenaufnahme 1 17 und durch die Stirnkan te 233 mit einem relativ großen Winkel a, beispielsweise in etwa rechtwinklig, ausgerichtet ist, während die in Strömungsrichtung F vordere Seitenwand 227 mit einem gegenüber dem Winkel a kleine ren Winkel ß schräg zu diesem Durchmesser D der Trägerscheibe 203 und damit flacher gegen die Strömungsrichtung F angestellt ist.

Dadurch ergibt sich an der vorderen Seitenwand 227 für die Mi- schung aus Pulver und Flüssigkeit eine effektive Ablenkung nach radial außen zum Durchtritt durch die Mischungsdurchtrittsausneh mungen 115 der Ringwand 112 des Stators 106 und damit ein sehr wirksames Mischverhalten, während die Strömung entlang der hinte ren Seitenwand 230 nicht unerhebliche laminare Anteile aufweist, die Ablagerungen und Anhaftungen in diesem Bereich zu vermeiden oder zu reduzieren helfen.

Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung, wobei sich bei dem in Fig. 2 sowie Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ei nes Rotors 109 gemäß der Erfindung und bei dem in Fig. 4 darge stellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und im Weiteren nicht nochmals näher erläutert sind. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung sind gegenüber dem in Fig. 2 sowie Fig. 3 dar gestellten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfin dung die radial außenseitig vorgesehenen Flüssigkeitsaustrittsaus nehmungen 206 nach radial innen soweit vertieft, dass in axialer Richtung ein direkter Flüssigkeitsdurchtrittsbereich 403 von der Seite der Antriebswelle 121 auf die andere Seite der als Trägerarme 406 ausgebildeten Trägerstruktur geschaffen ist. Dadurch ergibt sich eine gegenüber dem anhand Fig. 2 und Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfin dung gesteigerter Flüssigkeitsdurchtrittsrate. Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung, wobei sich bei den anhand Fig. 2, Fig. 3 sowie Fig. 4 erläuterten Ausführungsbei spielen von Rotoren 109 gemäß der Erfindung und bei dem anhand Fig. 5 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung einander entsprechende Elemente mit den gleichen Be zugszeichen versehen und im Weiteren nicht näher erläutert sind.

Das anhand Fig. 5 erläuterte Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung ist gegenüber dem anhand Fig. 4 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung dahin gehend abgewandelt, dass die keilartigen Scherflügel 124 in radialer Richtung den Außenflügeln 127 direkt gegenüberliegen. Dadurch ist gegenüber dem anhand Fig. 4 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung bei dem anhand Fig. 5 erläuterten Ausführungsbeispiel eines Rotors 109 gemäß der Erfindung die Scherwirkung erhöht.

Die anhand Fig. 2 bis Fig. 5 erläuterten Ausführungsbeispiele von Rotoren 109 gemäß der Erfindung weisen ein Verhältnis von keilarti- gen Scherflügeln 124 zu Außenflügeln 127 von 1 :2 auf. Dies ergibt für viele Einsatzbedingungen eine gute Mischung von Pulver und Flüssigkeit. Es versteht sich jedoch, dass für bestimmte Einsatzbe dingungen auch andere Verhältnisse von keilartigen Scherflügeln 124 zu Außenflügeln 127 vorgesehen sein können.