Die Erfindung betrifft eine multifunktionale Vorrichtung zum
Mahlen, Sichten, Mischen und/oder Desagglomerieren, umfassend
ein mehrteiliges Gehäuse, bestehend aus Sichterkopf mit
Sichterrad, Strömungskammer sowie konischem Austrag, wobei im
Übergangsbereich zwischen Strömungskammer und Austrag Düsen zur
Druckluftzuführung angeordnet sind, einer Gutaufgabe und in der
Gutaufgabe sowie im Austrag vorgesehenen Sperrmitteln oder
Schleuse, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vorrichtungen zum Mahlen und Sichten unter Verwendung von
Mahldüsen in Gegenstrahl-Mahltechnik und Windsichterrädern sind
seit längerer Zeit bekannter Stand der Technik.
Auch existieren Gegenstrahl-Mühlen mit integriertem, dyna
mischen Sichter, welche die Funktion Mikronisieren, Homo
genisieren, Separieren oder Selektivmahlen ermöglichen.
Derartige Gegenstrahl-Mühlen mit integriertem dynamischen
Sichter bieten die Möglichkeit kontinuierlicher, aber auch
diskontinuierlicher Arbeitsweise und sind für abrasive oder
klebrige, ansatzfreudige Güter oder für häufige Produktwechsel
besonders geeignet. Verwiesen sei hier beispielsweise auf die
DE 31 40 294 C2 oder die DE 33 38 138 A1.
Eine gattungsbildende multifunktionale Vorrichtung zum Mahlen
und Feinstsichten wird von der Firma Alpine Hosokawa Aktienge
sellschaft unter der Produktbezeichnung "AFG, ZPS, ATP" ange
boten. Bei einer derartigen Multi-Prozeßanlage ist ein Strahl
mahlen mit Gegenstrahlmühle, ein Prallmahlen mit Sichtermühle,
aber auch ein Feinstsichten möglich, wobei eine Basisanlage zum
Prallmahlen oder zum Feinstsichten durch entsprechende Module
umgerüstet werden kann.
Der dort vorgesehene Gehäusekörper der Strömungskammer ist im
wesentlichen zylindrisch ausgeführt, wobei sich im oberen Teil
des Zylinders, in der Zylindermitte ein zweiteilig aufgehan
genes Lüfterrad befindet, dessen Achse in den Strömungsweg
hineintaucht und daher verschleißgefährdet ist.
Im unteren Bereich in der Nähe des konischen Austrags der
bekannten Prozeßanlage sind Düsen zur Druckluftzuführung im
wesentlichen gegenüberstehend angeordnet. Mit Hilfe dieser
Düsen kann dann ein Gegenstrahl-Mahlen erfolgen.
Der untere Teil der Anlage ist austauschbar und kann durch
Anflanschen einer Sichtermühle oder eines Feinstsichters neuen
verfahrensseitigen Aufgaben angepaßt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der bekannten Multi-
Prozeßanlage aufgrund der zylindrischen Gehäuseform keine
Strömungsabgrenzung insbesondere zwischen dem Aufgabebereich
oder einer Aufgabezone sowie der Bewegung des Mahl- oder
Sichtguts einerseits und des Rücklaufs andererseits gegeben
ist. Dies ist jedoch dann problematisch, wenn stark abrasives,
klebendes, insbesondere Pigmentmaterial zu behandeln ist.
Darüber hinaus erfordert der Austausch der gesamten unteren
Baugruppe höhere Investitions-, aber auch Umrüstkosten, welche
es zu vermeiden gilt.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine
weiterentwickelte multifunktionale Vorrichtung zum Mahlen,
Sichten, Mischung und/oder Desagglomerieren anzugeben, welche
sowohl eine kontinuierliche als auch diskontinuierliche
Betriebsweise ermöglicht und die ein Selektivmahlen gestattet.
Gleichzeitig soll mit der neu zu schaffenden Vorrichtung die
Möglichkeit gegeben werden, gezielte Additive für ein Coating
beizugeben. Im wesentlichen soll sich beim Umrüsten die
Montagearbeit auf ein Umstellen oder Austauschen der Mahl- bzw.
Sicht- oder Mischdüsen begrenzen.
Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Weitkammer-
Gehäusestruktur zu schaffen, die eine möglichst optimale
Strömungsabgrenzung zwischen den einzelnen Behandlungs- bzw.
Transportzonen innerhalb der Vorrichtung ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer multi
funktionalen Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentan
spruchs 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige
Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Demnach liegt der Grundgedanke der Erfindung darin, daß die
spezielle Strömungskammer einen im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt aufweist, wobei an der Oberseite der Strömungs
kammer, dem Sichterkopf benachbart, eine streng vertikal
orientierte Aufgabestrecke mit einer entsprechenden Auf
gabeschleuse vorgesehen ist. Ausgehend von dieser Aufgabe
strecke ergibt sich eine in der Kammer nach unten orientierende
Aufgabezone, in der sich das Aufgabegut bewegt.
Weiterhin verläuft erfindungsgemäß die Längsachse des Sich
terrads im wesentlichen parallel zu den Schmalseiten der
Strömungskammer, so daß sich eine Sichtersaug- und eine
Rücklaufzone in der einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden
Kammer ausbildet.
Aufgabezone, Sichtersaug- und Rücklaufzone sind in der Kammer
benachbart und es erfolgt durch die gewählte Kammergeometrie
eine Strömungsabgrenzung der jeweiligen Materialströme.
Aufgrund eines vorgegebenen Abstands zwischen unterem Bereich
und oberem Bereich der Strömungskammer ist eine Energieab
sorptions-Strecke geschaffen, so daß sich die jeweiligen
Eigenschaften je nach Ausführung der Vorrichtung in der
gewünschten Weise einstellen.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist der
Sichterkopf mit Sichterrad bezogen auf die Breite der
Strömungskammer außermittig mit dieser baulich verbunden, wobei
die Sichterrad-Drehrichtung so gewählt ist, daß die Sichter
saugrichtung entgegengesetzt zur Bewegung des Aufgabeguts in
der Aufgabezone verläuft.
Weiterhin sind im Übergangsbereich oder im oberen Bereich des
konischen Austrags der Strömungskammer an den jeweiligen
Schmalseiten Halterungen zum Austausch und Verstellen der
Düsen, d. h. der Mahl-, Sicht- oder Mischdüsen vorgesehen.
Diese Halterungen können aus einer rohrförmigen Aufnahme mit
Überwurf-Befestigungsmutter bestehen. Die Düsen umfassen einen
rohrförmigen Düsenkörper, der konzentrisch von der Aufnahme
gehalten und mit der Überwurfmutter arretiert werden kann.
Zum Verstellen besitzt der Düsenkörper beabstandete, radial
umlaufende Nuten, wobei je nach Düsenposition in den Nuten
jeweils ein Dichtring zum dichten Fixieren mittels Überwurf
mutter an der Aufnahme befindlich ist. Durch ein Lösen der
Überwurfmutter und axiales Bewegen des rohrförmigen Düsen
körpers in der rohrförmigen Aufnahme kann die jeweilige Endlage
bzw. der Abstand der Düsen untereinander gewählt und einge
stellt werden. Durch bevorzugt gleichbeabstandete umlaufende
Nuten kann in einfacher Zählweise durch erkennbare Nuten des
rohrförmigen Düsenkörpers außerhalb der Aufnahme ein Sollab
stand gewählt bzw. kontrolliert werden.
Die Düsen oder Düsenkörper weisen austauschbare Düsenköpfe auf.
Demnach kann allein durch Austausch der Düsenköpfe zwischen
einem Mahlbetrieb im Sinne einer Gegenstrahl-Mahltechnik mit
gegenüberliegenden Düsen, einer Sichtung, aber auch einem
Mischprozeß, jeweils druckluftunterstützt, umgestellt werden.
Wie erwähnt, ist für die gewählte Funktion Mahlen vorgesehen,
die Düsen als Gegenstrahl-Mahldüsen auszubilden.
Für die gewählte Funktion Sichten sind die Düsen als Sichtdüsen
mit optionaler Suspensionszugabe-Möglichkeit ausgeführt, wobei
in dieser Betriebsart im unteren Bereich des konischen Austrags
eine weitere Sichtdüse vorgesehen ist. Die Luftmengenverteilung
zwischen der im unteren Bereich des konischen Austrags ange
ordneten weiteren Sichtdüse und den beiden seitlich gegenüber
liegenden Sichtdüsen liegt im Bereich von 4/5 bis 2/3 zu 1/5
bis 1/3.
Die weitere Sichtdüse kann als konischer Zylinderring oder
Spaltdüsenkopf mit mehreren umfangsseitig angeordneten Düsen
öffnungen ausgebildet sein. Die Düsenform nach Art eines Kegels
oder Kegelstumpfs bewirkt gleichzeitig eine Verteilung des
auszutragenen Materials, nämlich des Grobguts.
Denkbar ist ebenso eine Ausführungsform der weiteren Sichtdüse
im Bereich des Austrags als hohlzylindrische Ringdüse mit einem
verstellbaren Düsenspalt.
Im Mahlbetrieb wird der Düsenkopf der weiteren Sichtdüse ent
fernt und durch einen Düsenendverschluß ersetzt. Der Düsenend
verschluß besitzt eine Kegel- oder Kegelstumpfform und ermög
licht eine Verteilung des auszutragenden Materials. Im Aus
tragsbereich kann eine Austragsschleuse, z. B. eine rotierende
Schleuse, oder aber auch eine Taktklappenschleuse zum Austragen
definierter Portionen oder Mengen des Grobguts vorhanden sein.
Die Anordnung der Düsen im unteren Bereich der Strömungskammer
an deren Schmalseiten oder am oberen Ende des konischen Aus
trags ermöglichen einen optimalen großen Abstand mit der Folge
einer optimalen Bildung von Turbulenzen unter Mitnahme von
Grobgutmaterial, welches in der Gegenstrahl-Mahltechnik von den
Luftströmungen mitgerissen und einer Zerkleinerung unterworfen
wird.
Die streng vertikale Ausführung des Aufgabenbereichs ist für
einen optimalen Eintrag, insbesondere bei klebendem Material
von besonderem Vorteil. Als Sichterrad wird bevorzugt auf eine
Schrägschaufel-Konstruktion zurückgegriffen.
Dadurch, daß beim Umrüsten zwischen Mahlen und Sichten nur die
seitlichen Düsen bzw. Düsenköpfe auszutauschen sind und der
Düsenendverschluß ersetzt werden muß, können Umrüstarbeiten auf
ein Mindestmaß reduziert werden. Bevorzugt ist im frontseitigen
Bereich des konischen Austrags eine Zugangsöffnung vorgesehen,
die sowohl ein Reinigen der Vorrichtung als auch ein Umrüsten
oder Umstellen auf die jeweilige Betriebsart erleichtert.
Im konischen Zylinderdüsenkopf sind bevorzugt mehrreihig
beabstandete Düsenöffnungen angeordnet, wobei die Düsenöff
nungen ausgehend von deren Düseneinbau-Position, im Regelfall
vertikal, schräg nach oben orientiert sind.
Für die gewählte Funktion Mischen mit Desagglomerieren sind
sämtliche Düsenköpfe als turbulenzerzeugende Düsen ausgebildet,
um Teilchengruppen zu trennen und eine erfolgreiche Mischung
durchzuführen.
Der Fertiggutaustrag erfolgt bei dieser Betriebsweise im
Bereich des Sichterkopfes.
Die Luftmengenverteilung zwischen den Düsenköpfen bei der
Betriebsart Mischen/Desagglomerieren ist zwischen allen
Düsenköpfen im wesentlichen gleich gewählt bzw. eingestellt.
Durch eine grundsätzlich vorsehbare Aufgabe-Taktschleuse
innerhalb der Aufgabestrecke kann Material dosiert zugegeben
und je nach Verfahrensfortschritt eine entsprechende Neufüllung
der Anlage vorgenommen.
Über die seitlich angeordneten Sicht- oder Mischdüsen besteht
weiterhin die Möglichkeit einer gezielten Suspensionszugabe.
Beispielsweise kann beim Mischen und Desagglomerieren eine
Additivzugabe in Form von Tensiden zur Veränderung der Oberflächenspannung
der zu behandelnden Güter der Anlage zugegeben
werden.
Der eingesetzte Sichter besteht aus einem Sichtergehäuse mit
einem Spiralaustritt für Feingut und weist eine durch eine Tür
verschließbare Öffnung auf, wobei das Sichterrad einstellig
drehbar an der Tür gelagert ist und türaußenseitig mit einem
elektromotorischen Antrieb in Verbindung steht. Auf diese Weise
gelangt nur das Sichterrad selbst mit dem zu sichtenden Gut in
Kontakt, d. h. Beschädigungen der Achse oder der Aufnahme für
das Sichterrad sind weitgehend ausgeschlossen.
Über die Steuerung des Aufgabeguts kann in einfacher Weise
zwischen einer kontinuierlichen oder einer diskontinuierlichen
Betriebsweise der Vorrichtung umgeschaltet werden. Dadurch, daß
die mit dem zu behandelnden Gut in Kontakt kommenden Teile der
Düsen oder Düsenkörper aus einem abriebfesten Gießpolymer
bestehen, ist eine hohe Langzeitstabilität erreichbar. Weiter
hin kann bei Verschleiß an den Düsenköpfen der Mahldüsen durch
einfaches Nachstellen oder Nachschieben der Düsenkörper in der
rohrförmigen Ausnehmung der Mahlbetrieb fortgesetzt werden.
Das aufzugebende Gut je nach Behandlungsart besitzt eine Korn
größe im Bereich von ≦ 50 µm bis etwa 500 µm im Mahlbetrieb,
wobei Feinheiten bis hin zu 2 µm realisierbar sind.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert
werden.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung der multifunktionalen Vorrichtung
ausgerüstet für Mahlbetrieb;
Fig. 2 eine Ausrüstung für den Sichtbetrieb;
Fig. 3 eine Ausrüstung für Mischen/Desagglomerieren;
Fig. 4 eine Teilschnittdarstellung sowie eine Draufsicht der
im Austrag angeordneten weiteren Sichtdüse; und
Fig. 5 Ansichten des Düsenendverschlusses.
Bei der multifunktionalen Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3
wird zunächst von einem Sichterkopf 1 ausgegangen, welcher ein
Sichterrad 2, verbunden mit einem nicht gezeigten elektro
motorischen Antrieb umfaßt. Die Drehrichtung des Sichterrads 2
und die resultierende Materialbewegung bezüglich der Schaufeln
des Sichterrads ist mit den Pfeildarstellungen symbolisiert.
Der Sichterkopf 1 ist mit einer Strömungskammer 3 verschraubt,
welche einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Das Verhältnis
von Schmalseite zu Längsseite des Rechteckquerschnitts liegt
etwa im Bereich von 1 : 4 bis 1 : 8.
Am unteren Ende der Strömungskammer 3 ist ein konischer Austrag
4 über entsprechende (nicht gezeigte) Flansche befestigt. In
den konischen Austrag 4 hinein reichen Mittel zum Befestigen
von Düsen, gemäß Fig. 1 zwei im wesentlichen gegenüberliegend
angeordneter Mahldüsen 5.
Die Mahldüsen 5 stehen mit einer Druckluft-Erzeugungsein
richtung 6 in Verbindung.
Am oberen Ende der Strömungskammer 3 ist dem Sichterkopf 1
benachbart eine Aufgabe 7 mit Aufgabeschleuse 8 befestigt. Die
hieraus resultierende Aufgabestrecke geht innerhalb der
Strömungskammer 3 in eine Aufgabezone 9 über. Diese Aufgabezone
ist streng vertikal orientiert und für einen optimalen Eintrag
insbesondere eines haftenden oder klebenden Materials wesent
lich.
Das Aufgabegut gelangt in den Bereich der Injektions-Strahl
wirkung zwischen die Mahldüsen 5 und wird dort nach dem Prinzip
der Gegenstrahl-Mahltechnik zerkleinert. Über das Sichterrad 2
und die erzeugte Strömung bildet sich eine Mahlgut- respektive
Sichtersaugzone 10 aus, die im wesentlichen parallel, aber
entgegensetzt gerichtet zur Aufgabezone 9 verläuft. Innerhalb
einer Rücklaufzone 11 gelangt Grobgut zurück in den Bereich der
Mahldüsen 5.
Aufgabezone 9, Sichtersaugzone 10 und Rücklaufzone 11 verlaufen
in der Kammer benachbart und sind aufgrund der langgestreckten,
rechteckförmigen Kammergeometrie strömungsabgegrenzt.
Der Abstand der Mahldüsen 5 zueinander ist einstellbar, um die
gewünschten Mahlergebnisse und Feinheitsgrade zu erhalten.
Am unteren Bereich des konischen Austrags 4 ist eine Austrags
schleuse 12 bekannter Art vorhanden. Im konischen Endbereich
kann bereits die Halterung für die Sichtdüse nach Fig. 2
vorhanden sein, wobei allerdings diese mit einem Düsenendver
schluß 13 abgedeckt ist. Der Düsenendverschluß 13 besitzt die
Form eines Kegelstumpfes oder eines Kegels und dient gleich
zeitig als Verteiler für auszutragendes Gut.
Durch die Strömungsabgrenzung und die Energieabsorptions-
Strecke längs der Strömungskammer 3 erfolgt eine Beruhigung des
Gutstroms bei geringstem Spritzkornanteil.
Fig. 2 zeigt nun eine prinzipielle Darstellung der Vorrichtung
in einer Ausführungsform zum zweistufigen Sichten.
Wiederum wird von einer Aufgabe 7 ausgegangen und das Aufgabe
gut z. B. in einer Korngröße < 200 µm über die Aufgabeschleuse 8
in die Aufgabezone 9 hineingeführt. Gegenüberliegende Sicht
düsen 14 mit beispielsweise kegeligen, nach oben und seitlich
gerichteten Düsenöffnungen im Düsenkopf führen zu einer Strö
mung unter Mitnahme insbesondere leichterer Teile in Richtung
Sichterrad 2 des Sichterkopfs 1 mit Feingutaustritt am
Sichterkopf 1.
Schwerere Teil gelangen in den unteren Bereich des konischen
Austrags 4. Eine weitere, im unteren Austragsbereich befind
liche Sichtdüse 15 kann als verstellbare Spaltdüse oder auch
keilförmige Sichtdüse, und zwar produktspezifisch ausgeführt
sein. Diese Düse bewirkt ein Aufwirbeln von Gutteilen mit der
Folge einer verbesserten Sichtung durch Mitnahme des Sichtguts
in Richtung Sichterkopf 1.
Die weitere Sichtdüse 15 kann nach Art der in Fig. 4 gezeigten
Düse einen konischen oder kegeligen Zylinderkopf 16 besitzen,
in dem mehrreihig beabstandete Düsenöffnungen 17 vorgesehen
sind. Die Düsenöffnungen 17 verlaufen ausgehend von der
normalen, vertikalen Einbauposition schräg nach oben bzw.
schräg seitlich gerichtet.
Aufgrund der erwähnten Außenflächenform des Düsenkopfs als
Kegel oder Kegelstumpf kommt es im Bereich des Austrags beim
Öffnen der Austragschleuse 12 zu einer besseren Materialver
teilung, ohne daß sich der Austrag selbst zusetzt oder ein
Blockieren auftritt.
Die Druckluftverteilung zur weiteren Sichtdüse 15 und den
Sichtdüsen 14 ist etwa im Verhältnis 2/3 bis 4/5 zur Düse 15
und 1/3 bis 1/5 zu den Sichtdüsen 14 gewählt.
Mit der Konfiguration der Vorrichtung nach Fig. 2 ist insbe
sondere ein besonders vorteilhaftes Entstauben des Gutes
möglich und es stellt sich eine verbesserte Fließfähigkeit des
Materials ein.
Erfindungsgemäß kann allein durch Aufsetzen des Düsenendver
schlusses 13 und Absperren einer Druckluftzufuhr zur weiteren
Sichtdüse 15 zwischen Mahlen und Sichten entsprechend der Dar
stellung nach Fig. 1 und 2 eine Maschinenumstellung erfolgen.
Für ein optimales Mischen und Desagglomerieren gemäß Fig. 3
sind spezielle Mischdüsenköpfe 18 vorgesehen. Weiterhin ist die
Luftverteilung zu den Mischdüsenköpfen 18 nahezu gleich einge
stellt.
Die Mischdüsenköpfe, insbesondere die seitlich gegenüberlie
genden Köpfe der Mischdüsen 18 sind als Turbulenzdüsen aus
geführt, so daß agglomerierende Teilchen getrennt werden können
und eine optimale Vermischung gegeben ist.
Der Fertiggutaustritt ist hier am Sichterkopf 1 vorgesehen.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung
entstehen die quasi getrennten Strömungszonen mit Beruhigungs
bereichen im Sinne einer Verbesserung der Effektivität beim
Betreiben der Anlage.
Sowohl die Mischdüsenköpfe 18 als auch die Sichtdüsen, insbe
sondere die seitlichen Sichtdüsen 14, können zusätzlich mit
einer Suspensionszugabevorrichtung verbunden sein, so daß eine
feinzerstäubte Beimengung von Additiven, z. B. Tensiden in
einfacher Weise erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt eine Detaildarstellung der kegeligen oder kegel
stumpfförmigen Sichtdüse 15, die auch als im unteren Teil der
Aufgabe angeordnete Mischdüse 18 nach Fig. 3 Verwendung finden
kann.
Diese Düse ist leicht durch den Düsenverschluß oder Düsenend
verschluß 13 nach Fig. 5 austauschbar, welcher die erwähnte
Aufgabe der Materialverteilung zum zügigen Austragen übernimmt.
Wie aus der vorangegangenen Darstellung ersichtlich, kann
allein durch Auswechslung der Düsen und durch Änderung von
Strahlwinkeln dieser eine multivalente Verwendung der Vor
richtung erfolgen, so daß sich die Investitionskosten beim
Errichten derartiger Anlagen in Grenzen halten.