DE10321049A1 - Sieb für Rührwerksmühle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sieb zum Trennen von Mahlgut von Mahlhilfskörpern in einer Rührwerksmühle, in der Mahlhilfskörper mit einer Größe von 5 mum bis 300 mum eingesetzt werden, wobei eine aus einer Folie bestehende Siebfläche Schlitze mit einer Schlitzweite von etwa der Hälfte der Mahlhilfskörpergröße aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Sieb zum Trennen von Mahlgut von Mahlhilfskörpern in einer Rührwerksmühle.
• In einer Rührwerksmühle wird ein Filtergerät oder Sieb verwendet, um kleine Kugeln, Perlen oder Granulat, die als Mahlmedium verwendet werden, zurückzuhalten. Hier wird das Mahlmedium, gleichgültig ob materialgleich oder materialfremd, Mahlkörper genannt. Die Funktion einer Rührwerksmühle besteht darin, Feststoffe zu deagglomerieren, zu deaggregieren und die Teilchengröße zu verringern in einem Größenbereich von einigen Nanometern bis hinauf zu mehreren hundert Mikrons. Dieser Prozeß findet statt in einer Lösungsmittelsuspension, unter Verwendung von Wasser, Ölen oder anderen Lösungsmitteln, wie Methylethylketon, Toluen, Ethylalkohol, etc. Die Trägerlösung kann aufgelöste Harzfeststoffe und Tenside beinhalten, welche helfen, die Viskosität der Masse zu kontrollieren. Diese Additive unterstützen auch die Kornzerkleinerung der Feststoffe. Der Zweck der Rührwerksmühle ist, die Korngrößenverteilung von agglomerierten oder aggregierten Partikeln oder von Feststoffen von einer größeren auf eine kleinere Größe zu verringern. Diese Echtkornzerkleinerung wird erreicht, indem die Feststoffe in der Trägerlösung durch den Mahlbehälter mit Mahlkörpern gepumpt werden. Das Zusammenwirken von Mahlkörpern und Feststoffen führt zu Scherkräften, die die Feststoffe in kleinere Partikel aufbrechen. Es ist allgemein bekannt, daß die Größe der Mahlkörper direkt die Größe der Zerkleinerung, die in der Rührwerksmühle erreicht wird, beeinflußt.
• Die konventionelle Technologie bei Rührwerksmühlen, wie z.B. in den US-Patenten Nr. 4620673, 5133508, 5184783 beschrieben, beschreibt die Verwendung von Rührwerksmühlen, die mit Mahlkörpern gefüllt sind. Der typische Größenbereich der Kugeln liegt zwischen 0,2 mm bis zu 10 mm. Bei der konventionellen Technologie wird durch die Ausführung des Rührwerks und durch das Schleudern der Kugeln das Produkt von den Kugeln getrennt. Das in die Mühle eingesetzte Sieb wird zum Filtern der Kugeln verwendet, die nicht durch das Rührwerk vom Produkt getrennt wurden. Die übliche Technologie oder technische Richtlinien von Herstellern dieser Kugelmühlen geben an, daß die Schlitzgröße des Siebes 1,5 bis 4 mal kleiner sein sollte als die Korngröße der Mahlkörper. Bis jetzt war es schwierig Mahlkörper < 200 μm zu verwenden. Jedoch, wie schon erwähnt, hängt die Größe der in der Rührwerksmühle hergestellten Partikel von der Größe der Mahlkörper ab. Um schnell feine Partikelgrößen im Submikron- bis zum Nanometerbereich zu erhalten, ist es wünschenswert, Mahlkörper mit einer Größe von 300 μm bis zu 5 μm zu verwenden (US Patent Nr. 5478705, 5145684, 5518187, 5704556, 5862999).
• Eine Einschränkung bei Trennsieben in konventionellen Rührwerksmühlen, die konventionelle Drahtsiebe oder andere Arten von Sieben, wie Drahtnetze, einsetzen, ist, daß die Herstellungstoleranzen bei 25 μm liegen, d.h. ein 50 μm Sieb weist Schlitze in der Größe von 75 μm auf, welche es 100 μm Kugeln erlauben, hindurchzukommen. Der Grund hierfür liegt darin, daß es sich bei einer spezifizierten Mahlkörpergröße normalerweise um die mittlere Mahlkörpergröße handelt. Zum Beispiel findet man bei 100 μm Kugeln, mit einer normalen Verteilung, Kugeln in der Größe zwischen 50 und 150 μm. Die Durchsiebung der Kugeln auf eine enge Größenverteilung kann dazu beitragen, dieses Problem in gewissem Umfang zu begrenzen.
• Die kritischste Einschränkung bei der Verwendung von 200 μm und kleineren Kugeln beim Einsatz konventioneller Siebe ist die Verkleinerung der Durchflußfläche, der freien Siebfläche eines Siebes. Bei konventionellen Drahtsieben verringert sich bei Verkleinerung der Schlitzweite proportional auch die offene Oberfläche. Die kritische Kenngröße für die Trennung der Mahlkörper vom Produkt ist die Durchflußgeschwindigkeit durch das Sieb. Bei großen Schlitzen und deshalb auch einer großen, freien Siebfläche ist die Durchflußgeschwindigkeit relativ gering. Jedoch bei abnehmender Schlitz- oder Lochgröße und kleinerer durchlässiger Oberfläche nimmt die Durchflußgeschwindigkeit zu. Diese hohe Durchflußgeschwindigkeit führt zu einer größeren Krafteinwirkung auf die Kugeln im Siebbereich. Diese Kräfte pressen die Kugeln gegen das Sieb und die Kugeln können nicht mehr vom Sieb wegfließen. Innerhalb kurzer Zeit ist das Sieb mit Kugeln verstopft und der Durchfluß durch die Mühle stoppt. Normalerweise muß das Sieb dann zum Reinigen aus der Mühle entfernt werden, was zu Produktverlust, Verlust von teuren Mahlkörpern und Verlust von Produktionszeit führt.
• Die Aufgabe der Erfindung liegt demnach darin, ein Sieb zu schaffen, bei dem Kleinstmahlkörper auch unter der Beibehaltung der notwendigen Durchflußgeschwindigkeit sicher vom Mahlgut abgetrennt werden.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weitergestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Folie, in welcher die Schlitze eingebracht sind, aus einem Material mit 0,01 mm bis 0,5 mm Dicke.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Folie zu einem zylindrischen Siebkörper zu formen, der mit Schlitzen mit einer Weite von 2,5 μm bis 150 μm versehen ist.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, die Länge der Schlitze von 1 mm bis 20 mm zu wählen, um eine Eigenstabilität der Folie beizubehalten.
• Die erfindungsgemäße Weiterbildung nach Anspruch 7 und den darauf folgenden weiteren Ansprüchen sieht einen inneren Träger vor, der die Folie gegen den im Mahlbehälter herrschenden Druck abstützt. Dazu sind, je nach Größe des Siebes und der Schlitze, unterschiedliche Gestaltungen auf unterschiedlichem Material möglich. So kann ein zylindrisches Sieb entweder aus gerolltem Stahlblech (304, 316) oder einem anderen Normmetall, Kunststoffmaterial, wie Polyuhrethan, Polyethylen, Nylon, oder aus Keramik-, Kunststoff- oder Metallrohren hergestellt sein. Die Sieblöcher oder -schlitze werden entweder durch Hochdruckwasserstrahlbearbeitung oder durch Lasern ausgeschnitten, womit Löcher oder Schlitze im Durchmesser oder in der Länge von z.B. 10 μm bis 400 μm gebohrt werden.. Die Schlitzlänge kann z.B. zwischen 10 μm und 2000 μm betragen. Das Stahlblech oder Plastikteil wird dann zu einem Zylinder zusammengerollt. Ein Träger oder eine Stützte, wie z.B. ein konventionelles zylindrisches Drahtsieb, wie bei US-Filter erhältlich, unterstützt den gerollten Zylinder. Die Enden des Stahlblechs werden dann durch Punktschweißen, Hartlösung oder Laserschweißen zusammengefügt. Der Stahlblechzylinder wird dann verschweißt unter Verwendung der gleichen oder ähnlicher Methoden wie bei dem Stützzylinder. Für Rohre, die ausgeschnitten oder gebohrt werden können und deren Wandstärke ausreichend ist, um einem Druck von bis zu 6 bar Stand zu halten, wird kein Trägerteil benötigt. Darüber hinaus kann auch Stahlblech ausreichender Dicke, das sich erfolgreich bohren läßt, d.h. ausreichend freie Siebfläche aufweist, um als effektives Mahlkörperrückhaltegerät eingesetzt zu werden, zu einem Zylinder gerollt werden und so ein zylindrisches Sieb bilden.
• Um dieses Problem zu lösen, muß die freie Siebfläche des Siebes vergrößert werden. Zur wirtschaftlichen Verwendung einer Schlitzgröße in dem gewünschten Bereich mit der gewünschten größeren freien Siebfläche ist es notwendig, bei der Rührwerksmühle relativ dünne Bleche zu verwenden. Dünne, zu einem Zylinder gerollte Bleche können dem Druck, der in einer Rührwerksmühle entsteht, nicht Stand halten. Deshalb wird ein Träger oder eine Stütze für das Siebmaterial benötigt. Die einfachste Lösung ist die Verwendung eines bestehenden, handelsüblichen Drahtsiebes (Spaltrohres). Die Schlitze dieses Trägersiebes können sehr groß sein, > 2 oder 3 mm. Die Schlitzweite ist nicht wichtig, sie muß nur die größtmögliche freie durchlässige Oberfläche gewährleisten, so daß die Schlitze des mit Laser oder Wasserstrahl geschnittenen Siebes nicht blockiert werden. Es wurde erkannt, daß fast jedes Material geschnitten werden kann, das sich als Sieb verwenden läßt, wie z.B. Keramik oder Kunststoff. Für eine schleißende Anwendung wurde aus einem Polyuhrethanrohr mit Wasserstrahl ein Sieb geschnitten.
• Ein Beispiel ist die Verarbeitung von Pigmentpaste auf einer Netzsch Rührwerksmühle LMZ 10, mit Zirkoniumsilikat-Kugeln. Bei der Verarbeitung der Pigmentpaste in der Mühle mit einem gelaserten 100 μm Sieb, mit einer freien Siebfläche von ca. 14 % wird eine Durchflußfläche von 60,8 cm² erreicht, was einem 1'' Rohr entspricht. Diese Erhöhung der freien Durchflußfläche und die damit verbundene Reduzierung der Durchflußgeschwindigkeit durch das Sieb erlaubt eine kontinuierliche Verarbeitung des Produktes bei akzeptabler Durchflußrate ohne irgendwelche Verstopfungen des Siebes.
• 1 zeigt das Ansteigen der Durchflußgeschwindigkeit durch das Sieb mit ansteigender Durchflußmenge und gleichzeitig den Unterschied bei größerer offener Siebfläche des Siebes. Aufgrund von Berechnungen wurde untersucht, warum das Sieb mit Kugeln verstopft. Im Wesentlichen ist das Verstopfen zurückzuführen auf die Durchflußgeschwindigkeit durch die Mühle, die offene Siebfläche des Siebes und die anderen Faktoren, wie Produktviskosität, Dichte der Mahlkugeln, Geschwindigkeit des Rührwerks im Mahlbehälter und das geometrische Verhältnis zwischen Siebgröße und Rührwerksgröße. Der bedeutendste Faktor in dieser Berechnung ist jedoch die freie Siebfläche des Siebes. Eine ausreichend große, offene Siebfläche bei der Verwendung von Siebschlitzweiten unter 100 μm ermöglicht den Einsatz von Kugeln < 300 μm in einer Produktionsmühle. Der Einsatz von Kugeln < 300 μm ist der nächste logische Schritt in der Feinmahltechnologie. Diese Erfindung wird erfolgreich verwendet bei Fertigungseinrichtungen unter Verwendung von Mahlkörpern der Größe 200 μm und kleiner. Mit dieser Erfindung können Rührwerksmühlen kontinuierlich arbeiten ohne Produktionsverluste und Schäden an der Mühle die auf Verstopfung des Siebes zurückzuführen sind.
• Der versuchsweise Einbau zeigte auch einen niedrigeren Siebverschleiß aufgrund des niedrigeren Drucks auf die Sieboberfläche. Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur zylindrische Siebe mit rundem Querschnitt dargestellt sind, kann es sich auch um ein elliptisches oder auch planes Sieb handeln.
• Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt
• 1 einen Siebmantel
• 2 einen Siebmantel mit Ringen an den Enden
• 3 einen Siebmantel mit 4 Ringen
• 4 einen Siebmantel mit Ringen und Stegen
• 5 einen Siebmantel mit Ringen und Stegen
• 6 einen Siebmantel mit Lochblech
• 7 Diagramm
• Der 1 ist ein Siebmantel 8 mit einer Siebfläche 10 zu entnehmen, in die Schlitze 12 eingearbeitet sind. Die Schlitze 12 sind parallel zueinander in Reihen 14 angeordnet, die sich entlang der Längsachse des Siebmantels 8 erstrecken. Der Abstand zwischen den einzelnen Reihen 14 ist kleiner als die Schlitzlänge selbst.
• Da der Siebmantel aus einer Folie mit einer Dicke von 0,01 mm bis 0,5 mm besteht, kann er je noch dem Wert des Druckes, der auf die Mahlgut/Mahlkörpersuspension und damit auf die Außenfläche wirkt, mit einem Träger 16 unterschiedlicher Gestaltung gestützt werden.
• In 2 werden dazu an beiden Enden Ringe 16 zur Stabilisierung der zylindrischen Siebform angebracht, die für sich noch durch Speichen 18 verstärkt sind.
• In 3 sind vier Ringe 16 über die gesamte Länge des Siebmantels 8 verteilt an dessen Innenseite angebracht.
• Die Trägerkonstruktion nach 4 besteht aus endseitigen Ringen 16 und achsparallel angeordneten Stegen 20, die die Verbindung zu den Ringen 16 bilden.
• Die in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele des Trägers sind für hohe Druckbelastungen durch die Suspension im Mahlbehälter bzw. bei sehr geringer Foliendicke. Hier kommt 5, eine gitterartige Struktur aus an der Folie anliegenden Ringen 16 und einer Vielzahl von verbundenen Stegen 20, zum Einsatz. Die Stege 20 sind in gleichmäßigen Abständen zueinander rings um den Innenumfang der Ringe 16 angeordnet.
• Der in 6 dargestellte, aus einem Lochblech 22 bestehende Träger, kommt bei extremer Druckbelastung zum Einsatz. Zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Siebleistung können zwischen dem Lochblech und dem Siebmantel noch Abstandselemente zum Einsatz kommen.
• Aus dem Diagramm der 7 geht die Durchflußgeschwindigkeit des Produktes bei einem Drahtsieb mit 0,10 mm im Verhältnis zu einem lasergeschnittenen Sieb mit nur 0,12 mm hervor.

8

Siebmantel

10

Siebfläche

12

Schlitze

14

Reihe

16

Ringe

18

Speichen

20

Stege

22

Lochblech

Claims (12)

1. Sieb zum Trennen von Mahlgut von Mahlhilfskörpern in einer Rührwerksmühle in der Mahlhilfskörper mit einer Größe von 5 μm bis 300 μm eingesetzt werden, wobei eine aus einer Folie bestehende Siebfläche (10) Schlitze (12) mit einer Schlitzweite von etwa der Hälfte der Mahlhilfskörpergröße aufweist.
2. Sieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Siebkörper Schlitze (12) mit einer Weite von 2,5 μm bis 150 μm aufweist.
3. Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie eine Dicke von 0,01 mm bis 0,5 mm aufweist.
4. Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schlitze (12) 1–20 mm beträgt.
5. Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12) parallel zueinander in Reihen (14) angeordnet sind, die sich in Richtung der Längsachse des Siebes erstrecken.
6. Sieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Reihen (14) kleiner ist als die Länge der Schlitze (12).
7. Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Siebkörper ein innerer Träger angeordnet ist.
8. Sieb nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Träger aus koaxial zur Sieblängsachse angeordneten Stegen (20) und zwei das Ende der Stege (20) verbindenden Ringen (16) besteht.
9. Sieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus mehreren untereinander verbundenen Ringen (16) besteht.
10. Sieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem Lochblech (22) mit einer Lochweite von 5mm bis 50mm besteht.
11. Sieb nach einem der Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitigen Ringe (16) mit Speichen (18) versehen sind.
12. Sieb nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebmantel (8) aus Metall, Kunststoff oder Keramik besteht.