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Vorrichtung zum fortlaufenden Mahlen und Dispergieren von
Feststoffen in Flüssigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum fortlaufenden Mahlen und Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten zwecks Bildung von flüssigen bis pastösen Massen unter Verwendung von Reibkörpern wie Sand, Glasperlen, Kugeln, u. dgl. mit einem verhältnismässig geringen Durchmesser von etwa 0, 2 bis 5 mm, die mittels eines radiale Ansätze aufweisenden Rührers in einem Behälter bewegt werden, in den die Stoffe unten eintreten und aus welchem sie unter Zurückhaltung der Reibkörper durch ein Sieb am oberen Ende austreten. Derartige Vorrichtungen sind unter der Bezeichnung Sand-Mühle bekannt.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung derartiger Vorrichtungen, was erfindungsgemäss im wesentlichen dadurch erreicht wird, dass der Rührer als eingängige oder mehrgängige Schnecke mit durchlaufenden oder unterbrochenen, die Masse abwärts fördernden Schneckengängen ausgebildet ist, die sich bis zum Behälterboden erstrecken und in radialer Richtung von der Schneckenwelle aus bis auf ein Mass, das dem ein-bis zehnfachen Ausmass des Durchmessers der Mahlkörper entspricht, an die Innenwand des Behälters heranreichen.
Die Ausbildung der Welle als Schnecke bietet mehrere Vorteile. Bei den bekannten Vorrichtungen bildet sich infolge der ziemlich grossen Umfangsgeschwindigkeit der Misch- oder Zerkleinerungswerkzeuge, z. B. Ringe oder Scheiben, ein entsprechender Sog, welcher durch diese Werkzeuge zwar unterbrochen wird, wobei sich aber die Mahlkörperchen um die Ringscheiben abrollen, so dasskeine gleichmässige Mahlzone mit gleichmässigem Druck entstehen kann. Wird das Mahlgut von unten in den zylindrischen Behälter eingepumpt. damit es auf der Wanderung nach oben den Sand in einer gewissen Zeit passiert, um eine entsprechende Dispergierung oder Feinmahlung zu erlangen, so zeigt sich, dass infolge der auf den Sand wirkenden Zentrifugalkraft, welche diesen mehr oder weniger an die Wand des Behälters schleudert, in der Mitte ein Sog und dadurch ein freier Raum entsteht.
Infolgedessen kann ein Teil des Mahlguts unter Umständen ungemahlen oder zumindest nicht vollständig oder nicht gleichmässig vermahlen nach oben passieren. Das Mahlgut wird also nicht mit genügender Sicherheit gezwungen, in jedem Fall die ganze Sandmenge zu passieren und durch den Sand sowie die Reibung an den Wänden des Gefässes sowie durch die Scheiben gleichmässig dispergiert zu werden. In dem Bereich des zentralen Soges erhält die Mahlsandfüllung im ganzen keine Umwälzung. Bei besonderen Bindemitteln ist es daher möglich, dass Klumpen aus Sand und Bindemitteln wie Harzen entstehen können, was zwischen den Ringscheiben zu Verstopfungen führen kann.
Auch wird bei der Verwendung von Ringscheiben als Misch- und Mahlwerkzeuge kein besonderer Mahldruck auf die Mahlkörper, z. B. den Mahlsand ausgeübt. Ferner hat die Praxis gezeigt, dass bei den bekannten Ausführungen dieser Scheiben nur Sand mit einer Korngrösse von 0,4 bis 0,8 mm als Mahlkörper verwendet werden kann.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung behoben, weil diese im wesentlichen nach dem Prinzip des Schneckendruckes und weniger dem der Zentrifugalkräfte arbeitet. Bei der erfindungsgemäss vorge-
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sehenen Ausbildung des Rühr-und Förderorganes als Schnecke kann sich kein Sog bilden. Ein toter Mischbzw. Mahlraum ist vermieden, wenn die Wendeln der Schnecke bis auf den kleinen Spalt an der Innenwand des Mischbehälters heranreichen. Der Sand wird zwangsläufig ständig umgewälzt und eine Reibung des Mahlgutes findet nicht nur an den äusseren Flächen des zylindrischen Behälters, sondern auch auf den breiten Wendeln oder Wendelabschnitten der Schnecke und der Schneckenwelle statt, so dass eine Klumpenbildung auch bei zähesten Harzen bzw.
Bindemitteln nicht möglich ist, zumal die Schnecke so arbeitet, dass der Druck auf den Boden des Mahlbehälters erfolgt und gegebenenfalls durch stufenlose Drehzahländerung gesteuert werden kann.
Dazu kommt, dass sich die Schnecke im Mahlbehälter selbst zentriert, so dass auf ein besonderes Zentriergewicht an dem unteren Wellenende gegenüber dem Behälterboden, wie dies bei Scheiben und Åahn- lichen Ausführungen erforderlich ist, verzichtet werden kann. Dies ist ein weiterer Vorteil, da im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen kein Totraum am Boden des Mahlbehälters entstehen kann.
Es ist zwar bei Mahlvorrichtungen bekannt, eine Mahlschnecke zu verwenden, die aus einer streifenförmigen Schraubenfläche besteht, die mittels Speichen mit der Antriebswelle verbunden ist. Es handelt sichhiebei um ein schraubengangförmiges Schleuderwerk, das insbesondere für die Trockenmahlung dient, wobei der Schraubengang in die sich längs der Innenwand des Behälters ausbildende Schicht aus Mahlgut und Mahlkörpern einwirkt und einen Teil dieser Schicht abhebt, der über den Schraubengang gleitet und unter dem Einfluss der Fliehkraft wieder gegen die Behälterwand fällt. Die Mahlwirkung beruht dabei im wesentlichen auf der Scherwirkung und auf der Schlagwirkung beim Aufprall des abgehobenen Haufwerkes.
Beim Nassmahlen mit der vorbekannten Vorrichtung dient die zugesetzte Flüssigkeit im wesentlichen nur zur Verhinderung der Staubbildung. Mit der Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Wirkungsweise der vorbekannten Mahlvorrichtung nicht vergleichbar. Insbesondere kann damit die Aufgabe nicht gelöst werden, Feststoffe in Flüssigkeiten zwecks Bildung von flüssigen bis pastösen Massen zu dispergieren, z. B. Farbpigmente in Ölen fein zu verteilen.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann der untere Teil der Schnecke, beispielsweise das letzte Drittel, nach unten konisch verjüngt und die Innenwand des Behälters entweder zylindrisch oder entsprechend konisch verjüngt gestaltet sein. In letzterem Fall findet im unteren Teil des Behälters keine Strömung der Masse statt. Die Schnecke und die Innenwand des Behälters können auch über ihre ganze Länge konisch ausgebildet sein.
Um auch im oberen Bereich der Vorrichtung, d. h. in dem Siebraum, die Mahl- und Reibwirkung zu verbessern, kann erfindungsgemäss auf der Rührerwelle im Bereich des Siebes eine tellerförmige Scheibe angeordnet sein. Vorzugsweise besitzt diese Scheibe einen nach unten abgebogenen Aussenrand. Infolge der Anordnung dieser tellerförmigen Scheibe entsteht in dem ganzen Mahlsystem und besonders in der Siebzone ein gewisser Staudruck, der von oben auf die Mahlkörper und auf das Mahlgut einwirkt. Dadurch wird eine gleichmässigere Mahlwirkung und eine verbesserte Mahlleistung erreicht. Ausserdem wird sichergestellt, dass das Mahlgut und die Mahlkörper nicht nach oben aus dem Siebkorb herausgeschleudert, sondern im Siebraum zurückgehalten werden und dort mit gleichmässiger Geschwindigkeit umlaufen.
Dadurch wird auch eine verbesserte Siebleistung bewirkt.
Es ist zwar bekannt, nicht nur im eigentlichen Mahlbehälter, sondern auch im Siebraum Reib- oder Mahlorgane anzuordnen. Diese sind als von Speichen getragene Ringe oder als Lochscheiben ausgebildet, welche einen offenen Querschnitt zwischen der Mischwelle und dem Aussenring oder verhältnismässig grosse Bohrungen besitzen. Durch diese Öffnungen können das Mahlgut und die Reibkörper in axialer Richtung hindurchfliessen und nach oben aus dem Siebraum austreten. Solche im Siebraum angeordnete Organe bringen jedoch keine Erhöhung der Mahlleistung, sondern sie dienen in erster Linie dazu, eine Turbulenzströmung zu erzeugen, die verhindert, dass die kleineren Mahlkörper im Sieb hängenbleiben und dieses verstopfen. Durch diese Strömung werden aber die Mahlkörper so stark im Siebkorb umhergeschleudert, dass ein erheblicher Verschleiss an demselben eintritt.
Diese Nachteile werden durch die Anordnung der tellerförmigen Scheibe nach der Erfindung vermieden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die tellerförmige Scheibe auf der Rührerwelle in Achsrichtung verstellbar befestigt. Damit ist es möglich, bei konstanter Durchflussgeschwindigkeit des Mahlgutes durch die Vorrichtung den Staudruck in der Siebzone und bis zu einem gewissen Grade im ganzen Mahlbehälter zu verändern. Der Mahldruck kann also der Viskosität des Mahlgutes angepasst werden, d. h. es können auch sehr zähflüssige Massen oder Pasten verarbeitet werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele.
Fig. l zeigt eine Mahl- und Dispergiervorrichtung in axialem Schnitt. Fig. 2 zeigt eine andere Aus-
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führung der Vorrichtung in der gleichen Darstellungsweise. Fig. 3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel ebenfalls im Axialschnitt dar. Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch einen zylindrischen Behälter mit auf der Innenwand vorgesehenen Nuten bei herausgenommener Schnecke. Fig. 5 zeigt als Einzelheit der Vorrichtung ein Ventil im Längsschnitt. Fig. 6 ist ein axialer Schnitt durch den oberen Bereich einer Mahlund Dispergiervorrichtung mit einer im Siebraum angeordneten tellerförmigen Scheibe.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist der aufrecht stehende zylindrische Behälter 2 mit Abstand von einem zylindrischen Mantel 3 umgeben, der die Stutzen 10 und 11 für den Eintritt und Austritt eines Heiz- oder Kühlmediums aufweist. Zentral in dem Behälter 2 ist die Welle 4 angeordnet, die bei dem gezeichneten Beispiel einen durchgehenden Schneckengang 1 trägt, der vom Bereich des im
Kopf des Behälters 2 angeordneten Siebes 6 bis in die Nähe des Behälterbodens reicht, an dem die zu verarbeitende Mischung durch den Stutzen 9 eintritt.
Nach dem Passieren des Siebes 6 tritt die fertig verarbeitete Dispersion teils seitlich unmittelbar in den mit dem Ablauf 5 ausgestatteten Behälterkopf und teils über den oberen Aufsatz 7 und das
Rohrknie 8 ebenfalls in den Ablauf.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorerwähnten dadurch, dass der Behälter 2 nur in seinem oberen Teil zylindrisch ist und sich im übrigen nach unten konisch verjüngt. Die Schnecke 1 ist entsprechend gestaltet. Der in Fig. 3 dargestellte Behälter ist über seine gesamte von der Schnecke bestrichene Höhe ebenso wie die Schnecke selbst konisch gestaltet. Die Schnecke kann auch bei durchgehend zylindrischem Behälter sich am unteren Ende im Durchmesser verjüngen.
Die Arbeitsweise dieser Dispergier- und Mahlmaschinen ist bei der Nassverarbeitung von Pigmenten der verschiedensten Art so, dass in dem Behälter eine Schnecke mit entsprechend breit abgestimmten Wendeln arbeitet, wobei die Wendeln bis auf einen kleinen Spalt an die Behälterwand heranreichen, dessen Breite den Durchmesser der jeweils verwendeten Reibkörper um ein Mehrfaches, beispielsweise um das Zwei- bis Siebenfache übertrifft. Die Mahlkörper, z.
B. der Sand oder sonstige kleine Mahlkörper, werden durch die Schnecke kontinuierlich von oben nach unten transportiert und durch den unten im Behälter erzeugten Druck in dem Spalt zwischen der Wendel und der Behälterwand wieder nach oben befördert, so dass ein Zwangsumlauf der Mahlkörper entsteht, wobei das Mahlgut einerseits durch die Zentrifugalkraft und anderseits zusätzlich unter Druck umgewälzt, dispergiert bzw. vermahlen wird, wie dies in den Fig. 1 - 3 durch Pfeile angedeutet ist. Gegebenenfalls können die Wendeln der Schnecke 1 bis unmittelbar an die Innenwand des Behälters 2 heranreichen, in welchem Falle der Behälter an der Innenwand mit nicht dargestellten Lauf- bzw.
Führungsnuten für die aufsteigende Masse ausgestattet wird, die in Bodennähe durch eine Ringnut zusammengefasst sind, in welche das Mahlgut durch den Zufuhrstutzen 9 zugeführt wird.
Die Steigung der Schnecke kann so gewählt werden, dass es möglich ist, mit Mahlkörpern der verschiedensten Grössen zu arbeiten, wobei man zweckmässigerweise bei kleineren Mahlkörpern eine kleine Steigung wählt. Auch kann eine mehrgängige Schnecke oder eine solche mit unterbrochenem Schneckengang vorgesehen sein.
Durch die Veränderung der Drehzahl der Schnecke kann man den Staudruck der Mahlkörper am Boden des Mahlbehälters beliebig verändern und dem jeweiligen Mahlgut und dessen Eigenschaften weitgehend anpassen. Eine Lagerung des unteren Endes der Schneckenwelle 4 ist nicht erforderlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Kühlmantel sich auch über den Boden des Behälters erstreckt.
Nachdem das Mahlgut die Mahlzone, die Mahlkörper, die Reibflächen der Schnecke, der Schnekkenwelle und der Behälterinnenwand passiert hat und durch den Druck der Schnecke in Verbindung mit der Förderpumpe zwangsläufig nach oben befördert worden ist, wird es über ein Trennungssieb 6 abgeführt.
Das Mahlgut kann in keiner Weise ausweichen, sondern muss die Mahlzone, die durch Fehlen des Soges u. dgl. keinerlei tote Räume aufweist, vollständig passieren, auch wenn die Leistung der Mühle durch Erhöhung der Pumpenleistung entsprechend erhöht wird.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher in der Innenwand eines zylindrischen Behälters 14 Ringnuten 15 und diese kreuzende senkrechte Nuten 16 und 17 vorgesehen sind. Diese senkrechten Nuten sind zwischen den aufeinander folgenden Ringnuten zueinander versetzt angeordnet. Die Schnecke ist in diesem Fall so ausgebildet, dass ihr Aussenrand bis an die Innenwand des Behälters 14 reicht. Die Ringnuten 15 wirken als Sammelräume und die Masse wird vom Behälterboden durch die versetzt angeordneten Nutabschnitte 16 und 17 über die verschiedenen Sammelringnuten zum oberen Austrittsende des Mahlbehälters geführt.
Die Zuführung des Materials in den Behälter kann auch senkrecht von unten oder von der Seite her
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tangential in der Strömungsrichtung erfolgen. Ferner kann Zufuhr durch die als Hohlwelle ausgebildete Schneckenwelle 4 erfolgen.
Vorzugsweise ist in den Mahlgutzulauf ein Sicherheitsventil 12 eingebaut, welches in Fig. 5 in einer Ausführungsform als Rückschlagventil dargestellt ist. Dieses verhindert, dass bei Abschalten bzw.
Aufhören des Pumpendruckes Mahlkörper in die Druck- bzw. Zulaufleitung gelangen und diese unter Umständen verstopfen können.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Siebes auf der Welle 4 eine tellerförmige Scheibe 21 ohne Durchbrüche angeordnet. Die Tellerscheibe ist an ihrem äusseren Rand 22 nach unten abgebogen und mittels einer Schraube 23 auf der Welle 4 befestigt. Nach Lösen der Schraube ist die Scheibe 21 beliebig in Achsrichtung verschiebbar und auswechselbar. Der Abstand zwischen dem Aussenrand 22 der Scheibe 21 und der Innenfläche des Siebes 6 übertrifft den Durch- messer der jeweils verwendeten Mahlkörper um ein Mehrfaches. Die Grösse des Abstands kann etwa im Bereich von 5 bis 100 mm liegen.
Die Pfeile deuten den Zwangsumlauf der Mahlkörper und des Mahlgutes an. Die auf der Welle 4 innerhalb des Siebes 6 angeordnete Tellerscheibe 21 übt auch auf das oberhalb der Schnecke 1 befindliche Mahlgut einen Druck aus, so dass auch in diesem Bereich noch eine Mahlwirkung vorliegt und die Mahlkörper nicht ungehindert in den über der Scheibe 21 liegenden Bereich des Siebes gelangen können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum fortlaufenden Mahlen und Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten zwecks Bildung von flüssigen bis pastösen Massen unter Verwendung von Reibkörpern wie Sand, Glasperlen, Kugeln u. dgl. mit einem Durchmesser von etwa 0, 2 bis 5 mm, die mittels eines radiale Ansätze aufweisenden Rührers in einem Behälter bewegt werden, in den die Stoffe unten eintreten und aus welchem sie unter Zurückhaltung der Reibkörper durch ein Sieb am oberen Ende austreten, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer als eingängige oder mehrgängige Schnecke mit durchlaufenden oder unterbrochenen, die Masse abwärts fördernden Schneckengänge ausgebildet ist, die sich bis zum Behälterboden erstrecken und in radialer Richtung von der Schneckenwelle aus bis auf ein Mass,
dass dem ein-bis zehnfachen Ausmass des Durchmessers der Mahlkörper entspricht, an die Innenwand des Behälters heranreichen.
2. Vorrichtung nachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dassderuntere Teil der Schnek- ke, beispielsweise das letzte Drittel, nach unten konisch verjüngt ist und die Innenwand des Behälters entweder zylindrisch oder teilweise entsprechend konisch gestaltet ist.