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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Pulvern grosser Feinheit.
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welche bis zur kolloiden Beschaffenheit der Massen gesteigert werden kann.
Man hat verschiedentlich versucht, derartige Pulver zu erzeugen, ohne dass es jedoch gelungen ist, dies auf einfache oder rationelle Art durchzuführen. So hat man z. B. durch Zerstäuben oder Zer-
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bezüglich der elektrolytischen Methoden.
Von den rein mechanischen Methoden zur Zerkleinerung des Metalls zu Pulver hat sieh nur das in der Bronzefarbenfabrikation übliche Verfahren zur Zerkleinerung einige Geltung in der Praxis zu versehaffen vermocht. Indessen kann man mit diesem Verfahren die Zerkleinerung nur bis zu ziemlich eng gezogenen Grenzen steigern. Dabei war das Verfahren ein recht umständliches und erforderte als Ausgangsprodukte verhältnismässig hochwertige Materialien von sehr guter Dehnbarkeit. Bei zäheren, festeren und auch spröderen Materialien stiess auch dieses Verfahren auf grosse Schwierigkeiten. Es wurden
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dadurch das Verfahren noch unwirkschaftlicher. Bei den meisten Metallen ist aber ein Erfolg auf diesem Wegeüberhauptnichtzuerreichen.
Die Schwierigkeiten in der Zerkleinerung der Metalle zn Pulver liegen an den besonderen Eigenschaften der Metalle, die auch sonst deren Sonderstellung in der Technik bedingen, insbesondere ihrer Festigkeit, ihrer Zähigkeit und der Eigenschaft, dass kleinere Metallteilchen bei höherem Druck oder höheren Temperaturen leicht zusammenschweissen. Während also einerseits Festigkeit und Zähigkeit der Metalle einen erhöhten Energieaufwand fordern, verbietet die Schweissbarkeit der Metalle die gemeinsame Ausübung grösserer Kräfte auf mehrere Metallteilchen.
Bei Mühlen, deren Wirkung auf der Zerreibung des Mahlgutes zwischen festen Körpern beruht,
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bei harten und bei zähen Massen versagen sie fast vollständig, die ganze Erzeugung ist unwirtschaftlich und in Anwendung auf Metalle überhaupt nicht zu gebrauchen.
Die Erkenntnis der Ursachen, welche die Schwierigkeiten in der Herstellung ganz feiner Pulver bedingen, hat zu der vorliegenden Erfindung geführt, auf Grund deren es möglich ist, in ausserordentlich schneller Weise Pulver aus beliebigen Metallen bis zur äussersten Feinheit und Reinheit herzustellen, ohne dass ein Zusammenbacken oder Zusammenschweissen stattfindet. Besonders wertvoll wird das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung dadurch, dass als Ausgangsmaterial nicht ein hochwertiges Metall von besonderer Güte Verwendung zu finden braucht, sondern dass sogar Abfälle, Schrott u. dgl., dazu benutzt werden können.
Gemäss der Erfindung werden die zu zerkleinernden Materialstücke zur gegenseitigen Einwirkung aufeinandergebracht, u. zw. werden sie in einem kontinuierlichen Kreislauf von grosser Geschwindigkeit geführt und dabei zum gegenseitigen Anprall gebracht. Dieser Anprall wird ständig wiederholt, und es gelingt dabei, wenn dem Wirbel die nötige Geschwindigkeit erteilt wird, eine ausserordentlich feine Zerteilung der Massen herbeizuführen. Man bringt zu diesem Zwecke die einzelnen Teilchen in einen Strom von Gas, Luft oder Flüssigkeiten und bringt zwei oder mehrere derartige Ströme, welche mit Masseteilchen geladen sind, zum gegenseitigen Anprall. Wie bereits betont, ist es dabei von Einfluss, dass die einzelnen Teilchen einen Kreislauf vollenden, d. h. dass sie nach dem Zusammenprall sofort wieder von der Strömung weitergeleitet und zum erneuten Zusammenprall gebracht werden.
Zur Erhöhung der Wirkung empfiehlt es sich, dabei die einzelnen Teilchen nicht nur möglichst gradlinig aufeinanderprallen zu lassen, sondern ihnen auch gleichzeitig eine seitliche Bewegung zu erteilen, also die grossen Wirbel auch in sieh möglichst turbulent zu gestalten, so dass bei dem Zusammenprall auch eine Reibung der Teilchen aneinander erfolgt. Es gelingt mit diesem Verfahren, auch die zähesten Metalle in grösster Reinheit bis zu einer bisher unerreichten Feinheit des Pulvers zu zerteilen.
Notwendig ist dabei die Erzeugung der nötigen Geschwindigkeit der Wirbel, die man erreicht, wenn man letztere derartig führt, dass sie auf die festen Teile der Mühle nicht direkt aufprallen, sondern an diesen entlang gleiten. Die Wirbelgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit der Strömungen in Richtung der Massen aufeinander, ist dabei zweckmässig etwa 10 m pro Sekunde oder mehr, sie kann aber auch erheblich darüber hinaus gesteigert werden. Damit eine möglichst grosse Einwirkung der Wirbel aufeinanderstattfindet, werden diese so geführt, da ss sie einander nicht ausweichen können, also zweckmässig möglichst das ganze Gehäuse der Mühle erfüllen.
Führt man das oben geschilderte Verfahren mit derselben Stoffmenge durch eine grössere Anzahl von Stunden durch, so erhält man ein sehr feines Pulver, in welchem bereits etwas Kolloid enthalten ist.
Die Trennung desselben von den gröberen Bestandteilen ist jedoch umständlich und die gewonnenen Kolloidmengen sind verhältnismässig gering.
Ein weiterer Fortschritt der Erfindung besteht aber in einer weitergehenden Ausbildung des Verfahrens derart, dass es gelingt, reine Kolloide in grossen Mengen in verhältnismässig kurzer Zeit zu erzeugen.
Bei dem Verfahren tritt nämlich nach einiger Zeit ein gewisser Gleichgewichtszustand ein, bei welchem selbst nach längerem Mahlen eine nennenswerte Zerkleinerung nicht mehr stattfindet. Dieser Gleichgewichtszustand endet bei um so gröberen Teilen, je leichter der Stoff ist. Dies erklärt sich dadurch, dass die Masse der einzelnen Teilchen, welche aufeinanderprallen, allmählig so gering geworden ist, dass ein nennenswerter Fortschritt in der Zerkleinerungsarbeit nicht mehr möglich ist. Gemäss dem zweiten Teile der Erfindung werden deshalb feine Teilchen zusammen mit wesentlich gröberen Teilen dem Zer- kleinerungsverfahren ausgesetzt. Die gröberen Teile besitzen alsdann die erforderliche Masse, um ein kräftiges Aufeinanderprallen zu gewährleisten.
Bei richtiger Wahl der Mengenverhältnisse zwischen feinen und groben Teilen befinden sich zwischen je zwei aufeinanderprallenden gröberen Teilen so viel feinere Teile, dass die letzteren zerschlagen, zerrieben oder zermahlen werden, während die gröberen Teile nur einer ganz geringen oder gar keiner merkbaren Abnutzung'unterworfen sind. Es gelingt auf diese Weise, das feine Material in kurzer Zeit in grossen Mengen in Kolloid überzuführen.
Besonders wirksam wird das Verfahren gestaltet, wenn man nur feine und grobe Teile zusammenbringt und die mittleren Korngrössen nach Möglichkeit ausschaltet, da diese einesteils die Wirkung der groben Teile nur in unvollkommenem Masse besitzen, anderseits die planmässige Zermahlung der kleinen Teile beeinträchtigen und ausserdem eine schnellere Abnutzung der groben Teile herbeiführen. Praktisch wird das Verfahren in der Weise ausgeführt, dass man feine Teilchen des zu zerkleinernden Materiales in einem bestimmten Mengenverhältnis mit kleinen Stahlkugeln od. dgl. zusammen dem Verfahren unterwirft.
Bei richtiger Bemessung der Mengenverhältnisse der feinen Teilchen zu den Stahlkugeln prallen nicht die Stahlkugeln ohne weiteres aufeinander, sondern es sind immer genügend feine Teilchen zwischen beiden gelagert, wenn der Zusammenprall stattfindet. Infolgedessen findet eine Abnutzung der Stahlkugeln kaum oder gar nicht statt, vielmehr werden nur die feinen Teilchen weiter zerrieben. Man ist in der Lage, auf diese Weise in 4-5 Stunden Metallmengen zu 70-80 % in Kolloid überzuführen.
Die Durchführung dieses Teiles des Verfahrens kann beispielsweise Anwendung finden auf Masseteilchen, welche 1/loo mm und darunter gross sind, während die gröberen Teile-hier beispielsweise die Stahl- kugeln - 1 mm Durchmesser besitzen.
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Legt man besonderen Wert auf grösste Reinheit der Masse, so empfiehlt es sich, statt der Stahlkugeln oder anderer Fremdkörper gröbere Körner der zu zerkleinernden Masse selbst auf das feinste Pulver zur Einwirkung zu bringen. Nach den angestellten Versuchen ist es vorteilhaft, eine grosse Menge grober Teile bzw. Stahlkugeln od. dgl. zu benutzen. Jedoch soll die Menge dieser, wenn sie selbst nicht wesentlich angegriffen werden sollen, nicht mehr als die Hälfte des feinen Pulvers betragen. Man kann auch das Verfahren so ausgestalten, dass man dem feinen Pulver statt gröberer Teile in angemessenen Mengen Bindemittel beifügt, welche alsdann die Bildung grösserer Klümpchen verursachen, wobei dann die Massenwirkung dieser Klümpchen aufeinander zur Einwirkung gelangt und die weitere Zertrümmenll1g" der feinen Pulverteilchen verursacht.
Um endlich die ganz feinen Massen, beispielsweise von kolloider Feinheit, für sich ohne Beimengung gröberer Bestandteile zu erhalten, wird gemäss der Erfindung in das Verfahren eine weitere Strömung, beispielsweise eine Luftströmung, eingeschaltet, welche zweckmässig quer zu den aufeinanderprallenden Strömen gerichtet ist und, ohne diese zu stören, ausreicht, um die feinsten Teilchen aus dem Kreislauf herauszuführen. In diese Sonderströmung bläst man dann plötzlich eine Zusatzluftmenge, welche die
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grösseres Luftvolumen verteilt. Man ist dann in der Lage, mit Hilfe bekannter Methoden aus diesem stark verdünnten Luftstrom die einzelnen Teilchen getrennt voneinander auszuscheiden, so dass man zum Schluss grosse Quantitäten absolut feiner Teilchen ohne Beimengung von gröberen erhält.
So schwierig die Erkenntnis der Ursachen war, welche bisher der wirtschaftlichen Zerkleinerung von Metallen zu Pulvern entgegenstanden, so ist es doch gelungen, Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche sich durch grosse Einfachheit auszeichnen und bei denen gleichzeitig eine Abnutzung der l\1ühlenteile vermieden wird, so dass einerseits die Lebensdauer der Vorrichtungen eine vorzügliche ist, während anderseits eine grosse Reinheit der gewonnenen Pulver zu verzeichnen ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Darstellung, u. zw. gibt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt, Fig. 2 eine axiale Ansicht einer Einzelheit.
In einem Gehäuse 1 sind die Wellen 2 und 3 gelagert, welche die Luftschrauben 4 und 5 tragen.
Vor den Luftschrauben sind die Querschläger 6 und 7 angebracht (Fig. 2). Die zu zerkleinernden Ma- terialien, Schrott, Pulver, Körner od. dgl., werden durch eine verschliessbare Öffnung 8 in das Gehäuse 1 gefüllt. Alsdann werden die Luftschrauben 4 und 5 mittels der Riemenscheiben 9 und 10 in schnelle, zueinander gegenläufige Drehung versetzt. Die Luftschrauben 4 und 5 erzeugen Luftströmungen, welche, wie durch die Pfeile 11 und 12 angedeutet ist, in der Mitte des Gehäuses aufeinanderprallen. Durch die Querschläger 6 und 7 werden ausserdem noch seitliche Verschiebungen der entstehenden Luftströme
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sondern sich auch gegeneinander reiben. Die Luftsehrauben 4 und 5 saugen aus den seitlichen Gehäuseteilen die Luft fort und drücken sie nach der Mitte.
Es entsteht daher ein ständiger Zusammenprall der Luftströmungen in der Mitte, die Strömungen zerteilen sich dabei und werden erneut von den Luft- schrauben gefa sst, um von dort wieder nach der Mitte geschleudert zu werden. Es entsteht also ein ständiger Kreislauf, an welchem die einzelnen Masseteilchen teilzunehmen gezwungen sind. Damit dieser Kreislauf in ausreichendem Masse zustande kommen kann, ist es zweckdienlich, in dem Gehäuse ; 1 ausreichende Hohlräume an den Seiten hinter den Luftschrauben anzuordnen und diesen eine Form zu geben, welche das Zustandekommen der Luftströmungen begünstigt.
Die Schraubenflügel 4 und 5 werden mit einer derartigen Steigung ausgeführt, dass der Schub der Luftströmungen in der Nähe der Mitte möglichst
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erheblichen Erwärmung des gesamten Raumes der Mühle und der Teilchen selbst. Der letztere Umstand ist von Vorteil, da die Festigkeit der meisten Metalle bei steigender Temperatur erheblich abnimmt und dadurch die Zerkleinerungsarbeit erleichtertwird. Der erstere Umstand hingegen führt zu einer besonderen Durchbildung der Wellenlager, welche nur eine begrenzte Temperatur vertragen. Hiezu trägt auch noch ein anderer Umstand bei.
Bei der praktischen Herstellung der geschilderten Einrichtung ist es wesentlich, wenn man nicht zu ganz unnormalen Abmessungen der Wellen gelangen will, diese bis dicht an die Luftschrauben 4 und 5 heranzulagem, da ganz erhebliche Kräfte in dem Gehäuse und an den Luftschrauben auftreten. Da anderseits die Schaffung ausreichender Räume zur Herstellung der benötigten Kreisläufe seitlich der Luftschrauben zweckdienlich ist, so führt dies zu einer Konstruktion langgestreckter Lager.
Auch wenn diese zweckmässig durch hinreichende Abdichtungen gegen das Eindringen der Pulverteilchen gesichert werden, tritt eine derartige Erwärmung der Lager ein, dass dieselben, um betriebsfähig zu bleiben, mit ausreichenden Einrichtungen zur Verhinderung übermässiger Erwärmung, zweckmässig mit einer Wasserkühlung, versehen werden müssen. Es sind zu diesem Zwecke die Hohlräume 1. 5 und 16 angeordnet. durch welche Kühlwasser hindurchströmt.
Die erzeugten Strömungen in der Vorrichtung sind derartig gross, dass recht erhebliche Masseteilchen, beispielsweise Metalldrähte von 2-3mm Durchmesser und einer Länge von 6-7 mm, auf-
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gewirbelt werden, ohne dass die Luftschrauben 4 und 5 oder die Querschläger 6 und 7 bei Beginn des Verfahrens mit der am Boden gelagerten Menge des Mahlgutes in mechanische Berührung treten. Die Drphfstückchen werden bei Beginn des Mahlganges zunächst durch den Zusammenprall an den Enden zusammengedrückt, so dass sie die Form kleiner Hanteln erhalten. Alsdann werden diese immer mehr zusammengeschlagen, bis sich nach einiger Zeit sämtliches Material in fast kugelförmigem Zustande in der Mühle befindet.
Auch bei ganz sorgfältig durchgeführten Versuchen liess sich eine Abnutzung der Luftschrauben oder der Querschläger nach stundenlangem Verarbeiten von Metallmassen nicht feststellen. Von gewisser Bedeutung für die Vorgänge des Zermahlen ist es, die einzufüllenden Massen in ein Verhältnis zu der in der Vorrichtung enthaltenen Luft- oder Flüssigkeitsmenge zu bringen. Es ist natürlich vorteilhaft, auf der einen Seite möglichst grosse Mengen Material einzufüllen, anderseits darf dadurch die Bildung der Luftströmungen und des Kreislaufes des Materiales nicht gestört werden. Als günstiges Verhältnis hat sich gezeigt, dass etwa zwei Drittel des Raumes mit Luft oder Flüssigkeit, das letzte Drittel mit zu zerkleinerndem Material zu füllen ist.
Durch die Zuleitungen 17 und 18 kann aus der Leitung 19 Luft oder Flüssigkeitin die Mühle gedruckt werden, so dass ein gewisser Überdruck in derselben entsteht und bei Öffnung des am oberen Ende angebrachten Schiebers 20 die feineren Teilchen nach dem Behälter 21 entweichen. In diese mündet eine mit tangentialer Düse eingesetzte Luftleitung 22, welche in dem Augenblicke, wo die Teilchen an ihr vorb. eistreichen, eine erhebliche Verdünnung der die feinen Teilchen tragenden Luftmenge erzeugt und gleichzeitig ein Auseinandertreiben der einzelnen etwa aneinandergeballten Teilchen bewirkt. Dieselben steigen alsdann mit dem verstärkten Luftstrome in dem Gefässe 21 in die Höhe, das bei 23 eine Einschnürung besitzt und sich nach oben in den Trichter 24 fortsetzt.
Die Verlangsamung der Geschwindigkeit der
Strömung in dem nach oben sich erweiternden Trichter 24 bringt dann die gröberen Teilchen zum Herausfallen, so dass diese in einen zweiten Trichter 25 gelangen, welcher unterhalb der Einschnürung 23 in dem Gefässe 21 aufgestellt ist. Die gröberen Teilchen können dann aus dem Behälter 25 in das Gehäuse 1 zurüc1dallen. Dabei werden zweckmässig die Luftzuflüsse 17 und 18 nach dem Gehäuse 1 abgesperrt. Die einzelnen Massnahmen hiebei sind jedoch verschieden, je nach der Feinheit des Pulvers, welches man erhalten will.
Man kann auch ebenso einen kontinuierlichen Betrieb herstellen oder man öffnet von Zeit
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der Luftstrom in Abscheidevorrichtungen 26, wo er bekannterweise durch Siebe 27 u. dgl. weiterfiltriert werden kann. Der aus dem Stutzen 28 austretende und von Beimengungen des Pulvers gereinigte Luftstrom kann alsdann von neuem dazu Verwendung finden, durch die Leitung 22 oder durch die Leitungen 17 und 18 der Vorrichtung wieder zugeführt zu werden.
Für die Sehleuderwirkung der einzelnen Teile gegeneinander und die Ausbildung der Kreisläufe
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dass die zu zerkleinernden Stofiteilehen durch zwei oder mehrere gegeneinander gerichtete und wirkende, aber am gegenseitigen Ausweichen verhindert Wirbelströme von grosser Geschwindigkeit zum wiederholten gegenseitigen Aufeinanderprallen gebracht werden, so d ? ss das Gut durch gegenseitiges Zerschlagen zerkleinert wird.