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Rotierende Behältermühle, insbesondere Rohr- oder Trommelmühle Die
Erfindung betrifft eine rotierende Behältermühle, insbesondere Rohr- oder Trommelmühle,
deren Innenwandung einen gleichseitigen, mehreckigen Grundquerschnitt mit abgerundeten
Ecken aufweist und in der die Verrnahlung durch die fallende und rollende Bewegung
von Mahlkörpern erfolgt.
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In Mühlen der angeführten Art, die in großem Umfang zur Zerkleinerung
bzw. Vermahlung von harten Stoffen auf trockenem oder nassem Wege, zum Mahlmischen
und anderen Verwendungszwecken dienen, wird die Zerkleinerung hauptsächlich durch
die Schlag- und Reibwirkung, die die Mahlkörper auf das Mahlgut ausüben, bewirkt.
Die beste Zerkleinerungsarbeit kommt durch einen schrägen Schlag zustande; um einen
solchen Schlag herbeizuführen, -soll die Mühle die Mahlkörper bis nahe an
ihren Scheitelpunkt mitnehmen und die Füllung sich dann oben von der Mühlenwand
lösen und in schrägem Fall auf das zu vermahlende Gut herabfallen. Die Reibwirkung,
die für die Feinvermahlung maßgeblich ist, entsteht zwischen der Mühlenpanzerung
und dem Mahlgut. Bei Mehrkammermühlen erfolgt die Zerkleinerung des Mahlgutes in
der ersten und zweiten Kammer hauptsächlich durch die Schlagwirkung.
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Es sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, die darauf
abzielten, die günstigsten Bedingungen für den Betrieb einer Mühle, wie Drehzahl
der Mühle, Ausbildung der Panzerung, Mahlkörperfüllung, herauszufinden und genaue
Erkenntnisse über den Mahlvorgang zu gewinnen. Insbesondere sind viele Versuche
zum Auffinden eines Zusammenhanges zwischen der Leistung von Mühlen und der Drehzahl
angestellt worden. Hinsichtlich der Mühlen- -drehzahl gelangte man zu dem Ergebnis,
daß diese bei Vormühlen 72,1/a der kritischen Drehzahl , bei Feinmühlen 649/o der
kritischen
Drehzahl betragen soll. Da es nun aber nicht möglich ist, eine Mühle, in der sowohl
eine Vorzerkleinerung als auch eine Feinmahlung erfolgen soll, mit zwei verschiedenen
Drehzahlen zu betreiben, hat man die Drehzahl für Mehrkammermühlen mit 68 0% der
kritischen Drehzahl, also entsprechend dem Mittelwert zwischen den beiden angeführten
Werten, gewählt. Es ist jedoch nicht zu übersehen, daß diese einen Kompromiß darstellende
Lösung den Nachteil hat, daß die angeführte Drehzahl im Falle einer Mühle, in der
die größtmögliche Schlagkraft der ; Mahlkörper erhalten werden soll, zu gering ist
und im Falle einer Mühle für Feinmahlung, wobei es also auf die beste erzielbare
Reibwirkung ankommt, zu hoch liegt. Man versuchte, diesen Nachteilen dadurch zu
begegnen, daß die Panzerung der Vormahikammer mit Hubleisten ausgestattet wurde,
mit deren Hilfe die Mahlkörperfüllung höher an den Wurfscheitel herangeführt wurde.
Da jedoch bei den bisher bekannten Mühlen dieser Art, z. B. Rohrmühlen, in der Vormahlkammer
neben Grieß auch noch Feingut anfällt, ist die weitere Zerkleinerung des Feingutes
infolge der dann kleineren Reibarbeit nur sehr gering, und das Feingut stellt in
der Vorkammer praktisch einen Ballast dar, da es in ihr nur wenig verändert wird.
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Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine rotierende Behältermühle,
insbesondere Rohr- oder Trommelmühle, zu schaffen, deren Innenwandung einen gleichseitigen,
mehreckigen Grundquerschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist und in der die Vermahlung
durch die fallende und rollende Bewegung von Mahlkörpern erfolgt, wobei die durch
die Schlagwirkung erzielte Mahlleistung je nach dem zu behandelnden Mahlgut in einem
geeigneten, einstellbaren Verhältnis zu der durch die Reibung bewirkten Mahlleistung
steht. Es wurde gefunden, daß dieses Ziel dann erreicht werden kann, wenn die Mühle
einen quadratischen Grundquerschnitt mit abgerundeten Ecken und geraden Seiten aufweist
und in an sich bekannter Weise mit einem Haufwerk von Mahlkörpern
gefüllt
ist, deren Größe einen geringen Bruchteil der Seitenlänge des Grundquerschnittes
der Mühle beträgt. Die Mahlkörper bestehen vorzugsweise aus Cylpepsen, d. h. Rundstahlstücken,
die einen Durchmesser von etwa 1 bis 2 cm und eine Länge von etwa 3 cm haben.
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Der Querschnitt der Mühle gemäß der Erfindung ist sozusagen aus einem
Quadrat mit abgerundeten Ecken gebildet. Vorzugsweise sind die abgerundeten Ecken
kreisförmig ausgebildet, und die Abrundungen bilden zweckmäßig einen Viertelkreis.
Die Schlagwirkung wird durch den Radius bzw. Krümmung der Abrundungen beeinflußt,
und zwar ist die Schlagwirkung der Mühle um so größer, je stärker die Krümmung der
Abrundungen bzw. je kleiner der Radius des Viertelkreises im Verhältnis zur Diagonale
des Mühlenquerschnittes ist. Die Reibwirkung wird bei einer Vergrößerung der Schlagwirkung
kleiner, bei einer Verkleinerung der Schlagwirkung größer. Dadurch kann das Verhältnis
von Schlagwirkung zu Reibwirkung abgestimmt und gegebenenfalls auch in ein und derselben
Mühle abschnittsweise variiert werden, indmem die Krümmungen der Abrundungen abschnittsweise
verschieden gewählt werden.
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Durch eine solche Querschnittsausbildung wird eine wesentlich größere
Turbulenz der Mahlkörper erreicht als in einer Mühle mit rundem Querschnitt. Dadurch,
daß die Mahlkörper nicht wie bei einer Mühle mit rundem Querschnitt gleichmäßig
in die Wurfparabel eintreten, sondern periodisch und dadurch in größeren Mengen
von den Ecken und somit von dem Punkt der Mühle, an welchem die Innenfläche der
Mühle ihren größten Abstand von der Drehachse hat, in die Wurfparabel gelangen,
wird die Aufschlagenergie vergrößert. Es besteht daher die Möglichkeit, die Größe
des Radius der Abrundungen - oder allgemein ausgedrückt: die Krümmung der Abrundungen
- im Verhältnis zur Diagonale des Mühlenquerschnittes entsprechend der gewünschten
Schlagwirkung einzustellen, d. h. die Mühle für jedes beliebige Mahlgut so auszulegen
bzw. in solcher Weise zu dimensionieren, daß die maximale Mahlleistung erzielt werden
kann. Wie sich auf Grund von photographischen Reihenuntersuchungen und Filmaufnahmen
ergibt, werden die Mahlkörper in einer Mühle von quadratischem Grundquerschnitt
mit abgerundeten Ecken und geraden Seiten im Vergleich zu den Mahlkörpern bei einem
runden Mühlenquerschnitt wesentlich mehr auseinandergezogen, und es tritt dadurch
eine Vergrößerung der Mahlbahn ein. Wie die photographischen Reihenuntersuchungen
ferner zeigen, führen die Mahlkörper nach dem Wurf, also während des Anhebens in
der Mühle, Turbulenzbewegungen aus, die die Reibwirkung auf das Mahlgut günstig
beeinflussen. Diese Bewegungen der Mahlkörper, die als Innenbewegung bezeichnet
werden können, erreichen ihr Maximum, wenn der Radius der abgerundeten Ecken etwa
ein Drittel des Grundquadrates beträgt. Bei Anwendung eines Querschnittes gemäß
der Erfindung ist die Anzahl der Schläge das Vierfache der Mühlendrehzahl. Ferner
wird, wie Versuche mit einer Mühle gemäß der Erfindung zeigten, bei geringerem Energieverbrauch
eine wesentlich größere Mahlleistung bei gleichzeitiger höherer Mahlfeinheit erreicht.
Weiterhin wurde auch festgestellt, daß, bedingt durch die höhere Schlagwirkung,
eine Mühle gemäß der Erfindung mit kleineren Mahlkörpern betrieben werden kann als
z. B. eine Mühle mit rundem Querschnitt.
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Es ist auf einfache Weise möglich, bereits vorhandene Mühlen gemäß
der Erfindung umzuwandeln. Dies kann durch Auskleidung mit Panzerplatten von geeigneter
Größe und Form bewirkt werden. Im Falle einer Rohrmühle von z. B. zylindrischem
Querschnitt gelingt es, den gewünschten quadratischen Grundquerschnitt mit abgerundeten
Ecken unter Verwendung von Panzerplatten von lediglich drei verschiedenen Formen
und Größen herzustellen.
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Vorzugsweise sind bei den Mühlen gemäß der Erfindung die Panzerplatten
abschnittsweise gegeneinander versetzt, so daß die dynamischen Schwungmomente ausgeglichen
werden und eine einseitige exzentrische Wuchtmasse vermieden wird. Diese Versetzung
kann im Falle einer Mühle mit mehreren Kammern von Kammer zu Kammer erfolgen; die
Versetzung kann aber auch in kürzeren Abständen stattfinden. Durch diese Anordnung
der Panzerplatten entsteht innerhalb der Mahlkammer bzw. Mahlkammern ein Drall,
durch den gleichzeitig auf die Mahlkörper eine sortierende Wirkung ausgeübt wird.
Durch eine gleichmäßige Versetzung der Panzerung am Umfang der Mühle kann die Wucht
der Schläge der Mahlkörperfüllung auf der Mahlbahn verteilt und somit entsprechend
den Versetzungen und der Panzerplattenlänge aufgeteilt werden.
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Die Mühle gemäß der Erfindung kann für eine Trockenmahlung nach dem
offenen und geschlossenen Kreislaufsystem, d. h. als Durchlaufmühle oder als Mühle
mit Sichter (Umluft oder Becherwerkumlauf), für die Naßmahlung, zum Mahlmischen
und für andere ähnliche Zwecke verwendet werden. Infolge der erhaltenen größeren
Turbulenz der Mahlkörper wird bei der Naßmahlung auch eine größere Turbulenz der
verwendeten Flüssigkeit und damit ein zusätzlicher Mahleffekt erreicht.
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Die Mühle gemäß der Erfindung bietet ferner Vorteile hinsichtlich
des Energieverbrauches. Diesbezüglich kann erwähnt werden, daß durch die Reibwirkung
bekanntlich eine beträchtliche Mahlwärme entsteht, die für den Mahleffekt als solchen
verloren ist, wogegen die Reibungsenergie bei Schlagwirkung wesentlich geringer
ist, so daß in der Mühle gemäß der Erfindung die Verluste durch Reibungswärme kleiner
sind als in den bekannten Mühlen. Schließlich konnte durch mikroskopische Versuche
festgestellt werden, daß eine Mühle mit quadratischem Grundquerschnitt mit abgerundeten
Ecken und geraden Seiten rascher und auch homogener mahlt und daß in einer solchen
Mühle Materialien, die in einer runden Mühle lange splittrig bleiben, praktisch
sofort in kubischer Form anfallen.
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Rotierende Behältermühlen, deren Innenwandung einen gleichseitigen,
mehreckigen Grundquerschnitt aufweist, sind an sich bereits bekannt. Bei allen diesen
bekannten Mühlen ist jedoch der Gedanke, der der Erfindung zugrunde liegt, in keiner
Weise verwirklicht. Im Falle der Mühle gemäß der Erfindung ist es möglich, durch
Ändern der Krümmung der Abrundungen die Wirkung mehrerer Drehzahlen abschnittsweise
in einer einzigen Mühle zu vereinigen, da, wie oben erwähnt, bei stärkerer Krümmung
die Schlagwirkung größer und bei schwächerer Krümmung die Schlagwirkung kleiner,
aber die Reibwirkung größer wird. Bei den bisher bekannten
Mühlen
hingegen ist eine Änderung der Schlag- und Reibwirkung nur durch eine Änderung der
Drehzahl oder durch Mühleneinbauten möglich. Auf Grund der Erfindung kann daher
für jedes beliebige Mahlgut eire Mühle konstruiert und mit hohem Wirkungsgrad unter
Anwendung eines zylindrischen Außenmantels ausgelegt werden.
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Bezüglich der bekannten Mühlen mit eckigem Grundquerschnitt ist im
einzelnen folgendes zu sagen: Es ist eine durch Zwischenwände in Kammern unterteilte
Trommelmühle von gleichzeitig dreieckigem Grundquerschnitt bekannt, bei der die
Zwischenwände auf in den Ecken der Trommel angeordneten Stahlstangen unter Einschaltung
von Distanzstücken aufgereiht sind. Ein solcher Mühlenquerschnitt ergibt von vornherein
eine schlechtere Mahlwirkung, weil die Mahlkörper und das Mahlgut pro Umdrehung
der Mühle nur dreimal herunterfallen und aufschlagen und überdies die Fallhöhe dadurch
verringert ist, daß in den Ecken der Trommel die Stahlstangen angeordnet sind. Im
übrigen stellt eine solche Mühle gegenüber der Mühle gemäß der Erfindung, die keine
Einbauten aufweist, ein kompliziertes System dar, wobei noch hinzukommt, daß die
in den Ecken der Trommel angeordneten Stahlstangen einem sehr großen Verschleiß
unterworfen sind.
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Ferner sind auch schon Trommelmühlen bekannt, in denen als Mahlkörper
Stangen von vieleckigem Querschnitt verwendet werden und bei welchen der sich drehende
Trommelkörper gleichfalls eine vieleckige, geometrisch dem Mahlkörperquerschnitt
ähnliche, z. B. sechseckige Querschnittsform hat. Mühlen mit einem fünfeckigen oder
sechseckigen Querschnitt haben aber schon wieder annähernd eine Kreisform, so daß
in solchen Mühlen gegenüber einer Mühle mit kreisförmigem Querschnitt nur ein geringer
Unterschied bezüglich der Mahlwirkung vorliegt. Ferner unterliegen in Form von Stangen
von vieleckigem Querschnitt ausgebildete Mahlkörper einem starken Verschleiß, so
daß ihre Vielecksform nicht lange erhalten bleibt und das Mahlgut durch Abrieb dieser
Mahlkörper mit deren Material verunreinigt wird.
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Gegenüber allen diesen bekannten Mühlen bietet die Mühle gemäß der
Erfindung den überraschenden Vorteil, daß es durch Anwendung eines quadratischen
Grundquerschnittes mit geraden Seiten und abgerundeten Ecken, die für die Mahlkörper
und das Mahlgut vollkommen frei zugänglich sind, ohne irgendwelche Einbauten und
unter Verwendung üblicher kleiner Mahlkörper, insbesondere Cylpepse, gelingt, eine
hervorragende Mahlwirkung zu erzielen.
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Eine weiterhin bekannte Mühle besteht aus einer das Arbeitsgut aufnehmenden
Trommel mit einem drei- oder mehrseitigen Querschnitt und mindestens einem darin
lose liegenden, nahezu die ganze Länge der Trommel einnehmenden Schlegel, der beim
Umlauf der Trommel wechselweise gehoben wird und durch sein Eigengewicht auf das
Gut zurückfällt. Der Querschnitt kann z. B. dreiseitig, herzförmig, also ausgebaucht,
oder vierseitig sein. Von der Anwendung eines quadratischen Grundquerschnittes mit
abgerundeten Ecken und geraden Seiten für die Trommel ist im Zusammenhang mit dieser
bekannten Mühle nichts gesagt. Ein Abweichen von der Geraden, also den ebenen Seiten
der Trommel, führt jedoch zwangläufig zu einer Verschlechterung der Wirkung, denn
Ausbauchungen dieser Art ergeben eine wesentlich geringere Schlagwirkung und setzen
damit auch die Möglichkeit, die Mühle durch Veränderung des Radius bzw. der Krümmung
der Abrundung der Ecken in ihrer Wirkung einzustellen, so herab, daß die erreichbaren
Ergebnisse technisch ohne Interesse sind.
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Bei Anwendung von ebenen Seiten und einem Haufwerk von Mahlkörpern
wird beim Betrieb der rotierenden Behältermühle gemäß der Erfindung den Mahlkörpern
beim Abwurf im oberen Teil der Mühle durch die ebenen Seiten ein zusätzlicher Bewegungsimpuls
erteilt, der eine verstärkte Schlagwirkung zur Folge hat, wogegen im Falle einer
Mühle, die einen dreiseitigen, herzförmigen Querschnitt oder einen anderen mehrseitigen
Querschnitt mit gekrümmten Seiten hat, die Mahlkörper und insbesondere Mahlstangen
vom höchsten Punkt ihrer Bahn auf dem Behandlungsgut einfach nach unten gleiten
bzw. rollen, ohne eine nennenswerte Schlagwirkung auszuüben.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Mühle gemäß der Erfindung
von quadratischem Grundquerschnitt mit abgerundeten Ecken und geraden Seiten; F
i g. 2 bezieht sich auf eine Mühle von quadratischen Grundquerschnitten mit verschiedener
Seitenlänge bzw. verschiedenen Radien oder Krümmungen bei gleicher Diagonale in
Achsrichtung gesehen; F i g. 3 stellt eine Rohrmühle gemäß der Erfindung rein schematisch
im Axialschnitt dar; F i g. 4 und 5 zeigen zwei Beispiele für eine Mühle gemäß der
Erfindung jeweils im Querschnitt; F i g. 6 gibt schematisch eine besonders zweckmäßige
Art der in drei Größen verwendeten Panzerplatten mit laufender gegenseitiger Versetzung
wieder.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Mühle gemäß
der Erfindung ist der zylindrische Mantel M mit in axialer Richtung hintereinander
angeordneten Ringscharen von Panzerplatten ausgekleidet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht jede Ringschar aus vierundzwanzig Panzerplatten von drei verschiedenen Formaten
1, 2 und 3, wobei die Formate 2 und 3 Ausnehmungen aufweisen, um das Gewicht der
Auskleidung herabzusetzen. Die Formate 3 haben außerdem radiale Bohrungen zur Aufnahme
von Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln, die zur Fixierung der Ringscharen
im Mantel M dienen.
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Bei der Mühle nach F i g. 1 haben bei allen Ringscharen der Auskleidung
die Abrundungen den gleichen Radius r, doch sind die Querschnitte bei den hintereinanderfolgenden
Ringscharen in Umfangsrichtung versetzt. Bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung
sind die aufeinanderfolgenden Querschnitte und damit die Diagonalen D der Mühlenquerschnitte
jeweils um einen Winkel «, bei vierundzwanzig Formaten daher um jeweils 15°, gegen
den vorhergehenden Querschnitt verdreht.
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Bei der Ausführung nach F i g. 2 liegen die Diagonalen D aller Mühlenquerschnitte
eingefluchtet hintereinander, bei den verschiedenen Ringscharen z. B. a, b, c,
d haben aber die Abrundungen verschieden große Radien r", rb, r, bzw.
rd, wodurch in den einzelnen Ringscharen verschieden starke Schlagwirkungen
erzielt werden können.
Bei der in F i g. 3 schematisch im Axialschnitt
veranschaulichten Mühle gelangt das Mahlgut durch einen Einlauf 3 zuerst in eine
Vormahlkammer 6, hierauf durch eine Zwischenwand bzw. Hubwand 10 in eine Kammer
7 und schließlich durch eine weitere Zwischenwand bzw. Hubwand 10 in eine Endkammer
8, aus der das fertiggemahlene Gut durch einen Auslauf 9 ausgetragen
wird. In den verschiedenen Kammern 6, 7 und 8 können die Panzerungen
je nach den besonderen Erfordernissen mit verschieden stark abgerundeten Querschnitten
oder mit verschiedenartig gegeneinander versetzten Querschnitten ausgebildet sein.
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Die F i g. 4 und 5 zeigen beispielsweise zwei verschiedene Panzerungen
mit gleich großen Diagonalen D. Bei der Panzerung 1', 2', 3', nach F i g. 4 ist
der Radius r der Abrundung kleiner als der Radius r' der Abrundung der Panzerung
1", 2", 3" nach F i g. 5. Für größere Schlagwirkung wird man demnach die Form nach
F i g. 4 wählen.
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Infolge der verschieden großen Radien r' bzw. r" der Abrundungen bei
den Panzerungen nach den F i g. 4 bzw. 5 sind auch die Seitenlängen L' bzw. L" der
den Querschnitten zugrunde liegenden Quadrate verschieden groß, so daß mit Ausnahme
der Stellen an den Enden der Diagonalen D die Dicke der Panzerplatten
1', 2', 3' mit dem kleineren Abrundungsradius r' (F i g. 4) größer ist als
die Dicke der Panzerplatten 1", 2", 3" mit dem größeren Abrundungsradius
r' (F i g. 5).
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F i g. 6 stellt in eine Ebene abgewickelt eine besonders vorteilhafte
Verteilung der Panzerplatten bei einer Panzerung nach F i g. 1 dar, wobei die gegenseitige
Versetzung der Panzerplatten nach einer Schraubenlinie erfolgt. Der am Rande befindliche
Pfeil deutet dabei die Längsrichtung der Mühle an.