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Rührwerksmühle zum Herstellen von Feststoffdispersionen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Rührwerksmühle zum Herstellen von Feststoffdispersionen in
Flüssigkeiten, wie Farben, Cremes, Chemikalien u. dgl. in vorzugsweise kontinuierlich
arbeitenden Mühlen, in deren zylindrischem Behälter eine Rührwerkswelle mit als
Vollscheiben ausgebildeten Rührelementen vorgesehen sind. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf solche Rührwerksmühlen, in denen das Mahlgut mittels Mahlhilfskörpern,
wie Sand oder Perlen aller Art, von etwa 0,2 bis 3 mm Durchmesser dispergiert werden
soll.
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Man kennt Vorrichtungen dieser Art, die aus einem senkrecht angeordneten
Mahltrog bestehen, in dem Rührwerke angebracht sind. auf denen glatte Scheiben,
Ringscheiben, Lochscheiben oder Rührstäbe od. dgl. angeordnet sind. Allen diesen
Ausführungen ist ein grundsätzlicher Nachteil gemeinsam. Die hochtourig laufenden
Mischwerke haben vom Zentrum bis zur Peripherie ständig steigende Umfangsgeschwindigkeiten.
An der Peripherie ist die Umfangsgeschwindigkeit so auszulegen, daß zwar der Effekt
der Mahlung und Dispergierung erzielt wird, daß aber die Mahlhilfskörper selbst
nicht oder nur unwesentlich beansprucht oder gar zerstört werden.
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Die Beanspruchung des Mahlgutes und damit auch der Mahlhilfskörper
hängt nun ab von der Differenzgeschwindigkeit zwischen Rührwerkzeug und den Mahlhilfskörpem.
Der erzielbare Mahleffekt hängt aber auch bei den hauptsächlich in Betracht kommenden
kontinuierlich arbeitenden Mühlen auch noch davon ab, daß dem die Mühlen durchlaufenden
Mahlgut keine Zonen mangelnder Dispergierbeanspruchung verbleiben. Der Abstand zwischen
den Rührscheiben und der Innenwandung des Mühlenbehälters muß deshalb innerhalb
gewisser Grenzen gehalten werden.
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Kontinuierlich betriebene Mühlen dieser Art arbeiten im allgemeinen
in der Weise, daß das Mahlgut unter Druck am unteren Ende des Mühlenbehälters eingeführt
wird. Hierbei ergibt sich. daß die Mahlhilfskörper durch die Rührwerksgeschwindigkeit
und durch die bisher bekannten Rührwerksscheiben in dem Mahlgut mehr oder weniger
gleichmäßig verteilt werden. Diese Gleichmäßigkeit wird allerdings noch durch das
Sinkvermögen der Mahlhilfskörper sowie eventuell auch noch durch die selektiv wirkenden
Zentrifugalkräfte bestimmt. Bei dem Materialdurchtritt in einer kontinuierlich arbeitenden
Mühle läßt es sich nicht vermeiden, daß in den Spalt zwischen Rührscheibe und Trogwand
Mahlkörper in Durchtrittsrichtung, im allgemeinen also von unten nach oben mitgerissen
werden, die dann zu einer
Anreicherung des oberen Mühlenbereiches und im Grenzfall
zu einem Überfließen der bei diesen Mühlen oben vorhandenen Siebe führt. Durch die
Anordnung von Ringscheiben, Lochscheiben u. dgl. hat man versucht, dieses Mitreißen
zu vermeiden. Beim Einsatz von Ringscheiben hat man auch Vorkehrungen getroffen,
daß die nach aufwärts mitgenommenen Mahlhilfskörper im Zentrum des Rührwerks wieder
abwärts gleiten können. Durch das Mitreißen einerseits, durch die Verhinderung des
Mitreißens und die Rückführung andererseits ist der Maximalausstoß einer kontinuierlich
arbeitenden Maschine begrenzt.
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Selbstverständlich variiert dieser Maximalausstoß noch je nach der
Viskosität des Mahlgutes. In vielen Fällen ist die Dispergierwirkung dieser kontinuierlich
arbeitenden Mühlen so gut, daß man den Durchsatz vom Standpunkt der Feinheit aus
noch steigern könnte, daß aber das Mitreißen von Mahlhilfskörpern diese Steigerung
unmöglich macht.
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Bei Mühlen zur trockenen Zerkleinerung von sehr harten Materialien
ist es bekannt, den Mahltrog an seiner Innenseite mit einem gezahnten Mantel aus
sehr widerstandsfähigem Material zu bedecken. Zentral im Behälter ist eine zylindrische
Schleifscheibe angeordnet. Den Boden des Materialbehälters bildet eine poröse Platte,
durch die von unten Luft in den Behälter gedrückt wird, um das darin befindliche
feine Gut in den Zustand einer Wirbelschicht zu versetzen. Eine Naßvermahlung mit
Hilfe von Mahlkörpern wäre mit dieser Einrichtung nicht durchführbar. Beispielsweise
würden bei einem derart mit Längsnuten bzw. Zähnen versehenen Trogmantel die Mahlhilfskörper
nach kurzer Zeit zerstört, da im Bereich des Trogmantels die Mahlkörper der größten
Zentrifugalkraft ausgesetzt sind.
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Es wurde durch eingehende Versuche gefunden, daß überraschenderweise
scheibenförmige Rührelemente,
die zum Zentrum hin weder eine freie
Öffnung noch Löcher irgendwelcher Art besitzen, aber gewisse Abweichungen von der
reinen runden Scheibenform aufweisen, den Durchsatz durch die Mühlen erheblich zu
steigern erlauben.
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Demzufolge besteht die Erfindung in erster Linie darin, daß die Außenrandgestaltung
der Rührscheiben eine vom Kreisquerschnitt des Mühlenbehälters abweichende Unrundform
aufweist. Es ist anzustreben, daß diese Abweichungen der Außenrandgestaltung der
Rührscheiben von dem Kreisquerschnitt des Mühlenbehälters sich in bestimmten Grenzen
hält.
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Diese Grenzen sollten so gezogen werden, daß diese Abweichungen sich
vollziehen zwischen einem Minimalspalt und einem Maximalspalt zwischen dem Außenrand
der Scheiben und der Innenwandung des Behälters. Unter Minimalspalt ist hierbei
eine solche Spaltgröße zu verstehen, daß keine Beschädigungen, also unzulässige
Quetschungen der Mahlhilfskörper, z. B. der verwendeten Perlen, auftreten. Dieser
Minimalspalt sollte etwa das Drei- bis Fünffache der maximalen Perlengröße betragen.
Der maximale Spalt zwischen Scheibenrand und Innenwandfläche des Behälters ist dahingehend
zu verstehen, daß das Mahlgut und die Perlen noch so intensiv im Spalt bewegt werden,
daß keine Perlenablagerungen an der Zylinderwand des Behälters praktisch eintreten.
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Es liegt an sich zunächst die Annahme nahe, daß eine entsprechend
kleine Scheibe mit der Maximaltoleranz zwischen Scheibe und Wand die gleichen Durchsatzergebnisse,
wenn vielleicht auch mit verminderter Feinheit, zur Folge hat. Dem ist jedoch nicht
so. Scheiben, die im Sinn der Erfindung eine mehr oder weniger unregelmäßige Außenform
im Bereich der Maximal- und Minimaltoleranz für den Spalt zwischen Scheibe und Wand
besitzen, haben einen erheblich größeren Ausstoß, obwohl, in der Projektion gesehen,
diese Scheiben weniger Freifläche zwischen Scheibe und Wand besitzen. Dieser beobachtete
Effekt tritt grundsätzlich bei jeder Scheibe mit unterbrochenem Außenumfang auf.
Vorteilhafterweise wird man aber solche Scheiben vorziehen, bei denen die Scheibe
so ausgebildet ist, daß keine unzulässige Schlagbeanspruchung für die Mahlhilfskörper
zu befürchten ist.
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In der Zeichnung sind eine Reihe von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine Scheibe 1 im Grundriß, die etwa als Geradzahnscheibe
bezeichnet werden kann. Ihre Zähne 2 weisen etwa radial verlaufende Zahnflanken
3 und 4 auf. Die Drehrichtung dieser Scheibe kann beliebig erfolgen. Es ist daher
in Fig. 1 ein entsprechender Doppelpfeil eingezeichnet.
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Gemäß F i g. 2 ist die Scheibe 1 mit Zähnen 5 versehen, die eine
etwa radial verlaufende Zahnflanke 6 aufweisen. Der Zahnrücken 7 verläuft in diesem
Fall von der Außenkante einer Zahnflanke 6 zur Innenkante der benachbarten Zahnflanke
6 in gewölbter Linienführung. In diesem Fall wird eine solche Drehrichtung der Scheibe
bevorzugt, bei der der Zahnrücken 7 vorläuft. Damit ergibt sich eine Schonung der
Mahlhilfskörper.
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Nach F i g. 3 ist eine Scheibe 1 vorgesehen, die drei abgerundete
Kanten 8,9,10 aufweist. Diese Kanten sind in einer kreisbogenförmigen Linienführung
11, 12, 13 miteinander verbunden, so daß man hier von einem sphärischen Dreieck
sprechen kann. Die Kreis-
bogenlinien 11,12,13 verlaufen zwischen der vorstehend
bereits erläuterten Maximal- und Minimaltoleranz der zulässigen Spalte zwischen
Trogwand und Scheibe. Wie der in Fig. 3 eingezeichnete Doppelpfeil ergibt, kann
diese Scheibe in beiden Drehrichtungen betrieben werden.
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Die Ausführungsform der Scheibe 1 gemäß F i g. 4 unterscheidet sich
von der Ausführungsform gemäß Fig.3 lediglich darin, daß es sich hier um ein sphärisches
Viereck handelt. Es sind also vier Kanten 13', 14, 15, 16 mit dazwischenliegenden
kreisbogenförmigen Umrißlinien 17,18,19, 20 vorhanden. Auch diese Scheibe kann gemäß
eingezeichnetem Doppelpfeil in beiden Drehrichtungen arbeiten.
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Die Ausführungsform der Scheibe 1 nach Fig.5 kann als Zweizahnscheibe
angesprochen werden, mit den beiden radial verlaufenden Zahnflanken 21 und 22. Die
Zahnrücken 23,24 zwischen diesen beiden Zahnflanken 21 und 22 verlaufen in Form
einer Spirale vom Fuß der einen Zahnflanke, z. B. 22, bis zum Kopf der anderen Zahnflanke,
z. B. 21.
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Die Ausführungsform der Scheibel nach Fig. 6 ist ähnlich der Ausführungsform
nach Fig.5. Die Zahnrücken 25 und 26 zwischen den Zahnflanken 28 und 29 verlaufen
von einem Bogen von etwa 1200 im wesentlichen konzentrisch zur Scheibenmitte, um
dann in einer Kurve 27,28' auf den Zahnfuß des vorhergehenden Zahnes abzufallen.
Diese Scheibe hat den Vorteil einer besonders günstigen Laufruhe.
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Bei den Scheiben nach F i g. 5 und 6 wird die Drehrichtung der Scheibe
gemäß den eingezeichneten Drehpfeilen zwecks Schonung der Mahlhilfskörper vorzugsweise
so ausgelegt, daß die Zahnrücken 23, 24 bzw.25,26 voreilend sind.
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Nach Fig. 7 ist die Außenrandgestaltung der Scheibe 1 so vorgenommen,
daß deren Umrißlinie aus vier Kreisabschnitten 29,30,31,32 und vier Sekanten 33,34,35
und 36 besteht.
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Die Scheibe 1 nach Fig.8 ist hinsichtlich der Außenrandgestaltung
so ausgebildet, daß vier Innenbögen 37,38,39,40 und jeweils dazwischen vier Außenbögen
41,42,43,44 vorgesehen sind.
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Eine gewisse Abwandlung gegenüber der Ausführungsform nach Fig.8
zeigt die Scheibe 1 nach der F i g. 9, dergestalt, daß die Innenbögen 45,46,47,48
an dem einen Rand jeweils bis an die Grenze des Spalttoleranzfeldes geht; dadurch
ergibt sich etwa eine Vierzahnscheibe, wobei die schneidende Seite der Zähne jedoch
nicht in radialer Richtung, sondern in etwa 450 hierzu verläuft. Bei dieser Außenrandgestaltung
der Scheibe 1 nach Fig.9 kann der Antrieb der Scheibe nach beiden Richtungen erfolgen,
jedoch empfiehlt es sich wiederum, daß der jeweilige Zahnrücken voreilt.
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Betreffs der anzuwendenden Zahnzahl und der Anzahl der Außenecken
darf festgehalten werden, daß es sich bei den Darstellungen um besonders günstige
Ausführungen handelt. Einer Vermehrung oder Verminderung der Zähne steht an sich
jedoch nichts im Wege.
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Die Fig. 10 zeigt in Seitenansicht eine Scheibe 1 gemäß Fig. 4, und
zwar in der in Fig. 4 eingezeichneten Pfeilrichtung a. Für die Funktion einer solchen
Scheibe ist an sich die Nabe 49 nicht notwendig.
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Zwecks Befestigung der Scheibe an der Riihrwerkswelle bietet sich
allerdings die Verwendung einer solchen Nabe an, um eine einfache Befestigung der
Scheibe an der Welle vorzunehmen. Die Scheibel
kann aber auch in
der sonst üblichen Weise mit der Rührwerkswelle verbunden werden, z.B. mit einer
entsprechenden Klemmeinrichtung. Diese Feststellang gilt auch für alle übrigen in
den Fig. 1 bis 9 dargestellten Scheiben. In Fig.10 und in den weiteren Figuren ist
jeweils die Nabe nach oben gerichtet dargestellt. Es ist kein wesentlicher Unterschied,
wenn die Nabenanordnung an den Scheiben 1 nach unten gerichtet ausgeführt wird.
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Die Fig. 11 zeigt die Seitenansicht einer Scheibe 1 in Pfeilrichtung
b gemäß Fig.5. Hier ist zu erkennen, daß die Zähne 21,22 senkrechte Begrenzungsflächen
aufweisen.
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Nach Fig. 12 ergibt sich die Seitenansicht einer Scheibe 1 gemäß
den Pfeilrichtungen c und d, wie sie in F i g. 5 und 6 eingezeichnet sind. Auch
bei diesen Ausführungsformen sind die Zahnflanken 21, 22 bzw.
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28, 29 senkrecht, also in Achsrichtung, zu sehen.
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Die Ausführungsform nach F i g. 13 entspricht in ihrer Darstellung
der Ausführungsform nach F i g. 12 mit einer abgewandelten Zahnflankengestaltung.
Die hochtourig umlaufende Scheibel führt zwangläufig in dem flüssigen, mit Mahlhilfskörpern
durchsetzten Mahlgut zu Wirbelzonen. Unter Berücksichtigung der Hochtourigkeit der
Scheibe können in dieser Wirbelzone Kavitationserscheinungen auftreten, die wiederum
zu einer unerwünschten Mahlhilfskörperbeanspruchung führen können. Es ist daher
bei der Ausführungsform gemäß F i g. 13 vorgeschlagen, die im Laufschatten liegende
Zahnflanke nicht abrupt anzusetzen, sondern in Form einer Profilierung. Diese Profilierung,
wie sie in F i g. 13 mit Ziffer 50 angedeutet ist. begünstigt einen mehr oder weniger
laminaren Materialabfluß bei entsprechender Schonung der Mahlhilfskörper.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 14 ist eine profilierte
Zahnflankenausbildung der im Laufschatten liegenden Flanke 51 dargestellt, die eine
Schonung der Mahlhilfskörper zur Folge haben soll.
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In diesem Fall ist die Profilierung 51 jedoch bewußt einseitig vorgesehen.
Infolge dieser einseitigen Profilierung ist sowohl eine Schonung der Mahlhilfskörper
gewährleistet als auch darüber hinaus noch eine bewußte Beeinflussung der Mühlenfüllung
von der einen zur anderen Scheibenseite der gleichen Scheibe.
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Die günstige Wirkung der unrunden Vollscheiben gemäß der Erfindung
kann noch dadurch gesteigert werden, daß man der jeweils auflaufenden Fläche der
unrunden Scheiben eine solche Schrägneigung gibt, daß sich ein gewisser Impuls für
das Mahlgut und die Mahlhilfskörper in Achsrichtung ergibt. Zur näheren Erläuterung
dieses Erfindungsmerkmales wird verwiesen auf die Ausführungsformen der Scheibe
nach Fig. 15 und 16. Die F i g. 15 zeigt die Form dieser Scheibe 1 in Draufsicht.
F i g. 16 ist ein Schnitt gemäß der Linie XVI-XVI der F i g. 15.
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Die Ausgestaltung der Scheibe 1 nach Fig. 15 ist angelehnt an die
Ausführungsform gemäß F i g. 6.
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Die auflaufenden Flächen 52 und 53 sind mit Flächenabschrägungen 54
und 55 versehen. Das über die Zahnkanten 56, 57 gleitende Material zieht sich entsprechend
den Strömungsgesetzen sowohl in Wirbeln als auch in laminaren Bahnen zusammen und
trifft dann auf die erwähnten Schrägflächen 54,55 auf.
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Diese Schrägflächen können auch schon unmittelbar von den Zahnflanken
56, 57 aus schräg verlaufen und nicht, wie in Fig. 15 dargestellt, zunächst schlank
anlaufen.
In jedem Fall empfiehlt es sich, diese Schrägkanten allerdings vor dem Kopf des
nächsten Zahnes auslaufen zu lassen.
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Gemäß der Schnittdarstellung nach F i g. 16 ist der Abschrägwinkel
für die Schnittflächen 54 und 55 zu erkennen. Die Scheibe wird im allgemeinen so
eingebaut, daß der Reaktionsimpuls nach abwärts gerichtet ist. Diese Schrägflächenanordnung
mit ihrer Impulsgabe in Achsrichtung ist nicht auf die Scheibenform gemäß F i g.
15 und 16 beschränkt, sondern kann grundsätzlich bei allen Scheibenformen gemäß
der Erfindung Anwendung finden.
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In den Schutzbereich des Erfindungsgegenstandes gehört auch die kinematische
Umkehrung. Hiernach sind die mit der Erfindung angestrebten Effekte auch dann gegeben,
wenn die Rührscheiben kreisförmig ausgebildet sind, die Innenwandung des Behälters
der Mühle jedoch in der Weise im Bereich des Minimal-und Maximalspalts der Innenfläche
unrund gestaltet ist. Eine solche Bauform der Mühle ergibt fertigungstechnische
Vorteile insofern, als die Rührscheiben als kreisförmige Scheiben hergestellt werden
können.