Kolloidmühle. Es sind Kolloidmühlen bekannt, bei wel chen ein oder zwei Zahnräder in das Innere eines mit gleicher Zahnung versehenen festen Gegenschlägers eingebaut sind. Bei allen diesen Kolloidmühlen ist die Stärke der Zähne gleich oder nahezu gleich den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Zähnen.
Bei solcher Anordnung ergeben sich fol gende wesentliche Nachteile: Die Kolloidmühle lässt zu wenig oder fast zu wenig Mahlgut zwischen den Zähnen der Zahnräder und des Gegenschlägers hin durch, wenn dieses in Umlaufrichtung kon tinuierlich durch die Mühle läuft. Die Durchlaufmöglichkeit ist nämlich zu gering, auch wenn die Läuferzähne gegenüber Zwi schenräumen (Zahnlücken) des Gegenschlä gers liegen, weil die Zahnstärke der Läufer zähne die gegenüberliegende Zahnlücke über brückt. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist bereits vorgeschlagen worden, an den Zahn rädern in Laufrichtung Querfräsungen an zuwenden.
Eine solche Ausführung erlaubt zwar grosse Mengen an Mahlgut durch die Mühle zu lassen, aber der Wirkungsgrad ist zu gering, weil ein Teil der Flüssigkeit die Zahnlücken ohne Schlagwirkung passieren kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine neue Art von Kolloidmühle, bei welcher die Mahlwirkung ausser durch Reib- und Schlagwirkung durch Einwirkung mecha nisch in der Kolloidmühle selbst erzeugter rhythmischer Schwingungen auf das perio disch unterbrochen durch die Kolloidmühle laufende Mahlgut ausgeübt wird, womit ein gänzlich neues Prinzip der kolloidalen Mah- lung vorliegt.
Gemäss der Erfindung besitzt die Kolloid mühle als Läufer ein umlaufendes Zahnrad, das von einem mit Innenverzahnung ver- sehenen feststehenden, als Gegenschläger dienenden Mahlgehäuse umgeben ist, wobei bei gleicher Laufrichtung des Läufers und des Mahlgutes zwischen Läufer und Gegen- Schläger hindurch und bei gleicher Ausbil dung der Zähne und Zahnlücken des Läufers wie diejenige der Zähne und Zahnlücken des Mahlgehäuses, die Zahnstärken des Läufers und der Innenverzahnung des Gehäuses sich zu den Zwischenräumen wie angenähert 1 : 2 bis angenähert 1 :
6 verhalten, wodurch das Mahlgut periodisch unterbrochen durch die Kolloidmühle läuft und dadurch in der Kol- loidmühle selbst mechanisch erzeugten, kon tinuierlich wirkenden rhythmischen Schwin gungen unterworfen wird.
Es wurde nämlich festgestellt, da.ss eine ganz neue Wirkung bei der kolloidalen Mah luni erzielt wird, wenn das Verhältnis der Zahnstärke zu der Zahnlücke auf dem Läufer wie auf der Innenverzahnung des als Gegen schläger wirkenden feststehenden Gehäuses nicht, wie es bisher meist der Fall war, 1 : 1, sondern 1 :2 oder noch besser bei grossen Maschinen etwa. 1 : 3 ist und das Mahlgut in Umlaufrichtung ein- und ausgeführt wird. Das genannte Verhältnis zwischen Zahn stärke und Weite der Zahnlücke lässt sich für Kolloidmühlen mit sehr hohen Touren zahlen auf 1 :4, 1 : 5 bis sogar etwa 1 : 6 steigern.
Bei einer solchen Ausführung der Kolloidmühle ist es möglich, dass das Mahl gut in dem Augenblick, in dem sich die Läuferzähne je in der Mitte des Leerraumes zwischen zwei Gehäusezähnen befinden, zwi schen Läufer und Innenverzahnung des Ge häuses in einer freien Strombahn in Zick- zackform bis zur Abflussstelle hindurchläuft.
Durch den Umlauf des Läufers lässt sich die Beförderung des Mahlgutes von einer Zu führ- bis zu einer Abführstelle bewirken und es kann dabei eine so starke Pump wirkung erzielt werden, dass das Mahlgut ohne Hilfspumpe von der Abführstelle wie der in einen Einfülltrichter, aus dem es zweckmässig dem Mahlwerk zugeführt wird, zurückgepumpt wird. Dadurch kann also ein mehrmaliges ununterbrochenes selbsttätiges Umpumpen des Mahlgutes durch die Kolloid mühle ermöglicht werden und es können ferner andauernde rhythmische Schwingun gen des Mahlgutes - bewirkt werden. Das Mahlgut kann durch eine besondere Leitung unmittelbar in Abfüllgefässe gepumpt wer den.
In der Praxis wird zweckmässig so vor gegangen, dass die Umpumpleitung immer mehr oder weniger geöffnet bleibt, auch wenn abgefüllt wird, damit der innere Druck auf vorzugsweise vorhandene Stopfbüchsen packungen gemildert ist.
Die Wirkung des beschriebenen Beispiels einer Vibrationskolloidmühle beruht darauf, dass, wenn z. B. ein Verhältnis zwischen Zahnstärken und Zahnpicken von 1 cm : 3 cm besteht, wobei die Tiefe der Zahnlücken etwa gleich der Breite der Zahnflächen sowohl des Läufers wie der Innenverzahnung des Ge häuses ist, dass dann in jeder der beschrie benen Schwingungsperioden zwei Phasen auftreten. Die erste Phase entsteht, wenn je ein Gehäusezahn einem Läuferzahn gegen übersteht. Dann ist die grösste Druck- und Mahlwirkung vorhanden. Der Durchlauf des Mahlgutstromes ist aber fast aufgehoben. Die zweite Phase tritt ein, wenn die Zahnflächen des Läufers gegenüber der Mitte der Zahn lücken zwischen zwei Zähnen des Gehäuses stehen.
Dann ist die geringste Druckwirkung auf das Mahlgut vorhanden und für den Mahlgutstrom ein Durchlass von z. B. 1 cm Querschnitt frei geworden. Der Übergang von der einen zur andern Phase geht daher in regelmässig aufeinanderfolgenden Perioden vor sich. Das Mahlgut muss also bei der be schriebenen Arbeitsweise der Maschine in einem Zickzackweg durch den zwischen Läufer und Gehäuse jeweils freien Raum fliessen und wird dadurch periodischen Vi- brationen oder Schwingungen unterworfen, die durch regelmässig wechselnden Druck und Druckentlastung hervorgerufen werden.
Schon bei einer normalen Zahl, das heisst bei 30000-75000 solcher Perioden pro Mi nute, kann eine solche Kolloidmüble als Reaktions- und Dispergierapparat mit hoher Leistung wirken. Es ist aber möglich, die Zahl der Schwingungsperioden so zu er höhen, dass sie der Frequenz von Ultraschall schwingungen nahe kommt. Bei einer solchen Ausführung der Maschine können dann Wir- kungen erzielt werden, die denen der Ultra schallwirkungen ähneln.
Es ist eine Kolloidmühle bekannt, bei der ein zylindrischer oder leicht kegelförmiger gezahnter Mahlkörper konzentrisch in einem mit einer gleichen Zahl von Zähnen versehenen Gehäuse läuft.
Die Einwirkung ununterbro chen wirkender rhythmischer Schwingungen auf das Mahlgut ist aber bei dieser bekann ten Koloidmühle nicht möglich, auch wenn die Zahnlücken breiter sind als die Zahn stärke, da die Durchzugsrichtung für das Mahlgut zwischen dem Läufer und dem Ge genschläger hindurch bei dieser Kolloid mühle axial angeordnet ist, so dass das Mahl gut zwischen den Zahnlücken und Zähnen geknetet und schraubenlinienförmig bewegt, eine beständige rhythmische Schwingungs wirkung auf das Mahlgut infolge von Inter- ferenzerscheinungen jedoch aufgehoben wird.
Wird dagegen, wie oben beschrieben, für die vorliegende Maschine eines der oben an gegebenen Verhältnisse zwischen Zahnstärke und Zahnlückenweite gewählt und ausser dem noch das Mahlgut in der Laufrichtung durch das Mahlwerk geführt, so wird dadurch das Mahlgut den erfindungs gemässen, kontinuierlich wirkenden rhythmi schen Schwingungen unterworfen, was gegen über der bekannten Maschine einen wesent lichen technischen Fortschritt darstellt.
Das Mahlgut wird also bei der neuen Kolloidmühle mit Vorteil in Umlaufrichtung eingeführt und es wird zweckmässigerweise nach Durchlaufen von etwa 3/4 des Gehäuse umfanges abgeführt. In diesem Falle kann für das letzte Viertel des innern Gehäuse umfangs die Verzahnung weggelassen wer den. Durch diese Anordnung kann die Kol- loidmühle gleichzeitig pumpende Eigen schaften erhalten, was für ihre grosstech nische Anwendung von grosser Bedeutung und mit den bekannten Kolloidmühlen nicht zu erreichen ist.
Während bei der vorliegenden Kolloid mühle die Zähne und die Zahnlücken des Läufers in gleicher Weise ausgebildet sind wie die Zähne und die Zahnlücken des Ge- häuses, ist bei bekannten Einrichtungen die Ausbildung der Zahnstärken und der Zahn lücken bei dem Läufer eine andere als bei dem Gehäuse. Bei diesen bekannten Kolloid mühlen werden infolgedessen die rhythmi schen Schwingungen, wie sie vorliegend er zielt werden können, durch Interferenz erscheinungen unterbrochen.
Im folgenden sollen Beispiele der erfin dungsgemässen golloidmühle näher erläutert werden: <I>Beispiel</I> .T Läufer und Gehäuse haben auf den ar beitenden Sektor bezogen 25 Zahnflächen von 1 cm Stärke und Zahnlücken von 1 cm Tiefe und 3 cm Breite. Ein Kurzschlussmotor mit 3000 Umläufen in der Minute wird un mittelbar mit der Kolloidmühle gekuppelt.
Bei dieser Ausführung kommt eine perio dische Schwingungswirkung von 25 X 3000 = 75 000 Perioden oder 150 000 Amplituden in der Minute auf das Mahlgut zustande. Eine chemische Reaktionsmischung oder eine Dispersion, die einer solchen Zahl rhyth misch auftretender Schwingungen, nämlich 2500 einzelne Schwingungsamplituden oder 1250 Perioden in der Sekunde unterworfen wird, kann durch diese Schwingungen eine Förderung und Beschleunigung erfahren,
so dass der beschriebene Apparat sowohl als vor zügliche Dispergiermaschine, als auch zur Förderung chemischer Reaktionen verwendet werden kann.
Treibt man diese golloidmühle mit Hilfe eines Zahnradgetriebes mit 6000 Umdrehun-_ gen an, so erhält man schon 150 000 Perio den oder 800 000 einzelne Amplituden in der Minute und 2500 Perioden oder 5000 einzelne Schwingungsamplituden in der Sekunde.
Damit ist aber die Grenze noch nicht er reicht. Treibt man die Kolloidmühle mit 9000 Touren in der Minute oder bei Anwen- dung einer schnellaufenden Turbine bis 12 000 Umdrehungen in der Minute, so wer den im letzten Falle 25 X 12 000:= 300 000 Perioden oder 600 000 Amplituden in der Minute, also ausserordentlich hohe Schwin gungszahlen je Sekunde ermöglicht.
Es tre- ten dann schon den Grenzgebieten des Ultra schalls ähnliche Wirkungen auf und damit neue Möglichkeiten und neue Wirkungen bei der Ausführung von Dispergierungen und der Förderung chemischer Reaktionen mit nie- Z, Kraft.
<I>Beispiel 2:</I> U m mit einer nach der Erfindung auf gebauten Kolloidmühle für besondere Zwecke ultraschallähnliche Wirkungen zu erzielen, @verden die Zahnflächen des Läufers und des Gehäuses in einer Stärke von nur 5 mm und die Lücken zwischen den einzelnen Zahnungs- fläehen in einer Breite von 1 cm und einer Tiefe von ca. 1 ein ausgeführt. Wendet man einen Läuferdurchmesser von 300 min an, was einem Umfang von 943 mm entspricht, so erhält man bei jeder Umdrehung 63 Pe rioden.
Bei nur 6000 Umdrehungen erzielt man demnach<B>378</B> 000 Perioden in der Minute, 6300 Perioden oder 12 600 einzelne Schwin gungsamplituden in der Sekunde. Bei An wendung einer Umdrehungszahl von 18 000 Touren je Minute erhält man 63 X 18 000 =<B>1</B>134 000 Perioden und 2 268 000 Ampli tuden in der Minute = 37 800 Amplituden in der Sekunde.
Erhöht man den Durchmesser bis auf 500 mm und treibt mit. 18 000 Touren, so er hält man 104 X 18 000=1 872 000 Perioden oder 3 744 000 Schwingungsamplituden in der Minute, in der Sekunde 62 400 Amplitu den. Damit ist schon der Wirkungsbereieh der Ultraschallschwingungen erreicht. Bei der Verwendung in der Praxis erzielt man jedoch schon bei erheblich niedrigeren Schwingungszahlen ausgezeichnete grosstech nische Wirkungen.
Die Kolloidmühle wird am zweckmässig sten so zusammengestellt, dass über dem mit Kühlmantel versehenen Gehäuse ein Trichter mit Regelhahn angeordnet ist. Nach dem Anlassen einer so gebauten Maschine läuft das Mahlgut durch den Regelhahn über den wirksamen Miihlensektor zur Ausfluss- öffnung. Bei einer Ausführung gemäss Bei spiel 1 erfährt das Mahlgut dabei 25mal Druck- und Entlastungswirkung,
das heisst 25 Perioden unmittelbar hintereinander. Kurz vor dem letzten Viertel des Gehäuse umfanges wird das Mahlgut durch die Pump wirkung des Zahnrades ausgeschleudert und durch ein Rohr in den Einfülltrichter zu rückgeführt, solange der Vorgang wieder holt werden soll.
Zum Zwecke des Abfüllens befindet sich zweckmässigerweise an der Rückleitung eine geeignete Abführstelle. Die innere Gehäusewandung hat mit Vorteil nur auf 3@ ihres Umfanges die dem Läufer ent sprechende Zahnung, das heisst das hinter der Ableitungsstelle befindliche Viertel des Gehäuses ist glatt ausgeführt, um das Aus pumpen zu ermöglichen oder die Wirkung zu erhöhen. Zur weiteren Verbesserung des vollen Auspumpens des Mahlgutes ist zweck mässigerweise z.
B. eine messerförmige Stahl leiste am Anfang des glatten Gehäuseviertels angebracht, die mittels einer Schraube re gulierbar ist und die es ermöglicht, den Zwi schenraum zwischen Läufer und Gehäuse hinter der Abführstelle mehr oder weniger abzudichten.
Eine solche Einrichtung ist nicht un bedingt erforderlich, jedoch insbesondere bei dünnflüssigem Mahlgut zu empfehlen.
Die Kolloidmühle hat zweckmässiger weise, in das Gehäuse eingebaut, einen Kühl- oder Heizmantel, durch den z. B. bei der Be arbeitung von pastösem Mahlgut Dampf oder heisses Wasser geleitet werden kann.
Die Zahnung der Kolloidmühle kann auch so ausgeführt werden, dass die Zahn lücken des Läufers in Richtung des Flüssig keitsstromes vom Lückenrand senkrecht oder wenigstens annähernd senkrecht nach dem Lückengrund abfallen und dann in einer Kurve zu dem andern Lückenrand ansteigen, und dass die Zahnlücken des Gehäuses in Richtung des Flüssigkeitsstromes vom Lük- kenrand in einer Kurve nach dem Lücken grund abfallen und dann wenigstens an nähernd senkrecht zu dem andern Lücken rand ansteigen oder umgekehrt für die Zahn- lücken des Läufers und des Gehäuses.
Es wird dadurch ein scharfes Abreissen der Schwingungen erreicht. Ferner kann je nach der Steilheit der Kurven, der Zahn lücken die Kurvenform der Schwingungen verändert werden. Ausserdem wird das Durchfliessen des Mahlgutes in Pumprich- tung erleichtert.
Kolloidmühlen, deren Wirkung auf dem Prinzip der in der Maschine selbst erzeug ten, kontinuierlich wirkenden, rhythmischen Schwingungen beruht, sind bisher nicht be kannt gewesen. Dass man durch mechanische Wirkungen ultraschallähnliche Vibrations- wirkungen auf Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe hervorrufen kann, war nicht zu er warten.
Bei Anwendung von Periodenzahlen von mehr als 75 000 pro Minute ist es nicht er forderlich, die Gehäusezahnung auf der ganzen Strecke vom Einlauf des Mahlgutes bis zum Auslauf anzubringen. Es können vielmehr z. B. nur eine Hälfte des zu zahnen den Gehäuseteils oder einzelne Stellen mit Zahnung versehen werden, z. B. kann kurz nach der Einführstelle eine Gruppe von etwa 10 Zähnen und kurz vor dem Ausfluss noch mals eine Gruppe von 10 Zähnen ausgefräst sein. Die Zahngruppen .können aber auch an drei bis vier Stellen auf der Gehäusewandung angebracht sein. Eine solche Ausführungs art ist bei den genannten hohen Perioden zahlen zweckmässig, um die Durchlaufmenge zu regeln.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes veranschaulicht die beiliegende Zeichnung.
Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt, Fig. 2 ein vertikaler Längsschnitt; Fig. 3 und 4 stellen Detailvarianten dar. Das zu bearbeitende Gut wird aus dem Trichter 1 über Hahn 2 in die Maschine ein geführt. Durch den Hahn 2 wird die Zufuhr reguliert. Über den Kanal 3 gelangt das Mahlgut in den Vibrationsraum. Die Vibra- tionen werden durch das Rotieren des ge zahnten Läufers 4 innerhalb des gleichfalls gezahnten feststehenden Gehäuses 5 erzeugt. Die Zahnungen sind so ausgeführt, dass z. B. auf eine Zahnstärke von 1 cm, gemessen am Zahnkopf, eine Zahnlücke 6 von 3 cm Breite folgt.
Das feststehende Gehäuse 5 besitzt die Zahnung nur auf angenähert 3/4 seines Um fanges. Hinter der Abführ- oder Auspump- stelle 7 bis zur Einführstelle 3 weist die Ge häusewandung keine Zahnung auf, sondern die Zwischenräume sind metallisch aus gefüllt.
Von der Auspumpstelle 7 führt eine Lei tung 8 mit Abfüllhahn 9 zum Trichter 1 zu rück, so dass das Mahlgut kontinuierlich be arbeitet werden kann, bis die gewünschte Wirkung erzielt ist.
Die Maschine ist mit einem Mantelraum 10, mit Ein- und Ausführstutzen 11 und 12 ausgestattet und steht mit ihrem Unter gestell 13 auf der Fundamentplatte 14.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt der Kol- loidmühle in Achsenrichtung mit dem Trich ter 1, dem Einlassregulierhahn 2, der Zu leitung 3. 6 sind die Zwischenräume (Zahn lücken) zwischen den Zahnungen auf dem rotierenden Läufer wie auf dem feststehen den Gehäuse - die Zahnung ist im Hinter grund in Umrissen angedeutet -. 15 ist der Läufer, 16 die Achse.
Die Achse 16 ist mit Metall-Graphit- Packungen 17 gegen den Vibrationsraum ab gedichtet. Sie endigt einerseits hinter dem von der Maschine getrennten Drucköllager 18 und anderseits wird sie durch das Druck- öllager 19 hindurchgeführt und endet im Kupplungsansatz 21. 18 und 19 sind die Drucköllager, 20 ist die von der Achse ge triebene Ölpumpe, die beständig unter Druck die Schmierung automatisch besorgt. Die Ma schine wird durch den Kupplungsansatz 21 entweder direkt oder über ein, Touren veränderungsgetriebe an den Motor an geschlossen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen je eine Anord nung der Zähne und Zahnlücken des Läufers und des Gehäuses, bei der Zahnlücken des Läufers in Richtung des Flüssigkeitsstromes vom Lückenrand senkrecht oder wenigstens steil nach dem Lückengrund abfallen und dann in einer Kurve langsam zu dem andern Lückenrand ansteigen und die Zahnlücken des Gehäuses in Richtung des Flüssigkeits stromes vom Lückenrand in einer Kurve langsam nach dem Lückengrund abfallen und dann steil oder senkrecht zu dem andern Lückenrand ansteigen oder umgekehrt für die Zahnlücken des Läufers und des Gehäuses.
Auch bei den Fig. 3 und 4 ist der Läufer mit 4, das Gehäuse mit 5 und der Mantelraum mit 10 bezeichnet; die Zahn lücken tragen wieder das Bezugszeichen 6.