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Rührwerksmühle Die Erfindung bezieht sich auf eine Rührwerksmühle
zur Zerkleinerung und Verteilung von Feststoffen in Flüssigkeiten. Solche Rührwerksmühlen
weisen einen aufrechtstehenden Mahlbehälter mit hochtourig umlaufendem Rührwerk
auf. Hierbei durchströmt das in der Flüssigkeit suspendierte Mahlgut den Mahlbehälter
kontinuierlich von unten nach oben. Es werden die Mahlkörper durch die vom Rührwerk
erzeugte Mahlgut-Dispersionsströmung bewegt und damit das Mahlgut zermahlen und
verteilt bzw. dispergiert. Es werden also die Mahlkörper im Bereich der Mahlzone
durch entsprechend intensive Mahlgutströme mitgerissen und hierbei befinden sich
die Mahlkörper in einem mehr oder weniger im Mahlgut dispergierten Zustand.
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Solche Rührwerksmühlen sind bekannt, sie arbeiten mit einer aus Sandkörnern
bestehenden Mahlkörp erfüllung mit einer engen Größenklassierung, z. B. begrenzt
durch Siebmaschenweiten von 0,59 mm als untere und 0,84 mm als obere Grenze. An
Stelle von Sand sind als Mahlkörper auch schon Glas- oder Kunststoffperlen etwa
in gleicher Größe in Vorschlag gebracht worden.
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Diese Rührwerksmühlen kommen nur dann mit befriedigendem Arbeitsergebnis
zum Einsatz, wenn das der Mühle zuzuführende Mahlgut verhältnismäßig leicht dispergierbar
ist. Im allgemeinen kommt für solche Rührwerksmühlen ein Mahlgut in Frage, welches
besonders gut gemahlene Feststoffe bereits aufweist, so daß diese Mühle im wesentlichen
nur noch die Aufgabe zu erfüllen hat, diese Feststoffe zu verteilen. Es hat sich
hierbei jedoch gezeigt, daß diese Rührwerksmühlen dann versagen, wenn die schon
fein gemahlenen Produkte, sei es durch Lagerung oder beim Anmischen etwas festere
Agglomerate gebildet haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Rührwerksmühlen
in ihrer Leistungsfähigkeit zu verbessern und einen gleichmäßigeren Mahl-bzw. Dispergierungseffekt
zu erzielen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in erster Linie darin,
daß die kugelförmigen Mahlkörper aus einer Mischung bestehen, deren Durchmesser
einen Bereich von 0,2 bis 0,3 mm umfaßt.
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Durch eingehende Versuche ist festgestellt worden, daß durch die Verwendung
einer Mischung solcher Mahlkörper unterschiedlicher Größe in Anwesenheit der bekannten
Mahlgutströmung von unten nach oben im Mahlbehälter die Mahlkörper zonenweise zu
unterschiedlichen Größen sich selbsttätig ordnen.
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Dabei sammeln sich die großen Mahlkörper in Bodennähe, die kleinsten
Mahlkörper am oberen Rand des
Mahlbehälters. Die Zwischengrößen der Mahlkörper ordnen
sich von unten nach oben im Mahlbehälter mit abnehmendem Durchmesser. Hierbei ist
es erklärlich, daß die Ubergänge der Durchmesserbereiche der Mahlkörper fließend
sind.
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Diese Zonenanordnung der Mahlkörper im Mahlbehälter ist darauf zurtickzuführen,
daß die für den Strömungswiderstand verantwortlichen Größen, vorwiegend die Oberfläche
der Mahlkörper, höchstens im Quadrat wachsen, daß demgegenüber jedoch das für das
Absinken der Mahlkörper verantwortliche Gewicht mit der dritten Potenz steigt.
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Die Mahlwirkung bei solchen Rühlwerksmühlen wird im wesentlichen
herbeigeführt durch die zwischen den einzelnen Mahlkörpern entstehende Scherwirkung,
gleichgültig ob die entsprechenden Scherkräfte mechanisch oder hydraulisch übertragen
werden. Beide Scherkraftübertragungsarten ergeben erhöhte Scherkräfte mit vergrößertem
Mahlkörperdurchmesser. Dies bedeutet, daß bei der Mühle gemäß der Erfindung im unteren
Ende des Mahlbehälters die größten Scherkräfte zur Verfügung stehen, die weiter
nach oben allmählich abnehmen. Für das zu bearbeitende Mahlgut wirken sich diese
Erschei nungen deshalb besonders günstig aus, weil den ungemahlenen noch groben
Feststoffpartikeln oder -Agglomeraten für die erste Stufe der Mahlung grö ßere Scherkräfte
zur Verfügung stehen. Im Zuge der Verfeinerung des Mahlgutes kommt dieses in Zonen
ständig kleiner werdender Mahlkörper, die die Anzahl der Berührungsstellen, d. h.
der Mahlstellen ständig vermehren, bei gleichzeitiger Abnahme der Beanspruchungskräfte.
Dadurch ist in einer besonders vorteilhaften Weise eine optimale Anpassung an den
fortlaufenden Mahlprozeß bei weitestgehender Schonung der Mahlkörper gegeben. Die
Anordnung der Mahlkörper mit abnehmendem Durchmesser im Sinne des Mahigutflusses
ermöglicht auch die Verarbeitung
von solchen viskosen Produkten,
deren Viskosität nach Einleitung von Scherkräften und/oder nach Zuführung von Wärme
niedriger viskos werden.
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Im Gegensatz zu der vorstehend erläuterten Erfinfindung fehlen bei
den verschiedenen bisher bekanntgewordenen Rührwerksmühlen entscheidende Merkmale,
die die erfindungsgemäß angestrebten Effekte überhaupt erst möglich machen.
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So kennt man eine gegebenenfalls auch kontinuierlich betreibbare
Rührwerksmühle mit einer Mahlkörperfüllung mit kleineren und größeren Mahlkörpern.
Durch verhältnismäßig langsamen Umlauf des Rührwerkes soll die groß gehaltene Mahlkörperfüllung
in engem Kontakt von Mahlkörper zum benachbarten Mahlkörper durcheinandergeschoben
werden.
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Die für die zonenmäßige Klassierung der unterschiedlichen Mahlkörpergrößen
erforderliche intensive Mahlgutströmung ist nicht vorhanden.
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Andere bekannte Rührwerksmühlen arbeiten mit Mahlkörpern, die bewußt
eine möglichst gleiche Größe aufweisen sollen und die darüber hinaus diskontinuierlich
betrieben werden, und zwar mit Rührwerksdrehzahlen, die wegen der angestrebten Stoßwirkungen
niedrig liegen müssen. Somit können hier entsprechende Mahlgutströmungen nicht auftreten.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der
Zeichnung näher erläutert, die schematisch im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel
einer Rührwerksmühle für die Verwendung unterschiedlich großer Mahlkörper mit selbsttätiger
Mahlzonenbildung veranschaulioht.
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Der senkrecht stehende Mahlgutbehälter 1 weist einen Mahlgutzulauf2
und einen Mahigutablauf 3 auf. In diesem Mahlgutbehälterl dreht sich hochtourig
eine Rührwerkswelle4, die mit Rührwerkselementen 5 und 6 ausgestaltet ist. Die Mahlkörper
7 und 8 haben eine unterschiedliche Größe. Es können die Mahlkörper 7 einen Durchmesser
von 3 mm aufweisen, während die Mahlkörper 8 etwa einen Durchmesser von 0,7 mm haben
können. Die Mahlkörpermischung kann also aus vier unterschiedlichen Größen bestehen,
so daß sich beim Betrieb der Mühle die vier Mahlzonen I bis IV ergeben.
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Die Mahlkörper weisen zweckmäßigerweise eine Kugelform auf. Es können
somit Sande mit entsprechender Korngröße Verwendung finden. Besonders empfiehlt
sich die Verwendung von Mahlkörpern, die eine exakte Kugelform aufweisen und die
aus Glas oder Stahl oder einem anderen Werkstoff bestehen können. Die Rührwerkswelle
4 kann von unten nach oben in einem zylinderförmig gestalteten Mahlbehälter mit
gleichartigen Rührwerkzeugen ausgerüstet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die am unteren Ende des Mahlbehälters vorgesehenen Rührwerkzeuge 5 art artig
ausgebildet, während am oberen Ende des Mahlbehälters die Rührwerkzeuge 6 eine Scheibenform
besitzen.
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Hierbei ist es von Vorteil, daß die Rührwerkselemente 5, 6 in den
einzelnen Zonen I bis IV des Mahlbehälters 1 im Sinne des Mahlgutflusses an Stanfläche
ab- und an Reibfläche zunehmen.
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Die Zeichnung zeigt darüber hinaus, daß im vorliegenden Fall der
Mahlgutbehälter 1 eine sich nach oben konisch verengende Form aufweist. Im Sinne
des Mahlgutflusses wird somit die Querschnittsfläche des Mahlbehälters allmählich
immer kleiner.
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Diese Ausgestaltung des Mahlbehälters in Verbindung mit der Ausgestaltung
der zugehörigen Rühr-
werkselemente trägt dazu bei, daß die auf Grund der Zentrifugalkräfte
gegen die Trommelwand fließenden Mahlkörper einen Impuls nach abwärts bekommen,
der je nach Wahl der Konizität, der Drehzahl oder Mahlgutviskosität das natürliche
Sedimentationsbestreben wesentlich unterstützen kann. Der Mahlbehälter 1 ist mit
einem einen Hohlraum bildenden Außenmantel 9 versehen, der mit einem Zufluß 10 und
einem Ablaß 11 für ein Kühl- oder Heizmittel ausgerüstet ist. Bei diesen Rührwerksmühlen
wird vorwiegend der Einsatz eines Heizmittels dann empfehlenswert sein, wenn es
sich um die Verarbeitung eines hochviskosen Mahlgutes handelt, dessen Viskosität
durch Wärmezufuhr erniedrigt werden kann.
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Zu den hier in Frage kommenden Flüssigkeiten zählen auch solche Stoffe,
die bei Normaltemperatur fest sind, aber durch Erwärmung in einen flüssigen Zustand
überführt werden können. Die im unteren Bereich des Mahlbehälters 1 vorgesehenen
armartigen Rührwerkzeuge 5 ergeben in Verbindung mit den hier vorhandenen größeren
Mahlkörpern 7 erhöhte Scherkraftbildung, die in Verbindung mit der den armartigen
Rührwerkzeugen eigenen hohen Turbulenzströmung für die Zerkleinerung und Verteilung
für die vorgegebenen Grobbestandteile bzw. Grobagglomerate besonders günstig sind.
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Das hochtourig laufende Rührwerk ergibt eine Kombinationsströmung
derart, daß sich das Mahlgut mit den mitgerissenen Mahlkörpern in einer rotierenden
Tangentialströmung bewegt, die von einer Radialströmung überlagert wird. Die Folge
der Radialströmung ist, daß an jedem Rührelement die radial nach außen fließenden
Bestandteile sich nach oben und unten im Sinne der in der Zeichnung angegebenen
Pfeile verlagern. In Verbindung mit dem erwähnten konischen Trog ist dann die Verlagerung
nach unten stärker ausgeprägt.
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In den bisher bekannten Rührwerksmühlen war nur ein kleiner Prozentsatz
der in der Lackindustrie üblichen Pigmente zu verarbeiten. In einer Mühle gemäß
der Erfindung ist es jetzt erstmalig möglich, auch solche Pigmente, die auf den
bisher schnelllaufenden Rührwerksmühlen nicht verarbeitet werden konnten, in einem
Arbeitsgang fein zu mahlen.
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Es ist weiterhin möglich, Suspersionen mit groben kristallinen Bestandteilen
von Kantenlängen bis zu einem Millimeter zu verarbeiten, wobei der Vorteil wahrgenommen
wird, daß die großen Mahlkörper die Kristalle zunächst zerschlagen, während mit
den fortlaufend kleiner werdenden Mahlkörpern kleinere Kristalle mit der ihnen gebührenden
Kraftbeanspruchung weiter verfeinert werden.
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Die Mahlkörpermischung gemäß der Erfindung ermöglicht, wie vordem
schon angedeutet, ebenfalls zum ersten Mal in Mühlen dieser Art die Vermahlung von
relativ hochviskosen Produkten, eine Tatsache, die den Anwendungsbereich, insbesondere
auch in der Lackindustrie, in erheblichem Ausmaß erweitert hat.