CH688849A5 - Ruehrwerksmuehle. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Rührwerksmühle gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. 



  Eine derartige Konstruktion ist beispielsweise aus der US-A 4 174 074 bekannt geworden. Aus dieser Literaturstelle ist zu entnehmen, wie die einzelnen Rührwerkzeuge aus vollem Material an den Ringen des Rotors und der Mahlbehälter angebracht sind. Dies geschieht durch Einlöten, Einkleben oder Verschrauben der Rührwerkzeuge in Senkbohrungen in der Wand eines Ringes oder durch Kombination dieser Verbindungsmethoden. 



  Bei solchen Rührwerksmühlen dienen die Werkzeuge dazu, den im Mahlbehälter enthaltenen Mahlkörpern durch die Drehbewegung von Rotor und Mahlbehälter zueinander eine Bewegung innerhalb einer Mahlgutsuspension zu erteilen, die dadurch immer wieder gegen die Rührwerkzeuge stossen und so deren Erwärmung bewirken. 



  Die Rührwerkzeuge sind häufig Körper mit relativ geringem Querschnitt, wodurch sie die aufgenommene Wärme rascher in das Mahlgut abgeben, als diese an den gekühlten Ring des Mahlbehälters oder des Rotors abgegeben werden kann. 



  Gerade diese Auswirkung aber ist unerwünscht, weil viele Mahlgüter temperaturempfindlich sind. Es wurde daher bereits verschiedentlich vorgeschlagen, Rührwerkzeuge mit innerer Kühlung anzubringen (EP-A 0 045 498 und CH-A 658 802). 



  In diesen beiden zuletzt genannten Schriften finden sich auch ins einzelne gehende Hinweise, wie die Rührwerkzeuge mit inne rer Kühlung in den Rotor- bzw. Statorteilen einer Rührwerksmühle durch Einlöten oder Einkleben befestigt werden können. 



  Dies war auch schon bei ungekühlten Rührwerkzeugen aus vollem Material der Fall, wie bereits oben beschrieben oder aber es wurden scheibenförmige Rührwerkzeuge oft überhaupt nur am Rotor- oder Statorteil festgeklemmt oder durch formschlüssige Verbindungen, Vertiefungen und Vorsprünge in ihrer Lage festgehalten. 



  Durch die innere Kühlung der Rührwerkzeuge konnte die an diesen entstehende Wärme wirksam an das Kühlmittel abgeführt werden. Aus der Konstruktion der Rührwerkzeuge mit innerer Kühlung ergab sich jedoch ein anderes schwerwiegendes Problem. Wird ein Rührwerkzeug aufgrund der hohen Beanspruchung aus der Wand des Mahlbehälters oder Rotors, in die es eingesetzt ist, herausgeschlagen, wobei sich die von einem Klebemittel oder einem Lot gebildete Zwischenschicht löst, so ergeben sich zwei höchst unerwünschte Effekte, indem einerseits Kühlwasser in das zu vermahlende Produkt eindringt und dieses unbrauchbar macht, wenn dieses Mahlgut wasserempfindlich ist, wie z.B. Schokolade, und anderseits Mahlgut in die Kühlkanäle eintreten kann, was aufwendige und langwierige Reparaturarbeiten erforderlich macht. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerksmühle so zu gestalten, dass die bei Werkzeugen mit innerer Kühlung auftretenden Nachteile vermieden werden und der Nachteil, der bei Werkzeugen aus vollem Material in der ungünstigen Wärmeabfuhr an das Kühlmittel liegt, beseitigt wird. 



  Es verbleibt allerdings dann das Kühlproblem, dessen Lösung wegen der einander widerstreitenden Anforderungen bei der Herstellung und dem Gebrauch einer Rührwerksmühle schwierig erscheint. 



  Im Sinne der Erfindung wird in einem zweiten Schritt vorgeschlagen, Rührwerkzeuge und Ringe von Rührwerkbehälter und/oder Rotor jeweils aus einem Stück und aus einem gut wärmeleitenden Material herzustellen. 



  Durch diese Massnahme entfällt die bisher vorhanden gewesene, aus einem Klebstoff oder einem Lot bestehende Zwischenschicht, wodurch sich die Wärmeleitung vom Rührwerkzeug an den Rotor oder an den Mahlbehältern bzw. an dessen gekühlte Seite in einem solchen entscheidenden Masse verbessert, dass die Kühlung der Rührwerkzeuge von den gekühlten Ringen her erfolgen kann und somit das Durchströmen der Rührwerkzeuge selbst mit einem Kühlmittel überflüssig macht. 



  Dadurch, dass die Ringe mit den Rührwerkzeugen des Rotors und/oder des Mahlbehälters vom Kühlmittel angeströmt werden, kann die an den Rührwerkzeugen erzeugte Wärme wirksam aus der Rührwerksmühle abgeführt werden, während keine Gefahr einer gegenseitigen Verunreinigung der verwendeten Fluide besteht, weil die Ringe - im Gegensatz zu den Werkzeugen - viel stabiler gebaut sein können. 



  Die Herstellung von Ring und Rührwerkzeugen aus einem Stück erfolgt zweckmässig aus einem Keramikmaterial, wie Wolframkarbid, insbesondere einem Siliziummaterial, wie beispielsweise Siliziumkarbid. Damit werden die Vorteile einer guten Wärmeleitung mit der grossen Härte und Dauerhaftigkeit des Materials an jenen Stellen verbunden, die durch die Mahltätigkeit einem erhöhten Verschleiss ausgesetzt sind. 



  Durch die Erfindung wird nicht nur die gestellte Aufgabe gelöst, sondern es wird darüber hinaus auch noch in überraschender Weise und bedeutendem Ausmass eine Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung erreicht, weil die Werkzeuge nicht mehr gesondert in die Ringe eingesetzt und befestigt werden müssen, und sich überdies keine schwierigen Abdichtungsprobleme ergeben. 



  Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemässen Ringe samt Rührwerkzeugen durch Sintern hergestellt werden; insbesondere durch isostatisches Verpressen und vorzugsweise durch heissisostatisches Verpressen. 



  Eine in diesem Zusammenhang besonders günstige, aber auch unabhängig von der Ausbildung nach den vorhergehenden Ansprüchen vorteilhafte Rührgeometrie ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 7. 



  Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Längsschnittes durch eine erfindungsgemässe Rührwerksmühle. 



  Eine Rührwerksmühle 1 besitzt einen Mahlbehälter 2, in dem ein Rotor 3 drehbar gelagert ist. Der Mahlbehälter 2 hat einen äusseren Kühlmantel 4, der beispielsweise aus Blech mit angeschweissten, etwa schraubenlinienförmig über den Umfang des Bleches verlaufenden Kühlrippen 5, die in Axialrichtung zwischen einander schraubenlinienförmige Kühlkanäle 6 begrenzen. 



  Analog dazu sitzt der Rotor 3 an einer Welle 7 mit einem inneren Kanal 8 und einem äusseren Ringkanal 9, über welche Kanäle 8, 9 die Kühlung durch Zufuhr und Abfuhr von Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser erfolgt. 



   Mahlbehälter 2 und Rotor 3 bestehen aus einzelnen, aus einem Hartstoff gebildeten Ringen 10, 11. Während die Ringe 10 mit ihren Aussenflächen an den Kühlrippen 5 anliegen, sitzen die Ringe 11 auf einem Führungsrohr 12, das an seiner Aussenseite - ähnlich dem Mahlbehälter 2 - mit schraubenlinienförmig über den Umfang verlaufenden Kühlrippen 13 zur Bildung von Kühlkanälen 14 versehen ist. Diese Kühlkanäle 14 stehen über Schrägkanäle 15 mit dem äusseren Ringraum 9 der Welle 7 in Verbindung. Die Kühlrippen 5, 13 können an sich gleich oder  verschieden ausgebildet sein und mögen auch auf andere Weise ausgebildet sein, als dies hier dahergestellt ist.

  Beispielsweise können sie einfach von einem schraubenlinienförmigen Band oder einer Schnur, beispielsweise aus Metall, insbesondere aus einem elastischen Material wie Gummi gebildet sein, doch ist es jedenfalls bei Ausbildung der Ringe 10, 11 aus Keramik bevorzugt, wenn die Kühlrippen, abweichend von der Ausbildung nach der oben erwähnten US-A-, nicht an den Ringen angeformt sind, sondern an dem den Ringen 10, 11 jeweils gegenüberliegenden Teil 4 bzw. 13 oder eben als gesonderter schraubenlinienförmig angeordneter Teil. 



  Das zu vermahlende Produkt wird im Sinne eines Pfeiles 16 über einen Einlass 17 und einen Einlasstrennspalt 18 zur Zurückhaltung der im Inneren des Mahlbehälters vorgesehenen Mahlkörper zugeführt und gelangt über eine entsprechende Auslasstrenneinrichtung, wie dem Sieb 19 in einen Auslassringraum 20 und von dort in einen Auslass 21. 



  Die aus Hartstoff bestehenden Ringe 10, 11 können aus Keramikmaterial bestehen. Ist dies der Fall, so können sich unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Mantel 4 und den Ringen 10 einerseits und dem Führungsrohr 12 und den Ringen 11 anderseits ergeben. Um etwaige darauf resultierende Spannungen auszugleichen, können die Konstruktionen von Rotor und Stator derart modifiziert werden, wie dies beispielsweise in der DE-A 3 918 092 anhand der Fig. 9 und 16 bis 19 geschildert ist, wobei der Inhalt dieser Literaturstelle durch Bezugnahme hier als geoffenbart gelten soll, um eine ins einzelne gehende Beschreibung der bekannten Konstruktion zu vermeiden.

  Vorteilhaft ist dabei, wenn die einzelnen Ringe 10, 11 mit Hilfe von Zugschrauben 22, 23 zusammengespannt sind, die in der dargestellten Form an der Aussenseite des Mahlbehälters verlaufen können, gegebenenfalls aber auch in eine innere Mantelwand (soferne sie aus Metall besteht) eingeschraubt sein mögen. 



  Abweichend von den Konstruktionen des Standes der Technik sind mit den Ringen 10, 11 Rührwerkzeuge 24 des Mahlbehälters 2 und die Rührwerkzeuge 25 des Rotors 3 einstückig verbunden. Die Form dieser Werkzeuge 24, 25 kann an sich beliebig sein, d.h. sie kann am Mahlbehälter 2 und am Rotor 3 gleich oder unterschiedlich sein und von Stiftenscheiben oder dgl. gebildet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bevorzugt um Stifte, obwohl auch Scheiben denkbar wären. 



  Dadurch, dass die Rührwerkzeuge 24, 25 mit den jeweiligen Ringen 10, 11 einstückig verbunden sind, ist eine durch die Wärmeleitung zu überschreitende Barriere vermieden, so dass die Wärmeableitung von den Rührwerkzeugen 24, 25 direkt in die Kühlkanäle 6 bzw. 14 erfolgt. Dadurch wird ein widerstandsarmer Wärmeübergang erreicht, der insbesondere dann eine wirkungsvolle Kühlung sichert, wenn für die aus Ringen 10, 11 und Werkzeugen 24, 25 bestehenden Einheiten aus einem Keramikmaterial, wie insbesondere Siliziumkarbid, oder auch Wolframkarbid, gefertigt werden. 



  Bei der dargestellten Ausführungsform zum Aufbau des Mahlbehälters 2 bzw. des Rotors 3 sind jeweils vier Ringe vorgesehen, doch muss diese Anzahl bei Rotor und Mahlbehälter nicht unbedingt übereinstimmen. Ebenso wäre es denkbar, nur den Mahlbehälter 2 oder nur den Rotor 3 aus solchen Ringen aufzubauen. 



  Ferner wäre es denkbar, eine Mühle jeweils nur aus einem einzigen Ring aufzubauen, obwohl es bevorzugt ist, mindestens zwei solcher Ringe 10, 11 vorzusehen. Auch eine grössere Anzahl als vier Ringe ist möglich. 



  Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Werkzeuge 24, 25 einander zugekehrte, im wesentlichen zueinander parallele Scherflächen 26. Diese Scherflächen 26 erstrecken sich wenigstens annähernd in radialer Richtung relativ zu einer Mittelachse A des Rotors 3 und des Mahlbehälters 2, die gleichzeitig die Drehachse des Rotors 3 darstellt. Dagegen  besitzen die Werkzeuge 24, 25 an der der jeweiligen Scherfläche 26 abgewandten Seite eine zu einer Radialrichtung geneigte Fläche 27. Es ist bevorzugt, wenn der Abstand der Scherflächen 26 voneinander in der gezeigten Weise geringer ist, als der Abstand der den Scherflächen 26 abgekehrten Flächen 27 jeweils einander benachbarter Rührwerkzeuge von Mahlbehälter 2 und Rotor 3. 



  Aus Festigkeitsgründen ist es von Vorteil, wenn die jeweilige Mantelfläche 28 bzw. 29 der Ringe 10, 11 leicht konisch derart ausgebildet ist, so dass die Dicke des Ringes gegen das jeweilige Rührwerkzeug 24, 25 hin - es handelt sich dabei jeweils um einen Werkzeugkranz - zunimmt. Dies ist auch dann besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeuge 24, 25, statt etwa im Bereiche einer Stirnfläche des jeweiligen Ringes 10 bzw. 11, annähernd in dessen axialer Mitte angeordnet sind, wobei dann der jeweilige Ring derart konisch ausgebildet ist, dass er zweckmässig von beiden Stirnseiten her eine zum Werkzeug 24 bzw. 25 hin zunehmende Dicke aufweist. Dies verbessert nicht nur die Festigkeit am Ansatz des vom Ring abstehenden Werkzeuges 24 bzw. 25, sondern ergibt auch eine grössere Querschnittsfläche für den Wärmeübergang. 



  Dabei kann die Ausbildung so getroffen sein, dass der Mahlbehälter und/oder der Rotor 3 eine ganz schwache Konizität von 0,5 bis 5 DEG  derart aufweist, dass im Falle des Mahlbehälters der oberste Ring 10 einen geringfügig kleineren Aussendurchmesser besitzt, als der unterste Ring 10, so dass das Einschieben in den äusseren Mantel 4 erleichtert wird. Ebenso kann im Falle des Rotors 3 der oberste Ring 11 einen geringfügig grösseren Durchmesser besitzen, als der unterste Ring 11, wobei auch das Führungsrohr 12 konisch ausgebildet ist. Auf diese Weise wird nämlich das Aufstecken und Abziehen von Ringen erleichtert. 



   Es versteht sich, dass die zuletzt genannten geometrischen Ausbildungen der Werkzeuge und der Ringe bzw. des Mahlbehälters und des Rotors insgesamt, im Prinzip unabhängig davon  sind, ob die Werkzeuge 24, 25 einstückig mit den Ringen 10, 11 verbunden sind oder nicht, wenn sich auch bei einer solchen einstückigen Ausbildung die durch die Flächen 26, 27 gebildete Form als besonders günstig erwiesen hat. 



  Die Erfindung ist auch keineswegs auf die genannte leichte Konizität von Mahlbehälter 2 und/oder Rotor 3 beschränkt, vielmehr ist es durchaus möglich, besonders im Hinblick auf eine vereinfachte Lagerhaltung, alle Ringe 10, 11 jeweils gleichartig auszubilden. 



   Es versteht sich, dass es nun nicht mehr notwendig ist, die Rührwerkzeuge 24, 25 an den Ringen 10, 11 gesondert zu befestigen, so dass die Montage - zusätzlich zur angestrebten Verbesserung des Wärmeüberganges - ausserordentlich vereinfacht und verbilligt wird. Gleichzeitig wird auch die Herstellung vereinfacht, wobei sich das Sintern der Ringe 10, 11 als besonders zweckmässig herausgestellt hat. Um gleichförmige Dichtungen zu erhalten, ist ein isostatisches Verpressen, und insbesondere ein heiss-isostatisches Verpressen, bevorzugt. 



  Dadurch, dass die Kühlkanäle 6, 14 nicht mehr bis in die Werkzeuge 24, 25 reichen, ist nun auch das Problem der Abdichtung der Rührwerkzeuge als erledigt zu betrachten und damit die Gefahr einer ungewollten Vermischung des in einer Suspension vorliegenden Mahlgutes mit dem Kühlmittel. 

Claims (8)

1. Rührwerksmühle mit einem einen Mahlraum umschliessenden Mahlbehälter (2) und einem in diesem angeordneten Rotor (3), von denen zumindestens einer in Axialrichtung aus einzelnen Ringen (10, 11) aufgebaut ist und wenigstens ein Teil der Ringe (10, 11) mit radial abstehenden Werkzeugen (24, 25) versehen ist, wobei die Ringe (10, 11) an ihrer dem Mahlraum abgewandten Seite von einem Kühlmedium beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (24, 25) und die dazugehörigen Ringe (10, 11) des Mahlbehälters (2) und des Rotors (3) jeweils einteilig hergestellt sind und der einstückige Teil aus einem wärmeleitenden Material besteht.

2.

Rührwerksmühle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10, 11) des Mahlbehälters (2) und/oder des Rotors (3) aus einem Keramikmaterial, wie Wolframkarbid, insbesondere aus Siliziummaterial, wie Siliziumkarbid, vorzugsweise durch Sintern und im besonderen durch isostatisches Verpressen, bevorzugt durch heiss-isostatisches Verpressen, hergestellt sind.

3. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10, 11) mit ihren dem Mahlraum abgewandten Seiten über Kühlrippen (5, 13) an einem Kühlmantel (4, 12) anliegen und mit diesem und den Kühlrippen (5, 13) schraubenlinienförmig verlaufende Kühlkanäle (6, 14) bilden.

4.

Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Mahlraum begrenzenden Mantelflächen (28 und 29) der Ringe (10 und 11) des Mahlbehälters (2) und des Rotors (3) leicht konisch ausgebildet sind, wobei die Dicke der Ringe (10 und 11) in Richtung auf die Rührwerkzeuge (24 und 25) hin zunimmt.

5. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlbehälter (2) eine schwache Konizität von 0,50 bis 51 aufweist, wobei der äussere Durchmesser der Ringe (10) des Mahlbehälters (2) und der Kühlmantel (4) entsprechend der Konizität angepasst ist.

6.

Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (12) des Rotors (3) eine schwache Konizität von 0,5 DEG bis 5 DEG aufweist, wobei der innere Durchmesser der Ringe (11) des Rotors (3) der Konizität des Führungsrohres (12) angepasst ist.

7. Rührwerksmühle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwerkzeuge (24, 25) des Mahlbehälters (2) und des Rotors (3) parallel zueinander gerichtete Scherflächen (26) und an den von den Scherflächen abgewandten Seiten geneigte Flächen (27) aufweisen, wobei die Dicke der Werkzeuge (24, 25) in Richtung der Ringe (10, 11) zunimmt.

8. Rührwerksmühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10, 11) durch axial verlaufende Zugschrauben (22, 23) zusammengespannt sind.