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Rührwerksmühle Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle zum Mahlen
von körnigen Feststoffen in Flüssigkeiten. Der Ausdruck »Mahlen« wird hier benutzt,
um einmal ein Verringern der Teilchengröße zu bezeichnen, aber auch, um ein Dispergieren
des Feststoffes in einer Flüssigkeit zu beschreiben, wobei dieses Dispergieren auch
ohne Verminderung der Teilchengröße erfolgen kann.
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Es ist bekannt; körnige Feststoffe, insbesondere fein zerteilte Feststoffe,
z.13. Pigmente, in Flüssigkeiten zu mahlen. Diese Feststoffe werden dabei in Gegenwart
der Flüssigkeit und eines teilchenförmigen Mahlkörper-Haufwerks umgerührt. Man nennt
dieses Verfahren das sogenannte Sandmahlen. Sandmahlen hat man schon angewandt,
um die Teilchengröße zu reduzieren, um Feststoffe in Flüssigkeiten zu dispergieren
und um im Falle von Pigmenten die Färbekraft zu erhöhen. Im Falle von Titandioxydpigment
beispielsweise erfüllt das Sandmahlen alle drei Funktionen, d. h., es wird die Größe
der Pigmentteilchen reduziert und/oder es wird die Färbekraft verbessert und/oder
.es wird das Pigment in einer Anstrichsgrundlage dispergiert.
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Ein Nachteil der bekannten Rührwerksmühlen ist es, daß sie übermäßig
lange Zeit in Anspruch nehmen, um eine ausreichende Zerkleinerung oder Dispersion
der Feststoffe zu erreichen. Durch die übermäßig langen Verweilzeiten wird die Leistung
dieser Rührwerksmühlen beträchtlich herabgesetzt.
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Der Erfindung lieb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Sandmahlen
zu schaffen, bei der die Verweilzeit in der Mühle relativ kurz ist.
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Die erfindungsgemäße Rührwerksmühle, in deren ein Mahlkörper-Haufwerk,
wie Sand od. dgl., enthaltendem Mahlbehälter ein Rührwerk umläuft, das aus mehreren
in axialen Abständen auf einer drehbaren Welle angeordneten Rührscheiben besteht,
zwischen denen je eine feststehende, von der Behälterinnenwand ausgehende, den Außenrand
der Rührscheiben überdeckende Ringscheibe angeordnet ist, zeichnet sich dadurch
aus, daß die Rührscheiben wesentlich dicker sind als die feststehenden Ringscheiben.
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Vorzugsweise entsprechen die axialen Abstände zwischen den Rührscheiben
und den Ringscheiben etwa der Dicke der Rührscheiben.
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Der Mahlbehälter ist vorzugsweise von einem im wesentlichen zylindrischen,
an einem Ende offenen Gefäß gebildet, das an seinem gegenüberliegenden Ende eine
Eintrittsöffnung aufweist. Vorzugsweise steht der Mahlbehälter mit seinem offenen
Ende nach oben, während die Welle von einem Antrieb nach unten durch das offene
Ende in den Behälter ragt. Die Flüssigkeit und die zu mahlenden Feststoffe werden
in Form einer Aufschlämmung dem Mahlbehälter durch die Eintrittsöffnung in seinem
unteren Ende zugeführt und aus dem oberen Ende des Behälters entnommen. Alternativ
kann die Welle auch durch das geschlossene, untere Ende des Behälters, z. B. unter
Einsatz einer Dichtung, etwa einer Labyu rinthdichtung, eingeführt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Mahlbehälters ist zweiteilig;
der untere Teil ist dabei zylindrisch und geht in den oberen, sich nach oben erweiternden
Teil über, der zweckmäßig kegelstumpfförmig ist. Ein Mahlbehälter dieser Bauart
läßt es zu, daß das Mahlkörper-Haufwerk, z. B. Siliciumdioxyd-, Zirkondioxyd-, Aluminiumdioxyd-,
Titandioxyd-, Glas- oder Keramikteilchen oder Perlen, während des Sandmahlens in
der Kammer sich absetzen und in den unteren Teil des Behälters zurückfallen können,
während die Aufschlämmung des Mahlgutes in der Flüssigkeit in den oberen Teil des
Behälters gelangt. In Behältern dieser Art kann die Flüssigkeit mit dem gemahlenen
Feststoff als Aufschlämmung aus dem oberen Teil aufgenommen werden, während das
Mahlkörper-
Haufwerk sich absetzt, in den unteren Teil des Behälters
zurückfällt und zum Mahlen weiteren Pigments benutzt werden kann.
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Neben dieser hier beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform ist es
allerdings auch möglich, den oberen Teil des Behälters als zylindrische Fortsetzung
des unteren Teils und mit ähnlichem Durchmesser auszuführen.
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Eine andere Behälterform ist denkbar, bei der sich am einen Ende eine
Eintrittsöffnung und am anderen Ende eine Austrittsöffnung befindet, wobei ein Drahtsieb
od. dgl. vorgesehen ist, um das Mahlkörper-Haufwerk innerhalb des Behälters zurückzuhalten,
während die Flüssigkeit und das gemahlene Mahlgut aus dem Behälter austreten können.
Wenn diese Behälterform gewählt wird, kann man das Pigment und die Flüssigkeit entweder
getrennt oder in Form einer Aufschlämmung dem oberen Teil des Behälters zuführen
und nach beendetem Mahlvorgang durch den Boden des Behälters abführen, wobei durch
das Sieb das Mahlkörper-Haufwerk zurückgehalten wird.
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Unter Umständen kann auch eine Rührwerksmühle, in der die Beschickung
durch das obere Ende des Behälters erfolgt, in Serie geschaltet werden zu einer
Rührwerksmühle, in der die Beschickung durch den Boden erfolgt.
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Die Welle mit den Rührscheiben ist zweckmäßig zylindrisch und wird
durch einen Elektromotor angetrieben. Die Rührscheiben, die gewöhnlich starr an
der Welle befestigt sind und mit dieser umlaufen, können massiv oder hohl sein.
Sie können aber auch als Speichenräder ausgebildet sein, und es können an ihrer
Ober- und/oder Unterseite Vorsprünge angebracht sein.
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Der Durchmesser der Rührscheiben wird am besten so gewählt, daß ein
Zwischenraum von 2,5 mm bis etwa 150 mm, vorzugsweise mindestens etwa 25 mm, zwischen
der Innenwand des Mahlbehälters und dem Umfang der Rührscheiben verbleibt. Auf der
Welle sollten vorzugsweise mindestens zwei Rührscheiben sitzen; ihre Zahl ist jedoch
beliebig bis hinauf zu etwa zwölf. Der Abstand der Rührscheiben längs der Welle
liegt zweckmäßig zwischen 25 und 250 mm.
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Die Ringscheiben sind so angeordnet, daß jeweils eine zwischen zwei
aufeinanderfolgendeRührscheiben ragt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man
den Behälter aus aufeinanderfolgenden Ringen zusammensetzt und daß man Ringscheiben
zwischen die aufeinanderfolgenden Ringe einflanscht, in solcher Stellung, daß sie
zwischen aufeinanderfolgende Rührscheiben ragen. Im Falle größerer Rührwerksmühlen
hat sich diese Ausführungsform, bei der der Mahlbehälter aus einzelnen, lotrecht
übereinandergesetzten Abschnitten zusammengesetzt ist, bewährt. Die Rührwerksmühle
wird dadurch leichter. Die Ringe brauchen nur aufeinandergesetzt und so miteinander
vereinigt zu werden, daß die Ringscheiben zwischen aufeinanderfolgende Rührscheiben
ragen.
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Die radiale Abmessung der in das Behälterinnere hineinragenden Ringscheiben
ist größer als der Abstand zwischen dem Außenumfang der Rührflügel und der Innenwand
des Behälters. Dies hat zur Folge, daß die Innenkanten der Ringscheiben bis über
den Außenumfang der Rührscheiben hinweg in den Zwischenraum zwischen den einander
zugekehrten Flächen benachbarter Rührscheiben hineinragen. Zweckmäßig ist die überlappung
der Ringscheiben mit den Rührscheiben bis zu zweimal so groß wie der radiale Abstand
zwischen dem Außenumfang der Rührscheiben und der Innenwand des Mahlbehälters; die
radiale Dimension der Ringscheiben kann aber auch noch größer sein.
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Zweckmäßig besitzen die Ringscheiben einen solchen Querschnitt, daß
scharfe Kanten zwischen der Ober- und Unterseite der Ringscheiben und der Behälterinnenwand
vermieden sind. Es kann sich dann kein Pigment und kein Mahlkörper-Haufwerk an diesen
Stellen festsetzen. Die inneren Ränder der Ringscheiben können unter Umständen gezahnt
oder gezackt sein. Die Zahnungen oder Zacken können aus der Ebene der jeweils zugehörigen
Ringscheibe hinausragen, wodurch die Strömung des über die Kante der Umlenkscheibe
fließenden Materials beeinflußt wird.
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Die Rührscheiben und Ringscheiben bestehen aus einem Werkstoff, der
gegen abreibende Einwirkung der in dem Behälter enthaltenen Feststoffe widerstandsfähig
ist. Man kann die Rührscheiben in bekannter Weise aus gummiartigem Polyurethan herstellen
oder mit solchem beschichten, und auch die Ringscheiben kann man gegebenenfalls
aus solchem Material herstellen oder mit solchem überziehen. Polyurethan ist abriebfest
und führt nicht zu Verfärbung der gemahlenen Feststoffe. Dies ist besonders dann
wichtig, wenn .es sich um Pigmentmahlung handelt, bei der eine Verfärbung unter
allen Umständen vermieden werden muß.
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Erfindungsgemäße Rührwerksmühlen besitzen eine gegenüber bekannten
Mühlen dieser Art erhöhte Leistung. Die Verweilzeit des Mahlgutes ist stark vermindert;
z. B. hat sich ergeben, daß eine wesentliche Erhöhung der Färbekraft durch Mahlen
von Titandioxydpigment in Wasser oder anderen Flüssigkeiten oder eine ausreichende
Dispersion eines Feststoffes in einer Flüssigkeit in viel kürzerer Zeit erreicht
werden kann, als bei Rührwerksmühlen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale. Durch
die Erfindung wird also die Menge der Feststoffe, die in einer bestimmten Zeit mit
einem gegebenen Gerät gemahlen werden kann, wesentlich erhöht. In manchen Fällen
geht die Erhöhung bis zu einer Verdoppelung.
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Es hat sich herausgestellt, daß in einer Rührwerksmühle die stärkste
Mahlwirkung in den Räumen zwischen dem Außenrand der Rührscheiben und der Behälterwand
und zwischen der Ober- bzw. Unterfläche der Rührscheiben und der jeweils gegenüberliegenden
Ober- oder Unterfläche der Ringscheiben bzw. deren Verlängerung zur Achse hin erfolgt.
In den Räumen zwischen den Außenflächen der Rührscheiben und der Wand des Mahlbehälters
wird die beste Mahlwirkung durch dicke Rührscheiben erzielt, da die Volumina dieser
Räume der Dicke der Rührscheiben proportional sind. Ferner wurde gefunden, daß es
sehr wichtig für die Mahlwirkung in den Räumen zwischen den Ober- bzw. Unterseiten
der Rührscheiben und den jeweils gegenüberliegenden Ober-und Unterseiten der Ringscheiben
bzw. ihrer Verlängerung der Mitte zu sowie für den Fluß von Mahlkörper-Haufwerk
und zu mahlendem Stoff ist, daß diese Räume möglichst wenig .eingeschränkt werden.
Dies wird erreicht, indem erfindungsgemäß dünne Umlenkscheiben verwendet werden.
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Als Mahlkörper-Haufwerk können teilchenförmige Materialien aus Siliciumdioxyd,
Zirkondioxyd, Aluminiumdioxyd, Titandioxyd, Glas oder Keramik verwendet werden.
Die Teilchengröße hängt davon ab,
ob eine Mahlurig im Sinne einer
Zerkleinerung oder im Sinne einer Dispersion erfolgen soll. Als Durchschnittswert
kann man indes angeben 76 #um bis 3000 Nom, vorzugsweise 250 bis: 2500 #tm, am besten
400 bis 600 #um.
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Es folgt nun die Beschreibung des mit der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle
durchgeführten Sandmahlverfahrens.
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Eine Charge Mahlkörper-Haufwerk wird in einen Mahlbehälter eingeführt,
die Rührscheiben werden mit hoher Geschwindigkeit von etwa 600 bis 1200 m/Min.,
gemessen am Außenumfang, gedreht. Die zu mahlenden Feststoffe und eine Flüssigkeit
werden dann kontinuierlich dem Behälter zugeführt, vorzugsweise durch eine Einlaßöffnung
im Bodenteil des Behälters, die mit einem flexiblen Rückschlagschlitzventil versehen
ist. Der Feststoff und die Flüssigkeit steigen in dem Behälter über die Ringscheiben
hoch und werden zwischen die oberen und unteren Flächen benachbarter Rührscheiben
hineingezwungen, wo sie in Gegenwart des Mahlkörper-Haufwerks der durch die rotierenden
Rührscheiben hervorgerufenen Mahlwirkung unterworfen werden. Wenn die mahlmittelhaltige
Aufschlämmung aus Pigment und Flüssigkeit den oberen Bereich des Behälters erreicht,
wird entweder das Mahlkörper-Haufwerk durch ein Sieb selektiv zurückgehalten, welches
dem gemahlenen Brei aus Feststoff und Flüssigkeit Durchgang gewährt, oder aber das
Gemisch wird in eine Absetzzone gebracht, z. B. in den oberen Behälterteil von kegelstumpfförmiger
oder zylindrischer Form, und kann sich dort absetzen, um in den unteren Teil des
Behälters zurückzukehren. Wenn Wasser oder eine andere Flüssigkeit dem oberen Behälterteil
zugesetzt wird, um den dort anwesenden Brei zu verdünnen, so wird dadurch die selektive
Absetzung des Mahlkörper-Haufwerks noch unterstützt.
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Beste Resultate erhält man, wenn der untere Teil des Behälters, in
dem die Mahlurig stattfindet, mit dem Mahlkörper-Haufwerk gefüllt wird, bevor die
Durchführung des Mahlvorgangs beginnt. Vorzugsweise wird die Rührwerksmühle vor
Beginn des Mahlvorgangs mit dem Mahlkörper-Haufwerk so weit gefüllt, daß dieses
eine kleine Strecke über das untere Ende des kegelstumpfförmigen, oberen Behälterteils
steht, sofern ein solcher Mahlbehälter mit kegelstumpfförmigem, oberen Teil verwendet
wird. Im Verlaufe des Mahlvorgangs kann dann das Mahlkörper-Haufwerk durch die Rührscheiben
ein wenig angehoben werden.
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Wenn es gilt, ein Feststoffpigment in einer Flüssigkeit zu dispergieren,
so bildet man einen Brei aus diesem Pigment und dieser Flüssigkeit, der beispielsweise
die Grundmasse einer Anstrichfarbe sein kann.
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Die Figur erläutert die Erfindung; sie stellt einen Vertikalschnitt
durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle dar.
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Man erkennt in der Figur einen zylindrischen unteren Behälterteil
1 und einen nach oben sich erweiternden kegelstumpfförmigen Behälterteil 2 im Anschluß
an den unteren Behälterteil 1. Der untere Behälterteil 1 besitzt einen Durchmesser
von 250 mm und eine Höhe von 600 mm. Der obere Behälterteil 2 hat an seinem unteren
Ende ebenfalls einen Durchmesser von 250 mm und an seinem oberen Ende einen Durchmesser
von 1200 mm. Die Höhe des oberen Behälterteiles ist 400 mm. Der Mahlbehälter ist
an seinem oberen Ende bei 4 offen. Am Boden weist der Mahlbehälter eine Eintrittsöffnung
5 auf, die an ein Rohr 6 angeschlossen ist. In dem Einlaßrohr sitzt ein Rückschlagschlitzventil
7. Am oberen Rand des oberen Behälterteiles ist ein überlauf S mit einem Ableitungsrohr
9 vorgesehen.
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Eine Welle 10 ragt lotrecht von oben nach unten in den Mahlbehälter
hinein. Auf der Welle 10 sind Rührscheiben 11 konzentrisch angeordnet, die
mit der Welle umlaufen. Der Durchmesser der Rührscheiben 11 beträgt 200 mm, die
Höhe 50 mm. Die Rührscheiben 11 sind durch Distanzstücke 12 in Abständen von 100
mm voneinander gehalten. Die unterste Rührscheibe 11 ist durch eine Schraubenmutter
13 befestigt. Ein Stück der Welle 10 im oberen Behälterteil 2 ist von einer Hülse
14 lose umgeben. Diese Hülse 14 trägt vier Leitschaufeln 15. Die Leitschaufeln werden
durch die Welle nicht mit angetrieben, sondern dienen der Herabsetzung der Wirbelbildung
im oberen Behälterteil 2.
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Je eine Ringscheibe 16 ragt ausgehend von der Wandung des unteren
Behälterteiles 1 zwischen jeweils zwei benachbarte Rührscheiben. Jede Ringscheibe
16 ist zwischen zwei benachbarten Zylinderabschnitten 17 eingesetzt, die den unteren
Behälterteil 1 bilden, und sie ist durch Bolzen 18 befestigt, mittels denen die
Flansche 19 der Zylinderanschnitte 17 zusammengeschraubt sind. Jede Ringscheibe
16 ist 4 mm dick und besteht im Beispielsfall aus Flußstahl. Diese Ringscheiben
ragen ausgehend von der Behälterwand des unteren Behälterteiles 1 in radialer Richtung
50 mm in den unteren Behälterteil hinein. Die Stärke der Ringscheiben kann auch
größer sein, insbesondere dann, wenn als Werkstoff andere Materialien verwendet
werden, beispielsweise Polyurethan, wenn nur die Rührscheiben wesentlich dicker
sind.
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Im Betrieb wird eine Charge Mahlkörper-Haufwerk - .etwa Sand oder
Glasperlen - in den unteren Behälterteil 1 eingegeben, und die Welle 10 wird mit
1400 Umdrehungen pro Minute in Drehung gesetzt. Eine Aufschlämmung von festem Mahlgut,
z. B. ein wäßriger Brei von Titandioxydpigment, wird sodann durch die Einlaßöffnung
5 zugeführt. Während diese Aufschlämmung über die sich erweiternde Seitenwand des
oberen Behälterteiles 2 hochsteigt, fällt das Mahlkörper-Haufwerk aus und kehrt
in den unteren Behälterteil zurück. Die Aufschlämmung steigt über den Rand des oberen
Behälterteiles 2 an und läuft in den überlaufkanal $ über, um durch die Rohrleitung
9 abgezogen zu werden. Es kann zusätzliches Wasser in den oberen Behälterteil 2
eingegeben werden, um die Ausfällung des Mahlkörper-Haufwerks zu unterstützen.
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Das Rückschlagventil 7 gestattet es der Aufschlämmung 5, in den unteren
Teil 1 des Behälters einzutreten. Wenn der Nachschub an Aufschlämmung aufhören oder
schwächer werden sollte, so schließt sich das Rückschlagventil 7 und verhindert
den Rückfiuß von Aufschlämmung enthaltendem Mahlkörper-Haufwerk durch die Eintrittsöffnung
5 in das Zuflußrohr 6.
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Beispiel Es wurde eine Rührwerksmühle, wie vorstehend beschrieben,
verwendet. Eine Charge von 90 kg Sodaglasteilchen, Teilchengröße 0,4 bis 0,6 mm,
wurde
in den unteren Behälterteil 1 gegeben. Die Rührscheiben 11 wurden mit einer Drehzahl
von 1400 Umdrehungen pro Minute in Drehung versetzt. Eine wäßrige Titandioxydaufschlämmung
mit einer Konzentration von 600 g/1 wurde durch die Einlaßöffnung S in einer Menge
von 0,08 cbm/h eingespeist, was einer mittleren Verweilzeit im unteren Behälterteil
von 9 Minuten entsprach. Das durch das Abflußrohr 9 entnommene Material hatte eine
Färbekraft auf der Reynold-Skala von 1790.