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Rührwerksmühle für die Herstellung von Feststoffdispersionen in Flüssigkeiten
Zusatz zur Anmeldung: D 42930 III/SO c Auslegeschrift 1241238
Die
Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle für die Herstellung von Feststoffdispersionen
in Flüssigkeiten, wie Farben, Cremes, Chemikalien u. dgl., bestehend aus einem mit
Mahlhilfskörpern beschickten Mahlbehälter, in dem mit Durchbrüchen versehene Rührscheiben
hochtourig umlaufen.
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Die zum Einsatz kommenden Mahlhilfskörper haben vorzugsweise eine
Größe von etwa 0,2 bis 3 mm Durchmesser.
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Wie sich aus der Beschreibung der Hauptpatentanmeldung ergibt, sind
Vorrichtungen dieser Art bekannt. So gibt es Vorrichtungen, die aus einem senkrecht
angeordneten Mahlbehälter bestehen, in welchem Rührwerke angeordnet sind.
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Diese Rührwerke bestehen aus einer Rührwerkswelle mit Rührscheiben,
die z. B. aus Ringscheiben, Lochscheiben oder aber an Stelle von Scheiben auch aus
Stäben als Rührwerkzeuge bestehen. Es hat sich ergeben, daß diese bekannten Vorrichtungen
einen grundsätzlichen Nachteil aufweisen, der bei hochtourig laufenden Mischwerken
dadurch bedingt ist, daß das Mahlgut mit den Mahlhilfskörpern vom Zentrum zur Peripherie
der Scheiben ständig steigenden Umfangsgeschwindigkeiten unterworfen ist. Jedoch
muß die Umfangsgeschwindigkeit an der Peripherie dieser Scheiben so ausgelegt werden,
daß zwar der Effekt der Mahlung und Dispergierung erzielt wird, daß aber die Mahlhilfskörper
selber nicht oder nur unwesentlich beansprucht oder gar zerstört werden. Durch diese
notwendige Beschränkung der Tourenzahl der Rührwerkswelle ist die für den Dispergierungseffekt
günstige Gesamtumwälzung begrenzt. Aus diesen Erwägungen heraus liegt der Hauptpatentanmeldung
die Aufgabe zugrunde, diese Gesamtumwälzung von Mahlgut und Mahlhilfskörpern wesentlich
zu steigern, ohne daß die befürchtete Mahlhilfskörperzerstörung auftritt.
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Diese Aufgabe wird nach der Hauptpatentanmeldung dadurch gelöst, daß
die in den scheibenförmigen Rührelementen vorgesehenen Durchbrüche zur Intensivierung
der Mahlgut-Mahlhilfskörper-Umwälzung als von der Scheibennabe zum Scheibenrand
verlaufende Schlitze ausgebildet sind.
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Dabei können die Schlitze in radialer Richtung verlaufen bzw. zu der
Nabe hin im wesentlichen taugential angeordnet sein.
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Der Vorteil einer solchen Ausführung besteht darin, daß das sonst
bei kontinuierlichen Prozessen im oberen Durchsatzbereich befürchtete Mitreißen
von Mahlhilfskörpern verhindert wird. Die Aufwärtsbewegung des Mahlgutes ist die
Ursache für das Mitreißen der Mahlhilfskörper nach oben. Diese Geschwindigkeit nach
oben ist in dem Spalt zwischen Rührscheiben und Trogwand am größten. Bei den bisher
bekannten Rührscheiben wurde durch die freie öffnung der Scheiben auch eine Rückwärtsbewegung
des Mahlgutes mit den Mahlhilfskörpern von oben nach unten nicht nur in Kauf genommen,
sondern bewußt herbeigeführt. Die starke Bewegung des Mahlgutes mit den Mahlhilfskörpern
an der Innenwand des Mahlbehälters von unten nach oben und die rückläufige Bewegung
von oben nach unten durch die öffnung der Rührscheiben erzeugt eine vom Standpunkt
des angestrebten Dispergiereffektes völlig unnötige Umwälzung von Mahlgut und Mahlhilfskörpern
im Innenraum der Mühle, die den eigentlich gewünschten Reibungseffekt an der Oberfläche
der Rührscheiben nur nachteilig beeinflussen kann. Hierbei ist auch ein durchaus
nachteiliges Mitreißen von nicht oder nicht ausreichend -emahlenem Gut nicht zu
vermeiden.
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Dieser Nachteil ist durch den Gegenstand der Hauptpatentanmeldung
schon weitgehend behoben. Mit der Zusatzerfindung wird angestrebt, die Wirksamkeit
des Dispergiereffektes in Mühlen der genannten Art weiterhin erheblich zu steigern,
ohne daß der maschinelle Aufbau der Mühle irgendwie verstärkt wird.
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Es hat sich durch eingehende Versuche ergeben, daß eine besonders
leistungsfähige Mühle der eingangs beschriebenen Art dann erhalten wird, wenn bei
der Ausgestaltung der Rührscheiben nach der Hauptpatentanmeldung, bei der die Durchbrüche
der Rührscheiben als von der Scheibennabe zum Scheibenrand verlaufende Schlitze
ausgebildet sind,
zusätzlich die nachlaufenden Seitenflächen der
Schlitzkante strömungstechnisch profiliert sind. Bei ausreichender Schlitzbreite
kann das mit Mahlhilfskörpern durchsetzte Mahlgut im Schlitz von einer Scheibenoberfläche
zur anderen Scheibenoberfläche der gleichen Scheibe überwechseln.
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Der wesentlich bessere Dispergiereffekt einer solchen Vorrichtung
kann dadurch erklärt werden, daß das überwechseln von Mahlgut und Mahlhilfskörpern
durch den Schlitz der Rührscheibe hindurch dazu beiträgt, daß das Mahlgut und die
Mahlhilfskörper in laminaren Bahnen weitgehend an beiden Stirnflächen jeder einzelnen
Rührscheibe entlanggleiten. Andererseits wird durch das überwechseln von Mahlgut
und Mahlhilfskörpern von einer Stirnfläche der Scheibe zur gegenüberliegenden Stirnfläche
der Scheibe es auch erreicht, daß durch die Schlitzöffnung der Scheibe hindurch
keine nennenswerte Umwälzung der gesamten Mühlenfüllung im Mühlenbehälter etwa von
oben nach unten stattfindet. Die Auswirkung des Eigengewichtes von Mahlgut und Mahlhilfskörper,
die besonders im Zentrum der Scheibe bei Anwendung von Ringöffnungen usw. zu erwarten
ist, wird durch die im wesentlichen in waagerechten Ebenen sich vollziehende Umwälzung
von Mahlgut und Mahlhilfskörpern von einer Stirnfläche der Scheibe zur zweiten Stirnfläche
der gleichen Scheibe weitgehend unterbunden. Alle diese Gesichtspunkte tragen entscheidend
dazu bei, daß die Gesamtleitung der Mühle hinsichtlich Feinheit und Mengenausstoß
wesentlich erhöht wird. Durch die Rührscheiben in der Ausgestaltung gemäß der Erfindung
wird ein völlig abweichendes Mahlprinzip eregenüber dem Stand der Technik erreicht.
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Zum Stand der Technik gehört auch eine kontinuierlich arbeitende Kugelmühle
mit als Lochscheiben ausgebildeten Rührscheiben, die über Speichen mit der Antriebswelle
verbunden sind. Dabei können im Scheibenring schräg verlaufende zusätzliche kleine
Löcher angeordnet sein, die jedoch vorwiegend zum Druckausgleich und zur Gasabführung
und im weiteren Sinn eventuell auch zur Gewichtsminderung dienen.
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Ferner wurde eine Mühle mit zentrisch angeordnetem Mischwerk, welches
mit Rührstäben bestückt ist, bekannt. Als Mahlhilfskörper dienen Kugeln größeren
Durchmessers, die durch den tropfenförmigen Querschnitt der Rührarme aus ihrer Bewegungsbahn
abgelenkt werden sollen, um damit die Wirksamkeit der Kugeln zu aktivieren.
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Erst durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Rührscheiben mit
einer von der Scheibennabe zum Scheibenrand verlaufenden Schlitzanordnung, wobei
zusätzlich die nachlaufenden Seitenflächen der Schlitzkante strömungstechnisch profiliert
sind, ist ein wechselseitiger Austausch des Mahlgutes mit den Mahlhilfskörpern durch
den Schlitz von einer Scheibenoberfläche zur anderen Scheibenoberfläche und derselben
Scheibe zur Steigerung des Dispergiereffektes möglich, ohne daß der maschinelle
Aufbau der Mühle verstärkt wird oder Mahlhilfskörperzerstörungen zu befürchten sind.
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Bei den erfindungsgemäß ausgebildeten Rührscheiben reicht es aus,
wenn die nachlaufenden Seitenflächen der Schlitzkante im erläuterten Sinn strömungstechnisch
profiliert sind und die Schlitzbreite nicht zu eng gewählt wird. Nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung können die vorlaufenden Seitenflächen der Schlitzkante etwa
senkrecht zur Scheibenoberfläche verlaufen.
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Der Scheibenschlitz kann entweder radial zum Scheibenzentrum oder
tangential zum Scheibenzentrum verlaufen. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht
darin, daß der Schlitz entgegen der Umlaufrichtung der Scheibe rückwärts gekrümmt
verläuft.
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Es wird von dem tragenden Gedanken der Erfindung nicht abgegangen,
wenn statt der Verwendung eines Schlitzes in einer Vollscheibe z. B. zwei Schlitze
Verwendung finden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
wiedergegeben. Es zeigt F i g. 1 eine an sich bekannte Dispergiermühle im
Längsschnitt, F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Rührscheibe mit einem
radial verlaufenden Schlitz, F i g. 3 einen Grundriß der Scheibe nach F i
g. 2, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der F ig.
3,
F i g. 5 den Grundriß einer Scheibe mit einem tangential verlaufenden
Schlitz und F i g. 6 den Grundriß einer Scheibe mit einem gekrümmt verlaufenden
Schlitz.
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Die F i g. 1 veranschaulicht einen Mahlbehälter 1,
in
dem eine Rührwerkwelle 2 zentral gelagert ist. Diese Rührwerkswelle 2 trägt Rührscheiben
3. Am oberen Ende des Behälters 1 ist ein Kopfstück 4 vorhanden, in
welchem ein Siebzylinder 5 sich befindet. Das flüssige Mahlgut wird unter
Druck durch den Stutzen 6 dem Mahlbehälter 1 zugeführt, in welchem
sich Mahlhilfskörper befinden, z. B. Glas-oder Kunststoffperlen mit einem Durchmesser
von 0,2 bis 3 mm. Der Behälter 1 ist weitgehend mit diesen Mahlhilfskörpern
gefüllt. Das flüssige Mahlgut sowie die Mahlhilfskörper werden durch den hochtourigen
Antrieb der Rührscheiben 3 infolge der auftretenden Zentrifugalkraft in Richtung
auf die Innenwand des Behälters 1 geführt. Unter der Einwirkung des Druckes,
mit dem das Mahlgut dem Behälter 1 zugeleitet wird, steigt allmählich. das
mittels der Rührscheibe vermahlene bzw. dispergierte Gut aufwärts. Das fertig dispergierte
Gut verläßt durch den Siebzylinder 5 hindurch über den Auslauf
7 die Mühle.
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in den F i g. 2 bis 6 sind Ausführungsbeispiele von
Rührscheiben dargestellt, wie sie in der Mühle gemäß F i g. 1 Verwendung
finden sollen. Die RÜhrscheibe 8 gemäß F i g. 2 bis 4 ist als Vollscheibe
ausgebildet. Sie trägt eine Nabe 9, die auf den Dispergiereffekt ohne Einfluß
ist, sondern lediglich der Befestigung der Rührscheibe an der nicht dargestellten
Rührwerkswelle dient.
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In dieser Vollscheibe 8 ist ein Schlitz 10 vorgesehen,
der von der Peripherie der Scheibe nach innen in Richtung zum Scheibenzentrum führt.
Die Drehrichtung der Scheibe ist in den F i g. 3, 5 und 6
durch Pfeile
angegeben.
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Die F i g. 4 zeigt einen Schnitt quer durch die Längsachse
des Schlitzes 10 der Scheibe 8. Es ist zu erkennen, daß die nachlaufenden
Seitenflächen der Schlitzkante 11 strömungstechnisch glinstig profiliert
sind, und zwar in der Schnittebene etwa keilförmig. Die vorlaufenden Seitenflächen
der Schlitzkante 12 verlaufen senkrecht zur Scheibenoberfläche.
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In F i g. 4 sind auch schematisch die Strömungsbahnen des Mahlgutes
mit den Mahlhilfskörpern angedeutet. Man erkennt, daß einzelne Strömungsbahnen,
z.
B. von der Unterseite der Scheibe nach oben geführt werden. Zum Teil tritt dieser
Vorgang auch von der Oberseite der Scheibe zur Unterseite der Scheibe ein. Durch
dieses überwechseln der Mahlbahnen mit den Mahlhilfskörpern, sei es von oben nach
unten, sei es von unten nach oben, erfolgt in gewissem Sinn eine Sperrung des Schlitzbereiches,
so daß die grundsätzliche Tendenz des Absinkens von Mahlgut und Mahlhilfskörpern
von oben nach unten, wie es bei Ringscheiben eintreten kann, unterbunden ist. Die
Umwälzung des Mahlgutes von oben nach unten wird hierdurch weitgehend unterbunden.
Die Masse der Mahlhilfskörper macht die Hauptumwälzung in dem Höhenbereich des Mühlenbehälters
nicht mit.
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Die Mahlhilfskörper kehren vielmehr auf kurzem Weg, vorzugsweise im
Zwischenraum zwischen be-
nachbarten Scheiben, von der Innenwand des Mahlbehälters
wieder zum Rührwerkszentrum zurück, und damit ist auch dann die Voraussetzung dafür
gegeben, daß die Dispergierwirkung der Mahlhilfskörper an der Oberfläche der einzelnen
Rührscheiben entlang in wesentlich größerem Maß ausgewertet werden kann.
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Der hochtourig umlaufende Schlitz einer jeden Rührscheibe hat auch
zur Folge, daß die Mahlhilfskörper mit größerern Durchmesser gegenüber den Mahlhilfskörpern
mit geringerem Durchmesser weniger leicht durch den Schlitz einer Scheibe von deren
Unterseite zur Oberseite hindurchwandern. Dies be-
deutet, daß bei Inbetriebnahme
der Mühle allmählich eine Scheidung der Mahlhilfskörper hinsichtlich ihrer Größe
in der Weise erfolgt, daß die gröberen Mahlhilfskörper im unteren Teil des Mühlenbehälters
verbleiben, während die feineren Mahlhilfskörper durch den Schlitz der einzelnen
Scheiben allmählich hindurchtreten, so daß in dem eigentlichen Betriebszustand der
Mühle die Mahlhilfskörper sich so verteilen, daß die gröberen Mahlhilfskörper unten,
die feineren Teile der Mahlhilfskörper sich im obcren Teil der Mühle befinden. Durch
diesen Aus-leich der Mahlhilfskörper hinsichtlich ihrer Größenordnung von unten
nach oben, wird auch erreicht, daß die Mahl- bzw. Dispergierwirkung des gröberen
Mahlvorganges sich im unteren Teil der Mühle vollzieht, während die Feindispergierung
im oberen Teil der Mühle erfolgt. Die Mahlkräfte sind somit dem fortschreitenden
Mahlprozeß angepaßt.