DE9017338U1

DE9017338U1 - Durchflußgefäß für einen Desintegrator

Info

Publication number: DE9017338U1
Application number: DE9017338U
Authority: DE
Original assignee: Bandelin Electronic & Co Kg 1000 Berlin De GmbH
Current assignee: Bandelin Electronic & Co Kg 1000 Berlin De GmbH
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 2000-12-21
Also published as: FR2672516B3; FR2672516A1; GB2250930A; GB2250930B; GB9126959D0

Description

Durchflußgefäß für einen Desintegrator

Die Erfindung betrifft ein Durchflußgefäß für einen Desintegrator.

Desintegratoren dienen beispielsweise im

medizinischen Bereich für den Aufschluß von Zellen, von Bakterien und von Pilzen und im industriellen Bereich für die Abwasserhomogenisierung, die Herstellung von Emulsionen, die Pulverdispergierung in Flüssigkeiten oder auch für die Dispersion

von Agglomeraten in der Biologie. Dabei wird ein Durchflußge.fäß verwendet, in das eine als Ultraschallwandler ausgebildete Sonotrode eintaucht, wobei das zu bearbeitende Medium durch das Durchflußgefäß strömt. Die Sonotrode wird

durch einen Schallwandler, der mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist, zu hochfrequenten Schwingungen angeregt. Die Stellung der Sonotrode in dem Durchflußgefäß muß üblicherweise zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades und eines

Maximums an Energie justiert werden, derart, daß

bestimmte Abstände zwischen dem Sonotrodenende und einer diesem gegenüberliegenden Prallplatte

eingehalten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußgefäß für einen Desintegrator zu schaffen, das eine Steuerung des Wirkungsgrades ermöglicht und dem zu bearbeitenden Medium ein Maximum an Energie zuführt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, daß ein dem Ende der Sonotrode gegenüberliegender Durchflußstutzen mit Prallplatte vor

gesehen ist, der in der Höhe einstellbar ist, ist es möglich, den Wirkungsgrad zu steuern und darüber hinaus den Raum zwischen der Sonotrode und der gegenüberliegenden Prallplatte derart zu begrenzen, daß ein Maximum an Energie an das

zu bearbeitende Medium abgegeben werden kann. Somit ist eine Einstellung auch bei veränderter Sonotrode in einfacher Weise möglich.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen

Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß aufgrund der Einschnitte im Befestigungsbereich der Sonotrode mit dem Gehäuse eine schwingungstechnische Abkopplung der Schwingungen

vom Gehäuse ermöglicht wird. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, daß sowohl das Ende der Sonotrode als auch die Prallplatte mit einer Kavitationsschutzschicht aus polykristallinem Diamant ver- sehen sind, da dann die Kavitationsschäden erheblich

verringert werden. Auf diese Weise können Des

integratoren optimal eingesetzt werden, da die Sonotroden weniger häufig ausgewechselt werden müssen und große Leistungen erzielt werden können, wobei in verbesserter Weise

kontinuierliche Verfahren zur Bearbeitung der unterschiedlichen Medien eingesetzt werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung in Blockdarstellung

zur Bearbeitung einer Flüssigkeit, zum Beispiel zur Stabilisierung einer Dispersion unter Verwendung eines ein Durchflußgefäß gemäß der Erfindung erweisenden Des

integrators ,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Durchflußgefäßes,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den oberen Teil

des Gehäuses des Gefäßes mit dem Schnittverlauf für die Einschnitte,

Fig. 4 die Seitenansicht auf den oberen

Teil des Gehäuses gemäß Fig. 3 mit Einschnitten für die Schwingungsentkopplung,

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Fig. 5 einen Teilschnitt durch die

im erfindungsgemäßen Durchflußgefäß verwendeten Sonotrode,

Fig. 6 einen Teilschnitt eines zweiten

Ausführungsbeispiels einer im erfindungsgemäßen Durchflußgefäß verwendeten Sonotrode, und

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein

drittes Ausführungsbeispiel· der im erfindungsgemäßen Durchflußgefäß verwendeten Sonotrode.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäßeDurchflußgefäß

dargestellt,

wobei eine Sonotrode 3 in das Durchfiußgefäß l· eintaucht. Das Durchfiußgefäß 1 ist über eine Zufl·ußl·eitung 4 und ein von einem Mikroprozessor gesteuertes Ventil· 6 mit einem Vorratsbehälter

verbunden. Eine Abfl·ußl·eitung 8 führt vom Durchflußgefäß l· in einen Sammelbehälter 9. Weiterhin ist eine Kühiumlaufl·eitung 10 mit dem Durchflußgefäß verbunden, die zur Kühiung desselben dient. Ein von einem Hochfrequenzgenerator 11 versorgter

Schal·l·wandl·er l·2 erzeugt die Schwingungen, die über ein Stufenhorn 13 auf die Sonotrode 3 übertragen werden, die sie ais axiaie Schwingungen an das das Durchflußgefäß l· durchströmende Medium abgibt.

Im Vorratsbehälter 7 ist beispieisweise eine Emulsion enthalten, die stabilisiert werden soll. Der Mikroprozessor 5 steuert über das Ventil 6 die Durchflußmenge, wobei die Emulsion über die Zufluß-

leitung 4 in das Durchflußgefäß 1 gelangt.

In dem Bereich unterhalb der Sonotrode 3 werden aufgrund der Druckwellen die Phasen der Emulsion homogenisiert und nach der Behandlung gelangt die bearbeitete Emulsion über die Abflußleitung

8 in den Sammelbehälter 9. Der Durchfluß kann kontinuierlich oder auch diskontinuierlich von dem Mikroprozessor 5 gesteuert werden, wobei aber eine stetige Bearbeitung durchgeführt wird.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Durchflußgefäß 1 dargestellt. Das Gehäuse 14 des Durchflußgefäßes 1 besteht aus einem Mantel 15 und einem mit dem Mantel 15 verbundenen Rohr 16, wobei der Mantel an den Befestigungsstellen mit dem Rohr 16 Vor

sprünge aufweist, derart, daß zwischen Mantel 15 und Rohr 16 ein Ringspalt 17 entsteht. Das Rohr

16 weist einen Zulauf 18 und einen Ablauf 19 auf, die mit der Kühlleitung 10 und mit dem Ringspalt 17 in Verbindung stehen, so daß das Kühlmedium

den Mantel 15 des Durchflußgefäßes 1 im Ringspalt

17 umströmen kann. In das obere Ende des Gehäuses 14 ist die mit dem Stufenhorn 13 eine Einheit bildende stabförmige Sonotrode 3 eingesetzt und über ein Gewinde 20 mit dem Gehäuse verschraubt.

Von unten her ist ein Durchflußstutzen 21 in den Mantel 15 eingeschraubt, wobei Dichtungen 22 zum Abdichten zwischen Mantel 15 und Durchflußstutzen 21 als Ringdichtungen vorgesehen sind. Der Durchflußstutzen 21 weist eine mittlere Bohrung 23

auf, die mit der Zuflußleitung 4 in Verbindung steht. Im oberen Bereich des Durchflußstutzens 21 ist eine Prallplatte 24 eingesetzt, die eine mittlere Bohrung 25 aufweist und dem Ende der Sonotrode 3 gegenüberliegt.

Der Durchflußstutzen 21 ist in der Höhe verstellbar,

d.h. er kann mehr oder weniger weit in das Gehäuse, d.h. den Mantel, eingeschraubt werden. Auf diese Weise kann die Entfernung zu dem Ende der Sonotrode 3 eingestellt werden, und zwar in der Weise, daß ein Maximum an Energie an die durch die Bohrung 23 in den im Gehäuse gebildeten Hohlraum 2 6 abgegeben werden kann. Dabei liegt der Bearbeitungsbereich des Mediums zwischen Sonotrode 3 und Prallplatte 24. Ein Abflußstutzen 27 steht

mit der Abflußleitung 8 in Verbindung.

Damit das Stufenhorn 13 keine Schwingungen an den Mantel 14 des Gehäuses überträgt, sind gemäß Fig. 3 und 4 Maßnahmen für die Schwingungsent

kopplung vorgesehen. Die zwei Figuren beziehen sich auf den oberen Bereich des Mantels 15, in den das Stufenhorn 13 mit der Sonotrode eingeschraubt ist. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Mantel 15 mit Einschnitten 28, 29 in unterschied

lichen Höhe versehen ist. In Fig. 3 ist der Schnittverlauf der Sägescheiben für die Einschnitte 28, 29 in den unterschiedlichen Höhen dargestellt.

Die Sonotrode 3 und das Stufenhorn 13 bestehen

vorzugsweise aus Titan oder ein Titanlegierung, wobei das Ende der Sonotrode eine Kavitationsschutzschicht 30 aufweist. Diese Kavitationsschutzschicht ist näher in mehreren Ausführungsbeispielen in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellt. In das Ende

der Sonotrode 3 ist eine Sackbohrung 31 mit einem Gewinde eingearbeitet, in das der Gewindestutzen 32 eines Tellers 33 eingeschraubt ist. Dabei wird zwischen Ende der Sonotrode 3 und Teller 3 3 eine organische Folie oder organische Schicht oder eine

duktile Metallfolie eingebracht, die als Dämpfungs

schicht 34 zur Dämpfung radialer Schwingungen dient. Es hat sich gezeigt, daß die Ankopplung verschiedener Materialpaarungen, beispielsweise Titan und Stahl, aus dem vorzugsweise der Teller

besteht, durch Verschrauben bei großen Amplituden und Leistungsdichten, wie sie in Desintegratoren auftreten, Schwierigkeiten bereiten. Bei Anregung der Sonotrode 3 entstehen sowohl axiale Schwingungen als auch radial verlaufende Dehnungswellen, die

aufgrund der unterschiedlichen Materialien unterschiedlich groß sind. Dadurch entstehen zwischen den verschraubten Flächen Reibungen, die zu Abrieb und zur Schwingungsabkopplung von Sonotrode 3 und angeschraubtem Teller 33 führen. Aufgrund der

zwischen Sonotrode 3 und Teller 33 angeordneten Dämpfungsschicht 34 werden die radialen Wellen gedämpft, während die axialen Schwingungen ohne Beeinträchtigung auf den Teller 33 übertragen werden. Die Dämpfungsschicht 34 hat vorzugsweise

eine Dicke von ca. 25 bis 75 &mgr;&idiagr;&eegr;.

Auf dem Teller 33 ist mittels Hartlot 35, das eine Schmelztemperatur von < 750 C aufweist, unter Zwischenschaltung eines Trägers 36 die Kavitations

schutzschicht 30 aufgebracht, die aus polykristallinen! Diamant besteht, der auf dem Träger 36 aufgesintert ist.

In Fig. 6 ist die Kavitationsschutzschicht 30

aus polykristallinem Diamant mit dem Träger 36 aus Hartmetall direkt mit dem Ende der Sonotrode verlötet, wobei der Lötvorgang unter Vakuum oder Schutzgas über ein mit dem Titan verbundenes Hartlot 37, das eine Schmelztemperatur von>800° C

aufweist, und ein darauf aufgebrachtes Hartlot

38, das eine Schmelztemperatur von < 750 C aufweist, durchgeführt wird.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt,

das insbesondere für kleine Durchmesser der Sonotrode 3, vorzugsweise für Durchmesser von 1 mm bis 3 mm geeignet ist. In das Ende der Sonotrode 3 wird eine Sackbohrung 39 eingebracht und darüber hinaus wird eine sehr kleine Quer

bohrung 40, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 0,3 mm vorgesehen, die mit der Sackbohrung 39 in Verbindung steht. In die Sackbohrung 39 wird Kleber, vorzugsweise Epoxydharz eingebracht und der Träger 36 mit der Kavitations

schutzschicht 30 aus polykristallinem Diamant wird in die mit Epoxydharz gefüllte Bohrung eingepreßt. Der überflüssige Kleber 41 wird dabei in die Querbohrung 40 gedrückt und läuft gegebenenfalls ab. Die stehengebliebene Wandung 42 der

Sonotrode 3 erhält eine Sicke, die in eine in das Hartmetall 36 eingebrachte Nut formschlüssig eingreift. Da der Rand der Sonotrode 3 physikalisch bedingt kavitationsfrei bleibt, treten dort keine Verschleißerscheinungen auf.

Claims

• · I • &bgr; 9 O Schutzansprüche

1. Durchflußgefäß für einen Desintegrator

mit einem Gehäuse, das einen Zu- und einen Abfluß aufweist, durch die ein zu bearbeiten

des Medium in einen im Gehäuse vorgesehenen Hohlraum ein- bzw. ausströmt, mit einem den Hohlraum abschließenden, in das Gehäuse einsetzbaren Stutzen und mit einer in den Hohlraum des Gehäuses ragenden stabförmigen

Sonotrode, die mit einem Schallwandler gekoppelt ist und ihre Schwingungen auf das Medium überträgt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen als Durchflußstutzen (21)

mit einer mit dem Zulauf (4) verbundenen Bohrung (23) ausgebildet ist, wobei die Bohrung (23) in den Hohlraum (26), dem Ende der Sonotrode (3) gegenüberliegend, mündet und daß der Durchflußstutzen (21) zur Opti

mierung des Wirkungsgrades und Einstellung eines definierten Abstandes zur Sonotrode (3) verstellbar ist.

2. Durchflußgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekenn

zeichnet, daß das Gehäuse (11) im Bereich der Befestigung der Sonotrode (3) zur Schwingungsentkopplung mit Einschnitten (28,29) versehen ist.

3. Durchflußgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Durchflußstutzen (21) und Ende der Sonotrode (3) eine Prallplatte (24) angeordnet ist.

4. Durchflußgefäß nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) doppelwandig ausgebildet ist, wobei in der Doppelwand ein Zwischenraum (17) vorgesehen ist, durch den ein Kühlmedium

fließt.

5. Durchflußgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Ende der Sonotrode (3) und die

Prallplatte (24) mit einer Kavitationsschutzschicht (30) aus auf einem Metallträger (35) aufgebrachtem polykristallinen Diamant versehen ist.

6. Durchflußgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger (36) der Kavitationsschutzschicht (30) mit einem Teller (33) aus Stahl durch Hartlöten verbunden ist, wobei der Teller (33) in

das Ende der Sonotrode (3) eingeschraubt ist.

7. Durchflußgefäß nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ende der Sonotrode (3) und dem Teller (33)

eine Dämpfungsschicht (34) angeordnet ist.

8. Durchflußgefäß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (34) als organische Schicht, organische Folie

oder duktile Metallfolie ausgebildet ist.

9. Durchflußgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger (33) der Kavitationsschutzschicht (30) direkt mit dem

Titan enthaltenden Ende der Sonotrode (3) durch Hartlöten unter Vakuum oder Schutzgas verbunden ist.

10. Durchflußgefäß nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß das Ende der Sonotrode (3) eine Sackbohrung (39) aufweist, in die die Kavitationsschutzschicht (30) mit Metallträger (36) eingeklebt ist, wobei die Wandung

(42) der Sackbohrung (39) eine Sicke enthält, die in ein in das Hartmetall (36) eingebrachte Nut formschlüssig eingreift.

11. Durchflußgefäß nach Anmspruch 10, dadurch

gekennzeichnet, daß die Sackbohrung (39) mit einer Querbohrung (40) in Verbindung steht, die zur Aufnahme und zum Abfließen von Kleber (41) dient.