DE10016388C2 - Mahlvorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Feinstmehlpartikeln im Nanometerbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mahlvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere eine Trommelmühle, vorzugsweise eine Siebkugelmühle, mit einer zylindrischen oder konischen, um eine vorzugsweise horizontale Achse drehbaren Mahltrommel, die einen kreis­ förmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist, mit mehreren innerhalb der Mahltrommel hintereinander angeordneten, sukzessive feinere Durchlass­ öffnungen aufweisenden Siebeinsätzen und mit Mahlkörpern zum Zerkleinern von Mahlgut zu feinem Mehl, wobei auf der Innenseite der Mahltrommel eine Stützschale vorgesehen ist, die die Innenfläche der Mahltrommel teilweise ü­ berdeckt, und mit der die Siebeinsätze jeweils zumindest an zwei Stellen fest verbunden sind, wobei die Siebeinsätze derart angeordnet sind, dass der erste Siebeinsatz mit den gröbsten Durchlassöffnungen ggf. zusammen mit der dem ersten Siebeinsatz gegenüberliegenden Innenfläche der Mahltrommel und ggf. einer Teilfläche der Stützschale einen ersten Mahlraum eingrenzt, in welchem das grobe Mahlgut zu Beginn des Mahlprozesses eingefüllt ist, wobei der nächstfolgende und alle weiteren Siebeinsätze gegeneinander und ggf. mit Teil­ flächen der Stützschale weitere Mahlräume eingrenzen, und wobei der letzte Siebeinsatz mit den feinsten Durchlassöffnungen zusammen mit einer Teilflä­ che der Stützschale einen Sammelraum für Feinstmehl eingrenzt, wobei in sämtlichen Mahlräumen Mahlkörper vorgesehen sind, sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 23 zum Betrieb dieser Mahlvorrichtung.

Derartige Trommelmühlen sind beispielsweise beschrieben in Lueger, Lexikon der Technik, Deutsche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 4. Auflage, Band 4 (1962) Seiten 372-374 und Band 5 (1963) Seiten 415-421.

In der US 1,598,933 ist eine Pulvermühle beschrieben, die über eine nähe­ rungsweise horizontal angeordnete, rotierbare, zylindrische Mahltrommel ver­ fügt, in der mehrere Siebeinsätze die Mahltrommel entlang ihrer Längsachse unterteilen. Das erhöht angeordnete erste Abteil der Mahltrommel wird mit dem Mahlgut beschickt, welches dort mittels grober Mahlkörper zerkleinert wird. Das gemahlene Gut gelangt durch einen Siebeinsatz in ein weiteres Abteil der Mahl­ trommel, wo weiter aufgemahlen wird. Die übrigen Abteile schließen sich ent­ sprechend an. Dabei nehmen sowohl die Größe der Mahlkörper als auch die Maschenweite der Siebeinsätze ab. Das tiefstgelegene Abteil verfügt schließlich über eine Entnahmeöffnung für das am feinsten gemahlene Gut.

Die Mahlleistung solcher bekannter Kugelmühlen beschränkt sich derzeit auf erreichbare Partikelgrößen von im Mittel einigen µm. Allerdings enthält das er­ zeugte Mahlgut, wie Analysen gezeigt haben, immer auch einen gewissen An­ teil an feineren Partikeln mit Partikelgrößen < 1 µm, die aber nur einen geringen Bruchteil des gesamten Mahlguts ausmachen und darin gewissermaßen "un­ tergehen".

Derartige Feinstpartikel mit Durchmessern im Nanometerbereich haben jedoch mittlerweile aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften insbesondere in Binde­ mitteln und Zementen besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen:
Wenn es nämlich gelingt, beispielsweise anorganische Bindemittel der Verar­ beitung besonders fein, insbesondere mit Partikelgrößen im Nanometerbereich zuzuführen, so erfolgt bei der chemischen Härtung der Zusammenschluß dieser besonders feinen Partikel mit einer größeren Anzahl von Verbindungsstellen als bei herkömmlichen Partikelgrößen, was bei entsprechender Prozesssteuerung zu einer Ausbildung von "Gelenken" und damit zu erhöhter Flexibilität des End­ produkts beiträgt. Auch der energetische Oberflächenzustand vieler Feinst­ partikel und die resultierende Gesamtstruktur kann vorteilhaft genutzt werden. Darüber hinaus ermöglicht ein besonders feinkörniges Gefüge auch eine Verar­ beitung in ganz besonders dünnen Schichten, was mit einer erheblichen Ein­ sparung von Bindemitteln sowie schnellerer und besserer Durchhärtung und rascherem Temperaturausgleich bei thermischer Betriebsbeanspruchung ver­ bunden ist.

Weiterhin ergibt sich auch eine höhere Flexibilität bei Wärmedehnung und ein besseres Verhalten bei Schwingbeanspruchung sowie eine höhere einsatzbe­ dingte Verformbarkeit bei Werkstücken unter Verwendung von Bindemitteln mit höheren Partikelanteilen mit Durchmessern im Nanometerbereich. Derartige Stoffe sind daher insbesondere im Baubereich mit besonderem Vorteil einsetz­ bar, wo besonders hohe Ansprüche an die Festigkeits- und Dehnungseigen­ schaften der verwendeten Materialien gestellt werden. Durch eine vermehrte Stegbildung zum Substrat aufgrund der Verwendung von Partikeln mit Durch­ messern unterhalb 1 µm im Bindemittel ergibt sich insbesondere bei Adhäsions­ vorgängen ein besonders günstiges Verhalten.

Weiterhin kann durch den Zusatz von Feinstkomponenten nach Verarbeitung eines solchen Bindemittels die Ausbreitung der bei hoher mechanischer Bean­ spruchung entstehenden Risse gestoppt oder zumindest verlangsamt werden, weil die Wahrscheinlichkeit, daß ein solcher Riss auf ein den Weiterreißvorgang stoppendes Teilchen trifft, mit abnehmender Teilchengröße und daher "höherer Präsenz" der Teilchen erhöht wird. Die positiven Folgen davon sind steigende Flexibilität und Festigkeit der Endprodukte.

Weitere Vorteile der Verwendung solcher Feinstpartikel mit Durchmessern < 1 µm (im Folgenden "Nanopartikel" genannt) insbesondere für die Herstellung von Spezialkeramiken für hochbeanspruchte Präzisionsteile sind beispielswiese beschrieben in einem Artikel von Franz Frisch in der Zeitschrift FOCUS, 8 (1993), Seiten 78-80.

Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Nanopartikel ist in der DE 43 14 310 C1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Keramik-Pulver höchster Feinheit für Zwecke der technischen Keramik mit Partikeldurchmessern in der Größenordnung Nanometer werden die Ausgangs­ stoffe für das Rohmaterial zur Herstellung des Pulvers durch Schäumen in feinste Teile zerlegt, wobei die Schaumwände so sehr aufgebläht werden, dass die Bläschenwände Stärken in der Größenordnung Nanometer erhalten. Nach dem Platzen der Schaumbläschen, die im Wesentlichen aus dem Ausgangsma­ terial ausgetriebenes Kristallwasser enthalten, liegen Bruchstücke des Keramik­ materials mit Durchmessern in der Größe der Bläschenwandstärke, also Parti­ kel im Nanometerbereich vor. Nach Entfernung des ausgetriebenen Kristallwas­ sers entsteht somit ein Keramik-Pulver von höchster Feinheit.

Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens ist allerdings stets die Beherr­ schung chemischer Prozesse erforderlich. Auf mechanischem Wege lässt sich das gewünschte Nano-Pulver damit nicht gezielt herstellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine mechanische Mahlvorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzustellen, mit der ohne die Beherrschung chemischer Prozesse auf technisch möglichst unaufwendige Art gezielt Nano-Pulver, also ein Feinstmehl, das ausschließlich aus Partikeln mit Durchmessern < 1 µm besteht, hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf überraschend einfache, aber wir­ kungsvolle Art und Weise durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 23 gelöst. Die Stützschale besteht aus Hartmateri­ al. Zumindest der letzte Siebeinsatz weist Durchlassöffnungen auf, die nur Partikel mit Durchmessern < 1 µm hindurchtreten fassen, und der letzte Siebeinsatz zum letzten Mahlraum hin ist mit einer perforierten Schutzabdeckung aus Hartmaterial, beispielsweise einem Schutzgitter, abgedeckt, wo­ bei die Perforationen der Schutzabdeckung etwas kleiner sind als die kleinsten Mahlkörper im letzten Mahlraum, jedoch erheblich größer als die Durchlassöff­ nungen des letzten Siebeinsatzes.

Mit der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung können die Nanopartikel noch während des Mahlprosses von den gröberen Bestandteilen ohne großen tech­ nischen Aufwand getrennt werden. Dies erfolgt mit Hilfe der hintereinander­ geschalteten, immer feiner werdenden Siebeinsätze in der erfindungsgemäß strukturierten Mahltrommel. Aufgrund der bei einer solchen Trommelmühle wir­ kenden Zentrifugalkräfte werden ausgehend vom ersten Mahlraum immer feine­ re Partikel in die nächstfolgenden Mahlräume eingelassen, bis schließlich hinter dem letzten und feinsten Siebeinsatz nur noch Nanopartikel in den Sam­ melraum für Feinstmehl gelangen.

Um den letzten und feinsten Siebeinsatz, der in der Regel relativ empfindlich sein wird, vor Beschädigung durch die im letzten Mahlraum verwendeten Mahl­ körper sowie gröbere Mahlgutpartikel zu schützen, wird durch Anwendung einer Schutzabdeckung mit entsprechenden Perforationen lediglich das gewünschte Nano-Pulver und allenfalls Partikel im Mikrometerbereich an den letzten Sieb­ einsatz herangeführt, während gröbere Partikel, insbesondere die verwendeten Mahlkörper nicht in direkten Kontakt mit dem Feinstsieb gelangen können.

Die verwendete Stützschale gibt den strukturiert angeordneten Siebeinsätzen einen festen Halt und bestimmt ihre relative Lage zur Innenseite der Mahltrom­ mel. Außerdem bildet eine Teilfläche der Stützschale zusammen mit dem letz­ ten Siebeinsatz den Sammelraum für das gewünschte Endprodukt, das Nano- Pulver.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung, bei der der erste Mahlraum mindestens die Hälfte des Innenraumes der Mahl­ trommel einnimmt. Da bei der sukzessiven fraktionierten Zerkleinerung des Mahlgutes in den aufeinanderfolgenden Mahlräumen immer nur ein Teilvolu­ men in die nächstfeinere Fraktion durch den entsprechenden Siebeinsatz ge­ langen kann, wird der Mahlprozeß im ersten Mahlraum, in dem das Mahlgut noch die gröbsten Proportionen aufweist, die längste Zeit beanspruchen, so dass die Ausbeute an Nano-Pulver (und eventuell vor dem letzten Sammelraum erzeugten gröberen Pulvern) erhöht wird, wenn gerade der erste Mahlraum be­ sonders großvolumig ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Siebeinsätze als plattenförmige, ebene oder leicht gekrümmte Segmentgitter ausgeführt, welche direkt mit der Stützschale verbunden sind. Derartige Segmentgitter sind beson­ ders einfach herstellbar. Innerhalb der Mahltrommel können die Segmentgitter entweder hintereinander angeordnet werden, wobei sie auf mindestens zwei Seiten mit der Stützschale fest verbunden sind. Möglich ist aber auch eine "sternförmige" Anordnung, bei der die Segmentgitter auf der Achse der Mahl­ trommel über eine Kante jeweils untereinander fest verbunden sind, während die gegenüberliegende Kante der Siebeinsätze jeweils an der Stützschale be­ festigt ist.

Eine alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Siebein­ sätze zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch ausgeführt und in der Mahl­ trommel koaxial angeordnet sind, wobei der erste Siebeinsatz der radial inners­ te und der letzte Siebeinsatz der radial äußerste ist, und dass die Siebeinsätze jeweils über durchgehende Stege mit der Stützschale verbunden sind.

Diese Ausführungsform kann noch dadurch verbessert werden, dass die Sieb­ einsätze an ihren beiden axialen Enden jeweils eine ringförmige Umfassung aufweisen, von der die Verbindungsstege zur Stützschale radial abgehen.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäs­ sen Mahlvorrichtung sind die Stützschalen und vorzugsweise auch die Siebein­ sätze aus abriebfestem Material, insbesondere aus Hartmetall, Sondermetall oder hartkeramisierten Werkstoffen hergestellt. Dadurch können Beschädigun­ gen insbesondere der empfindlicheren Feinstsiebeinsätze, aber der auch stän­ dig mit den Mahlkörpern und auch gröberem Mahlgut in direkten Körperkontakt tretenden Stützschale vermieden werden.

Diese Ausführungsform kann vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, dass zumindest der letzte Siebeinsatz eine in einem Sinterverfahren aus Kornmate­ rial hergestellte poröse Platte umfasst, die als dreidimensionales Siebgitter wirkt.

Derartiges Kornmaterial, beispielsweise hartkeramisches Material oder sinter­ bares Hartmetallmaterial weist von Hause aus die geforderten Festigkeitswerte und die erwünschte Robustheit für einen Dauerbetrieb in der erfin­ dungsgemässen Mahlvorrichtung auf, so dass ein derartiges dreidimensionales Feinstsiebgitter möglicherweise auch ohne vorgeschaltete Schutzabdeckung auskommen kann.

Eventuelle Verstopfungen eines solchen gesinterten dreidimensionalen Feinstsiebes beispielsweise durch Ansammlungen von Mehlpartikeln können z. B. mittels Ultraschall oder durch Spülung mit inerten Fluiden, vorzugsweise Schutzgas, beseitigt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Stützschale und Siebeinsätzen besteht in einer Beschichtung mit Hartstoffen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mahl­ vorrichtung ist die Stützschale mit den Siebeinsätzen aus der Mahltrommel her­ ausnehmbar gestaltet, um eine Entleerung der Mahltrommel oder Säuberungs-, Wartungs- und Reparaturarbeiten zu ermöglichen.

In Ausführungsformen der Erfindung kann die Stützschale fest mit der Mahl­ trommel verbunden sein, wodurch auch die relative Lage der jeweiligen Sieb­ gitter zur Innenfläche der Mahltrommel fixiert ist.

Alternativ kann bei anderen Ausführungsformen die Stützschale beweglich in der Mahltrommel angeordnet sein, so dass sie sich mitsamt den daran befestig­ ten Siebeinsätzen während des Mahlvorgangs über die Innenfläche der Mahl­ trommel hinweg drehen kann.

Um die Fraktionen der sukzessive feiner werdenden Pulverprodukte in den auf­ einanderfolgenden Mahlräumen sowie im Sammelraum für das Nano-Pulver möglichst rein zu erhalten, können bei bevorzugten Ausführungsformen der er­ findungsgemäßen Mahlvorrichtung zwischen den Siebeinsätzen und der Stütz­ schale Dichtungselemente vorgesehen sein.

Besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der die mittleren Durchmesser der Mahlkörper in den aufeinanderfolgenden Mahlräumen vom ersten zum letzten Mahlraum hin sukzessive abnehmen. Der auch nach dem ersten Mahlraum in den folgenden Mahlräumen fortgesetzte Mahlprozess wird dadurch optimal an das immer feiner werdende Mahlgut angepasst, so dass die Ausbeute an Nano-Pulver im Sammelraum besonders hoch wird.

Um eine rasche Abnutzung der einzelnen Siebeinsätze beim Mahlprozess zu verhindern, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass auch die dem letzten Siebeinsatz vorgeschalteten Siebeinsätze zu den Mahlräumen hin jeweils mit einer perforierten Schutzabdeckung aus Hartmaterial abgedeckt sind, wobei die Perforationen der Schutzabdeckung jeweils etwas kleiner sind als die kleinsten Mahlkörper im entsprechenden Mahlraum, jedoch erheblich größer als die Durchlassöffnungen des abgedeckten Siebeinsatzes.

Insbesondere ist es zu bevorzugen, wenn nicht nur eine Teilmenge, sondern alle Siebeinsätze zu den Mahlräumen hin jeweils mit einer perforierten Schutzabdeckung aus Hartmaterial abgedeckt sind. Neben der vorteilhaften Schutz­ wirkung wird dadurch auch die unerwünschte Beimengung von Gitterabrieb zum Mahlgut bzw. zum Produkt-Pulver eingeschränkt.

Die Mahlkörper können bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mahl­ vorrichtung als Kugeln, Kegel, Zylinder, Polyeder, Pebbles oder andere speziel­ le Formkörper ausgeführt sein.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung, bei der am Sammelraum für Feinstmehl, vorzugsweise auch an den Mahlräumen, mindestens eine durch die Mahltrommel und gegebenen­ falls die Stützschale hindurchführende Entnahmeöffnung zur Entnahme von Mehl vorgesehen ist.

Bei Weiterbildungen dieser Ausführungsform können die Entnahmeöffnungen während des Mahlprozesses verschließbar sein. Das Produktmehl kann dann bei Stillstand der Mahlvorrichtung nach Abschluss des Mahlprozesses entnom­ men werden.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der oben beschriebenen Aus­ führungsform, bei der der Innenraum der Mahltrommel an eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckgradienten angeschlossen ist. Damit kann die Entnahme des gewonnenen Produkt-Pulvers erheblich erleichtert werden.

Dies kann bei Weiterbildungen dadurch realisiert werden, dass eine Saugpum­ pe an die Entnahmeöffnung(en) anschlossen ist, und dass eine Belüftungsöff­ nung zum Innenraum der Mahltrommel, vorzugsweise zum ersten Mahlraum vorgesehen ist. Durch den mittels der Saugpumpe erzeugten Unterdruck kann das Produktmehl leicht über die Entnahmeöffnungen aus der Mahlvorrichtung abgesaugt werden, wobei eine Belüftungsöffnung zum Innenraum der Mahl­ trommel einen Druckausgleich schafft.

Bei einer alternativen Weiterbildung ist vorgesehen, dass an den ersten Mahl­ raum eine Zuführungsleitung für Überdruckgas, insbesondere Pressluft oder Schutzgas, und an die Entnahmeöffnung(en jeweils) ein Auffangbehälter zum Auffangen von Mehl angeschlossen ist. Auch hierdurch kann ein Druckgradient erzeugt werden, der die Entnahme von Produkt-Pulver in die Auffangbehälter wesentlich erleichtert.

Diese Weiterbildung kann noch dadurch verbessert werden, dass eine Entlüf­ tungsöffnung zum Sammelraum und/oder zu einem der Mahlräume vorgesehen ist, die mit einem Feinsieb versehen ist, dessen Maschenweite kleiner ist als die Partikelgröße des in der entsprechenden Kammer erzeugten Mehls.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt schließlich auch ein Verfahren zum Betrieb der oben beschriebenen Mahlvorrichtung, das sich dadurch aus­ zeichnet, dass während des Mahlbetriebs ein von der ersten Mahlkammer zum Sammelraum für Feinstmehl hin abfallender Druckverlauf in der Mahltrommel erzeugt wird. Damit wird einerseits die Entnahme des erzeugten Produkt-Pul­ vers aus der Mahlvorrichtung erheblich erleichtert, andererseits wird der Mahl­ vorgang selbst sowie die Materialbewegung von gröberen zu immer feineren Fraktionen des Mahlgutes hin gefördert. Gleichzeitig wird damit auch einer Ver­ stopfung oder Verklebung der Siebeinsätze durch das immer feiner werdende Mahlgut entgegengewirkt. Die Betriebsdauer der erfindungsgemäßen Mahlvor­ richtung von einem zum nächsten Wartungsintervall kann auf diese Weise we­ sentlich erhöht werden.

Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird während des Mahlbetriebs per­ manent Feinstmehl mit mittleren Partikeldurchmessern < 1 µm aus dem Sam­ melraum in einen Auffangbehälter abgesaugt.

Vorteilhaft kann schließlich auch eine alternative Verfahrensvariante sein, bei der während des Mahlbetriebs ständig oder intermittierend unter Druck Gas, insbesondere Druckluft oder in Bezug auf das erzeugte Mehl nicht-reaktives Schutzgas, in den ersten Mahlraum eingeblasen wird.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Verfahrensvariante bleibt während des Mahlprozesses mindestens eine Entlüftungsöffnung zum Druckausgleich ständig geöffnet, und das beim Mahlprozess erzeugte Mehl wird erst nach Ab­ schluss des Mahlprozesses über die Entnahmeöffnungen aus der Mahltrommel entnommen.

Bei einer alternativen Weiterbildung kann das beim Mahlprozess erzeugte Mehl permanent während des Mahlprozesses über die Entnahmeöffnung(en) aus der Mahltrommel entnommen werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter auf­ geführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschrie­ benen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verste­ hen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1a eine schematisierte räumliche Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung als Kugelmühle;

Fig. 1b eine schematische Draufsicht auf die Mahltrommel der Ausführungs­ form nach Fig. 1a von oben;

Fig. 2a eine schematische Draufsicht von oben auf die Mahltrommel einer weiteren Ausführungsform mit gekrümmten Segmentgittern;

Fig. 2b wie Fig. 2a, aber mit ebenen Segmentgittern;

Fig. 3a eine schematisierte Draufsicht auf die Mahltrommel einer Ausfüh­ rungsform mit zylinderförmigen, koaxial verschachtelten Siebeinsätzen;

Fig. 3b einen schematischen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 3a längs der Linie A-A; und

Fig. 4 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung mit Druckzufuhr in die Mahltrommel und Absaugung des Feinstmehls aus der Mahltrommel.

Die in den Fig. 1a und 1b schematisch dargestellte erfindungsgemäße Mahlvorrichtung besteht aus einer an einem rotierenden Arm 15 drehbar befes­ tigten Mahltrommel 10, auf deren Innenseite eine Stützschale 13 fest oder drehbar angeordnet ist. An der Innenfläche der Stützschale 13 wiederum sind Siebeinsätze 11, 12 befestigt, wobei der erste Siebeinsatz 11 gröbere Durch­ lassöffnungen und der letzte Siebeinsatz 12 feinste Durchlassöffnungen für Partikel mit Durchmessern kleiner 1 µm aufweist.

Der erste Siebeinsatz 11 grenzt zusammen mit der ihm gegenüberliegenden Innenfläche der Mahltrommel 10 einen ersten Mahlraum 17 ein, in welchen das grobe Mahlgut zu Beginn des Mahlprozesses eingefüllt wird. Die durch den ersten Siebeinsatz 11 hindurchtretenden gemahlenen Partikel werden in einem zwischen dem ersten Siebeinsatz 11, dem letzten Siebeinsatz 12 und Teilen der Innenfläche der Stützschale 13 eingegrenzten weiteren Mahlraum 17a noch weiter zerkleinert. Aus dem weiteren Mahlraum 17a können dann Feinstpartikel im Nanometerbereich durch den letzten Siebeinsatz 12 in einen Sammelraum 18 für Feinstmehl eintreten, der zwischen dem letzten Siebeinsatz 12 und einer Teilfläche der Stützschale 13 gebildet wird.

Um insbesondere den besonders empfindlichen letzten Siebeinsatz 12, aber auch den ersten Siebeinsatz 11 vor Beschädigungen durch Kollisionen mit grö­ ßeren Partikeln, insbesondere Mahlkörpern zu schützen, sind die Siebeinsätze 11, 12 mit perforierten Schutzabdeckungen 14a, 14b bzw. 14 gegenüber den Mahlräumen 17, 17a abgedeckt. Bei den in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung sind derartige Schutzabdeckungen für die Siebeinsätze ebenfalls vorgesehen, jedoch der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt.

Bei der Mahlvorrichtung in Fig. 2a sind in der Mahltrommel 20 ebenfalls wie in Fig. 1b gekrümmte Segmentgitter als Siebeinsätze 21, 21a, 22 vorgesehen, die allerdings beidseitig jeweils an einer gemeinsamen Linie an der Stützschale 23 befestigt sind. Hierdurch wird die Mahltrommel 20 wiederum in einen ersten Mahlraum 27, in darauf folgende weitere Mahlräume 27a, 27b sowie in einen Sammelraum 28 für Feinstmehl 26 aufgeteilt. Desweiteren sind in Fig. 2a auch schematisch Mahlkörper 24 gezeigt, welche vom ersten Mahlraum 27 zum letzten Mahlraum 27b vor dem Sammelraum 28 in ihrer Größe sukzessive ab­ nehmen. Zwischen den Mahlkörpern 24 sind schematisch Mahlgutpartikel 25 gezeigt.

Die in Fig. 2b dargestellte Mahlvorrichtung ist ähnlich aufgebaut wie die gemäß Fig. 2a, wobei aber auf der Stützschale 23' ebene Siebeinsätze 21', 21a', 21b' und 22' hintereinander angeordnet sind, wodurch der Innenraum der Mahl­ trommel 20 in Mahlräume 27', 27a', 27b', 27c' sowie einen Sammelraum 28' aufgeteilt wird.

Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt, wo koaxial mit der Mahltrommel 30 zylin­ derförmige Siebeinsätze 31, 31a, 32 über durchgehende Stege 39 mit der Stützschale 33 verbunden sind. Dabei weisen die Siebeinsätze 31, 31a, 32 je­ weils an ihren beiden axialen Enden eine ringförmige Umfassung 35 auf, von der die Verbindungsstege 39 zur Stützschale 33 hin radial abgehen. Der Innen­ raum der Mahltrommel 30 ist wiederum aufgeteilt in Mahlräume 37, 37a, 37b mit darin befindlichen, sukzessive kleiner gewählten Mahlkörpern 34 sowie ra­ dial außen einen Sammelraum 38 für das erzeugte Feinstmehl, welches durch den letzten Siebeinsatz 32 hindurchtritt.

Fig. 4 schließlich zeigt im schematischen Vertikalschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung, bei welcher durch die Mahltrommel 40 und die Stützschale 43 hindurch führende Entnahmeöffnungen 51, 51' zur Entnahme von Feinstmehl 46 aus dem Sammelraum 48 vorgesehen sind. Des­ weiteren zeigt Fig. 4 eine Saugpumpe 52, mit deren Hilfe über die flächig über den Umfang der Mahltrommel 40 verteilten Entnahmeöffnungen 51 das Feinstmehl 46 in einen Auffangbehälter 54 abgesaugt werden kann. Zum Druckausgleich ist im Deckel der Mahltrommel 40 eine Entlüftungsöffnung 43 vorgesehen, über die Gas, insbesondere Luft beim Absaugvorgang nachströ­ men kann.

Anstelle einer Absaugung kann aber auch ein Druckgradient durch Zuführen von Überdruckgas, insbesondere Pressluft oder Schutzgas durch die Belüf­ tungsöffnung 53 in das Innere der Mahltrommel 40 erzeugt werden. Durch die­ sen Überdruck kann Feinstmehl 46 auch über die Entnahmeöffnung 51' in einen Auffangbehälter 54 geblasen werden.

Um einen Druckausgleich zu gewährleisten, ist bei dieser Ausführungsform eine Entlüftungsöffnung 55 vorgesehen, die auch während des Mahlprozesses stän­ dig geöffnet bleibt. Diese ist im oberen Bereich der Mahltrommel 40 angeord­ net, so dass Partikel nur entgegen der Schwerkraft dorthin gelangen können. Um aufgewirbeltes Feinstmehl 46 am Austritt durch die Entlüftungsöffnung 55 zu hindern, ist ein Feinstsieb 56 vorgesehen, dessen Maschenweite noch klei­ ner ist als die Partikelgröße des erzeugen Feinstmehls 46.

Im Übrigen ist der Innenraum der Mahltrommel 40 wiederum durch koaxial an­ geordnete, zylinderförmige Siebeinsätze 41, 42, welche an einer Stützschale 43 befestigt sind, in Mahlkammern 47, 47a sowie einen Sammelraum 48 für Feinstmehl 46 aufgeteilt. In den Mahräumen 47, 47a befinden sich wiederum Mahlkörper 44 von sukzessive abnehmender Größe und Mahlgut 45.

Claims (27)

1. Mahlvorrichtung mit einer zylindrischen oder konischen, um eine Achse drehbaren Mahltrommel (10; 20; 30; 40), die einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist, mit mehreren innerhalb der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) hintereinander angeordneten, sukzessive feinere Durchlassöffnungen aufweisenden Siebeinsätzen (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) und mit Mahlkörpern (24; 34; 44) zum Zerkleinern von Mahlgut (25; 45) zu feinem Mehl (26; 46), wobei auf der Innenseite der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) eine Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) vorgesehen ist, die die Innenfläche der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) teilweise überdeckt, und mit der die Siebeinsätze (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) jeweils zumindest an zwei Stellen fest verbunden sind, wobei die Siebeinsätze (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) derart angeordnet sind, dass der erste Siebeinsatz (11; 21; 21'; 31; 41) mit den gröbsten Durchlassöffnungen ggf. zusammen mit der dem ersten Siebeinsatz (11; 21; 21; 31; 41) gegenüberliegenden Innenfläche der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) und ggf. einer Teilfläche der Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) einen ersten Mahlraum (17; 27; 27'; 37; 47) eingrenzt, in welchem das grobe Mahlgut (25; 45) zu Beginn des Mahlprozesses eingefüllt ist, wobei der nächstfolgende und alle weiteren Siebeinsätze (12; 21a, 22; 21a', 21b', 22'; 31a, 32; 42) gegeneinander und ggf. mit Teilflächen der Stützschafe (13; 23; 23'; 33; 43) weitere Mahlräume (17a; 27a, 27b; 27a', 27b', 27c'; 37a, 37b; 47a) eingrenzen, und wobei der letzte Siebeinsatz (12; 22; 22'; 32; 42) mit den feinsten Durchlassöffnungen zusammen mit einer Teilfläche der Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) einen Sammelraum (18; 28; 28'; 38; 48) für Feinstmehl (26; 46) eingrenzt,
wobei in sämtlichen Mahlräumen (17, 17a, 27, 27a, 27b; 27', 27a', 27b', 27c'; 37, 37a, 37b; 47, 47a) Mahlkörper (24; 34; 44) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) aus Hartmaterial besteht,
dass zumindest der letzte Siebeinsatz (12; 22; 22'; 32; 42) Durchlassöffnungen aufweist, die nur Partikel mit Durchmessern < 1 µm hindurchtreten lassen,
und dass der letzte Siebeinsatz (12; 22; 22'; 32; 42) zum letzten Mahlraum (17a; 27b; 27c'; 37b; 47a) hin mit einer perforierten Schutzabdeckung (14) aus Hartmaterial abgedeckt ist, wobei die Perforationen der Schutzabdeckung (14) etwas kleiner sind als die kleinsten Mahlkörper (24; 34; 44) im fetzten Mahlraum (17a; 27b; 27c'; 37b; 47a), jedoch erheblich größer als die Durchlassöffnungen des letzten Siebeinsatzes (12; 22; 22'; 32; 42).

2. Mahlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mahlraum (17; 27; 27'; 37; 47) mindestens die Hälfte des Innenraumes der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) einnimmt.

3. Mahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebeinsätze (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22') als plattenförmige, ebene oder leicht gekrümmte Segmentgitter ausgeführt sind.

4. Mahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebeinsätze (31, 31a, 32; 41, 42) zylindrisch ausgeführt und in der Mahltrommel (30; 40) koaxial angeordnet sind, wobei der erste Siebeinsatz (31; 41) der radial innerste und der letzte Siebeinsatz der radial äußerste ist, und dass die Siebeinsätze (31, 31a, 32; 41, 42) jeweils über durchgehende Stege (39) mit der Stützschale (33; 43) verbunden sind.

5. Mahlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebeinsätze (31, 31a, 32) an ihren beiden axialen Enden jeweils eine ringförmige Umfassung (35) aufweisen, von der die Verbindungsstege (39) zur Stützschale (33) radial abgehen.

6. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) und die Siebeinsätze (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) aus abriebfestem Material hergestellt sind.

7. Mahlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der letzte Siebeinsatz (12; 22; 22'; 32; 42) eine in einem Sinterverfahren aus Kornmaterial hergestellte poröse Platte umfasst, die als dreidimensionales Siebgitter wirkt.

8. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) und die Siebeinsätze (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) mit Hartstoffen beschichtet sind.

9. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) mit den Siebeinsätzen (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) aus der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) herausnehmbar ist.

10. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) fest mit der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) verbunden ist.

11. Mahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) beweglich in der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) angeordnet ist.

12. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Siebeinsätzen (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) und der Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) Dichtungselemente vorgesehen sind.

13. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Durchmesser der Mahlkörper (24; 34; 44) in den aufeinanderfolgenden Mahlräumen (17, 17a, 27, 27a, 27b; 27', 27a', 27b', 27c'; 37, 37a, 37b; 47, 47a) vom ersten zum letzten Mahlraum hin sukzessive abnehmen.

14. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die dem letzten Siebeinsatz (12; 22; 22'; 32; 42) vorgeschalteten Siebeinsätze (11; 21a; 21b'; 31a; 41) zu den Mahlräumen (17, 17a, 27, 27a, 27b; 27', 27a', 27b', 27c'; 37, 37a, 37b; 47, 47a) hin jeweils mit einer perforierten Schutzabdeckung (14a, 14b) aus Hartmaterial abgedeckt sind, wobei die Perforationen der Schutzabdeckung (14a, 14b) jeweils etwas kleiner sind als die kleinsten Mahlkörper (24; 34; 44) im entsprechenden Mahlraum, jedoch erheblich größer als die Durchlassöffnungen des abgedeckten Siebeinsatzes (11; 21a; 21b'; 31a; 41).

15. Mahlvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass alle Siebeinsätze (11, 12; 21, 21a, 22; 21', 21a', 21b', 22'; 31, 31a, 32; 41, 42) zu den Mahlräumen (17, 17a, 27, 27a, 27b; 27', 27a', 27b', 27c'; 37, 37a, 37b; 47, 47a) hin jeweils mit einer perforierten Schutzabdeckung (14, 14a, 14b) aus Hartmaterial abgedeckt sind.

16. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkörper (24; 34; 44) als Kugeln, Kegel, Zylinder, Polyeder oder Pebbles ausgeführt sind.

17. Mahlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Sammelraum (18; 28; 28'; 38; 48) für Feinstmehl (26; 46) mindestens eine durch die Mahltrommel (10; 20; 30; 40) und gegebenenfalls die Stützschale (13; 23; 23'; 33; 43) hindurchführende Entnahmeöffnung (51, 51') zur Entnahme von Mehl vorgesehen ist.

18. Mahlvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeöffnung(en) (51, 51') während des Mahlprozesses verschließbar ist (sind).

19. Mahlvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich­ net, dass der Innenraum der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) an eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckgradienten angeschlossen ist.

20. Mahlvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugpumpe (52) an die Entnahmeöffnung(en) (51) anschlossen ist, und dass eine Belüftungsöffnung (53) zum Innenraum der Mahltrommel (40), und zum ersten Mahlraum (47) vorgesehen ist.

21. Mahlvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass an den ersten Mahlraum (47) eine Zuführungsleitung für Überdruckgas, insbesondere Pressluft oder Schutzgas, und an die Entnahmeöffnung(en jeweils) (51, 51') ein Auffangbehälter (54, 54') zum Auffangen von Mehl angeschlossen ist.

22. Mahlvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlüftungsöffnung (55) zum Sammelraum (48) und/oder zu einem der Mahlräume (47, 47a) vorgesehen ist, die mit einem Feinsieb (56) versehen ist, dessen Maschenweite kleiner ist als die Partikelgröße des in der entsprechenden Kammer erzeugten Mehls.

23. Verfahren zum Betrieb einer Mahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mahlbetriebs ein vom ersten Mahlraum (17; 27; 27'; 37; 47) zum Sammelraum (18; 28; 28'; 38; 48) für Feinstmehl (26; 46) hin abfallender Druckverlauf in der Mahltrommel (10; 20; 30; 40) erzeugt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23 zum Betrieb einer Mahlvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mahlbetriebs permanent Feinstmehl (26; 46) mit mittleren Partikel­ durchmessern < 1 µm aus dem Sammelraum (18; 28; 28'; 38; 48) in einen Auffangbehälter (54, 54') abgesaugt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 zum Betrieb einer Mahlvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mahlbetriebs ständig oder intermittierend unter Druck Gas in den ersten Mahlraum (17; 27; 27'; 37; 47) eingeblasen wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25 zum Betrieb einer Mahlvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mahlprozesses mindestens eine Entlüftungsöffnung (55) zum Druckausgleich ständig geöffnet bleibt, und dass das beim Mahlprozess erzeugte Mehl nach Abschluss des Mahlprozesses über die Entnahmeöffnungen (51, 51') aus der Mahltrommel (40) entnommen wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Mahlprozess erzeugte Mehl permanent während des Mahlprozesses über die Entnahmeöffnung(en) (51, 51') aus der Mahltrommel (40) entnommen wird.