DE1261381B - Vorrichtung zum Mahlen oder Dispergieren von Pigmentstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 02c

Deutsche^.: 50 c-17/20

Nummer: 1261381

Aktenzeichen: W 38031III/50 c

Anmeldetag: 26. November 1964

Auslegetag: 15. Februar 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mahlen, Zerreiben und/oder Dispergieren von Pigmentstoffen in einer flüssigen Trägersubstanz mittels Mahlkörper, bestehend aus einem zylindrischen Mahlbehälter, in dem ein Rotor umläuft, an dem mit radialem Abstand vom Rotorkörper axial verlaufende, lamellenartige Abheber angeordnet sind, die im Querschnitt eine tangentiale Fläche aufweisen und ringsum über die Innenwand des Mahlbehälters gleiten, wobei die Mahlkörper Kugeln, zylindrische Stäbe oder kleine Zylinder sind.

Bei einer bekannten Mahlvorrichtung der genannten Art ist die Anzahl der Mahlkörper so gewählt, daß die gesamte Innenfläche des Mahlbehälters und die Oberfläche der Abheber mit einer einlagigen Schicht aus Mahlkörpern bedeckt ist. Die Mahlleistung solcher Vorrichtungen ist im wesentlichen proportional der Anzahl der Berührpunkte zwischen den einzelnen Mahlkörpern einerseits und den Mahlkörpern und der Gehäusewand andererseits. Die Mahlleistung solcher Vorrichtungen läßt sich nur dadurch erhöhen, daß die Abmessungen des Mahlgehäuses vergrößert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mahlleistung der genannten Mahlvorrichtungen zu steigern, ohne die Abmessungen und die Antriebsleistung erhöhen zu müssen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß weniger Mahlkörper vorgesehen sind, als an der Innenwand des Mahlbehälters und der Oberfläche der Abheber in einer einlagigen Schicht maximal unterzubringen sind.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Mahlkörper sich bei ihrem Umlauf gegenseitig einander frei nähern und wieder voneinander entfernen können und aufeinanderfolgende Phasen der Abbremsung und Beschleunigung ihrer Rotation um ihre Achsen erfahren. Durch diese Mahlkörperbewegung wird eine von einem leichten Rolldruck begleitete Schubwirkung auf den Mahlgutfilm ausgeübt, so daß ein besonders hohes, für den Mahlvorgang vorteilhaftes Verhältnis von Schub—Druck erzielt wird. Dem Leistungsabfall auf Grund der Abnahme der wirksamen Berührungspunkte steht somit eine erhebliche Leistungssteigerung durch die Änderung des Mahlmechanismus gegenüber.

Durch besondere Ausbildung und Abmessungen der Abheber und Mahlkörper läßt sich mit der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung eine optimale Mahlleistung erzielen. Dabei soll die Breite der Abheber, d. h. der Abstand von Vorderkante zur Hinterkante im Umlaufsinn, im wesentlichen gleich der Breite

Vorrichtung zum Mahlen oder Dispergieren von
Pigmentstoffen

Anmelder:

Joseph Herbert James Wood,

Merton Park, London

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
3300 Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:
Joseph Herbert James Wood,
Merton Park, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 27. November 1963 (46 908)

der Zwischenräume zwischen den Abhebern sein oder von dieser um nicht mehr als 10% abweichen. Die Breite der Abheber sollte mindestens viermal so groß sein wie der Durchmesser der Mahlkörper, vorzugsweise jedoch sechsmal bzw. vorzugsweise elfmal so groß sein wie der Durchmesser der Mahlkörper. Der Durchmesser der Mahlkörper sollte mindestens 1,5 mm und höchstens 12 bis 13 mm betragen.

Zweckmäßig sind die Abheber am Rotor beweglich angeordnet. Die Abheber können zu diesem Zweck an ihren Enden Zungen aufweisen, die in Nuten oder Schlitze in den Stirnflanschen des Rotors eingreifen, und die Länge der Abheber ohne die Zungen kann annähernd gleich dem Abstand zwischen den Stirnflanschen des Rotors sein.

Die Abheber sind vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Außenflächen im Schnitt Sehnen des zugehörigen, kreisförmigen Zylinderschnittes darstellen, und sie sind dabei als Klingen mit einer schneidenförmigen Vorderkante ausgeführt, die gleichzeitig als Abstreifer für das am Umfang des Mahlbehälters sitzende Mahlgut dient.

Zur Unterstützung der Austragung des Mahlgutes aus dem Mahlbehälter kann am Rotor in an sich bekannter Weise ein Wischer oder Schaber angeordnet sein.

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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und nachstehend im einzelnen beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine Schemadarstellung, aus der ersichtlich ist, wie die einzelnen Mahlkörper gebremst und beschleunigt werden;

bei die schabende oder wischende Kante, im Umlaufsinn betrachtet, hinten sitzt. Statt dieser Ausführung ist auch ein radial angeordnetes Wischerblatt 19 λ möglich. Der Auslaß für das fertig verarbeitete Mahlgut schließlich ist bei 20 zu erkennen. Die Rotorwelle ist zweckmäßig an ein Antriebsaggregat, beispielsweise einen Elektromotor, angekuppelt oder über ein Getriebe mit einem solchen verbunden; sie erhält eine Umdrehungsgeschwindig-

F i g. 3 zeigt eine Detailansicht der Schaberteile; io keit, die einer mittleren Umfangsgeschwindigkeit der Fig. 4 und 5 zeigen weitere Details der Vorrich- Abheberinnenflächen von rund 460 bis rund rung. 1370 cm/sec entspricht. Beträgt der Durchmesser der Die Vorrichtung weist einen Zylinder 1 auf, des- Zylindernäche 2 etwa 9 cm, so haben sich unter Versen Arbeitsoberfläche 2 gehärtet ist. Der Zylinder "ist Wendung von 82 Stahlstäben von etwa 3 mm Durch-

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in einem Gehäuse 3 derart angeordnet, daß zwischen beiden eine Ringkammer 4 für Heiz- oder Kühlflüssigkeit bzw. -gas entsteht, deren Temperatur am Meßinstrument 5 kontrolliert werden kann. Der Rotor 6 trägt an seinen Enden Flansche 7, die an ihren messer und acht Abstreifern von etwa 17,5 mm Breite sowie einer Dicke von rund 0,7 mm 1440 U/min für die Rotorwelle als zweckmäßig erwiesen; die genannte Umfangsgeschwindigkeit an den Innenflächen der Abheber erreicht dann nahezu

äußeren Umfangslinien bei la Nuten oder Kerben 20 670 cm/sec.

aufweisen, in welche die Enden der Abheber 8 (s. auch F i g. 5) eingreifen, so daß diese vom Rotor bei seinen Umdrehungen mitgenommen werden. Die Abheber wirken wie Pflüge, indem sie die Befinden sich in dieser Vorrichtung mit 9-mm-Zylinder nur vier Abheber von 3 5 mm Br eite in gleichen Abständen voneinander und werden wiederum Stäbe von etwa 3 mm Durchmesser verwendet, so läßt sich

Mahlkörper vom Zylinder ablösen und die Kontrolle 25 erfahrungsgemäß gegenüber der Vorrichtung mit

über die Bewegung der Mahlkörper übernehmen. In dem in den Figuren dargestellten Fall haben die Abheber die Form von Schneiden, die in bezug auf den Rotor nur lose in dessen Endkerben eingesetzt sind. Sie sind vorzugsweise mit Zungen 7 b an ihren Enden ausgeführt (F i g. 4 und 5), welche in die Kerben bzw. Nuten eingreifen; sie sind weiterhin vorzugsweise annähernd ebenso lang wie der Abstand zwischen den Rotorflanschen, wenn die Endzungen der Schneiden nicht mitgerechnet sind.

Zwischen Rotorumfang 9 α und Zylinderinnenfläche 2 liegt eine Ringkammer 9. Die Schneiden 8 sind so angeordnet, daß ihre Vorderkanten 10 und ihre Rückenil (Fig. 2 und 4) die Zylinderfläche2 berühren können, wobei die Vorderkanten aller Schneiden in einem sehr spitzen Winkel abgeschrägt oder angeschliffen, die Rücken dagegen stumpf gelassen und alle Schneiden in bezug auf die Zylinderfläche sehnenförmig angeordnet sind.

Die Rotorwelle 12 ist am Gehäuseende drehbar in Lagern 13 gelagert.

Ein Ventilkörper 14 wird von einer Spiraldruckfeder 15 ß in seinen zugehörigen Sitz 15 gepreßt; die Feder liegt dabei mit ihrem einen Ende auf dem Ventilkörper, mit dem anderen auf einem auf das Wellenende aufgeschraubten Bund oder Zapfenlager 16 auf. Dieses Ventil kann mittels eines kalibrierten Handrades 17 mit Mikrometergewinde zur Veränderung der Durchgangsöffnung zwischen Ventilkörper und Ventilsitz verstellt werden; die Ventileinstellung läßt sich mit einer Verriegelung 17 a fixieren.

Das flüssige Mahlgut wird durch den Einlaß 18 eingefüllt, beispielsweise mit einem Trichter und unter einem entsprechenden Fülldruck, der regulierbar sein und nach Wunsch auch konstant eingestellt werden kann.

Das Mahlgut liegt als Film oder Schicht an der Zylinderfläche 2 an; nach der Bearbeitung wird es an dem dem Einlaß gegenüberliegenden Ende des Zylinders mittels eines Schabers oder Wischers 19 vom Zylinder abgekratzt, dieser Wischer sitzt auf dem Rotor und dreht sich mit ihm (s. Fig. 4), woacht Abhebern ein größerer Durchsatz erzielen und/oder der zur Verarbeitung notwendige Energieverbrauch senken; weiterhin hat sich gezeigt, daß die erwünschte Richtungsumkehr der Rotation der Mahlkörper nicht mehr eintritt und der Wirkungsgrad erheblich abgemindert wird, sobald die Zahl der verwendeten Abheber etwa auf 16 ansteigt. Haben die Stäbe etwa 3 mm Durchmesser, so sollten im allgemeinen die Abheber nie schmaler als 13 mm sein; Breiten zwischen 25 mm und 45 mm sind hier als ausgesprochen zweckmäßig zu bezeichnen.

Mit der größeren Vorrichtung, die bereits erwähnt wurde und einen Zylinder von etwa 30 cm Durchmesser sowie zwölf Abheber von rund 38 mm Breite und etwa 1,5 mm Dicke hat, wurden erfolgreiche Ergebnisse bei 600 U/min für den Rotor erzielt, was einer Umfangsgeschwindigkeit von rund 960 cm/sec für die Abheber entspricht; dabei wurden 280 Stäbe von etwa 3 mm Durchmesser verwendet. Die Drehzahl des Rotors ändert sich natürlich stark mit dem Zylinderdurchmesser; es ist wichtig, daß man die Rotorgeschwindigkeit so wählt, daß die auf die Mahlkörper wirkende Zentrifugalkraft innerhalb gewisser Grenzen bleibt. Um Vergleichswerte für verschiedene Zylinderdurchmesser zu erhalten, genügt eine einfache Rechnung unter Zugrundelegung der Formel v²/r sowie der Annahme einer konstanten Masse. Die auf dieser Basis erreichbare Zentrifugalbeschleunigung sollte in der Praxis innerhalb des Bereiches von 450 bis 1350m/sec² liegen. Die dadurch entstehende Kraft reicht aus, um die Mahlkörper in wirksamem Rollkontakt mit der Zylinderinnenfläche und den Abhebern zu halten.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ergibt sich aus Fig. 2. Die Mahlkörper sind so zahlreich vorhanden, daß sie unter der Einwirkung der vom Rotor erzeugten Zentrifugalkraft eine einlagige Schicht an der Behälterwand bilden und dabei sämtlich noch frei auf der Zylinderfläche 2 oder den Abhebern 8 rollen und sich innerhalb der Schicht aufeinander zu oder voneinander weg bewegen können; die Mahlkörper üben also ringsum keinerlei gegenseitigen

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Druck aufeinander aus, sie berühren sich auch nicht in irgendwelchen Bereichen unter Druck.

Die Umdrehungsrichtung von Rotor und Abhebern ist durch den Pfeil B angedeutet; Pfeil A bezeichnet den Fluß der Mahlkörperfüllung. Die Mahlkörper berühren gleichzeitig jeweils gruppenweise den Zylinder direkt bzw. die Abheberblätter. Diejenigen Mahlkörper, welche gerade die Zylinderinnenfläche berühren, haben das Bestreben, ihre Umdrehungsrichtung gemäß den Pfeilen C um ihre eigenen Achsen einzustellen; soweit sie in der Darstellung mit einem solchen Pfeil versehen sind, rotieren sie bereits tatsächlich in diesem Umlaufsinn. Die Wirkung der Abheber besteht an ihren schneidenartigen Vorderkanten in der Abtrennung der Mahlkörper von der Zylinderfläche, wie dies bei den Mahlkörpern £ 1 zu erkennen ist; danach übernehmen die Abheber auch den Antrieb der Mahlkörper, was ein Abbremsen ihrer Rotation um ihre Achsen und schließlich eine Umkehr der Rotationsrichtung und neuerliche Beschleunigung im neuen Umlaufsinn zur Folge hat (s. Mahlkörper E4, ES, E 6).

Die sich dem hinteren Ende der Abheber nähernden und den Abheber verlassenden Mahlkörper stoßen aufeinander und berühren nach dem Verlassen der Abheber wieder den Zylinder (wenn man vom Vorhandensein des flüssigen Films an der Zylinderfläche absieht); dabei rotieren sie jedoch zunächst noch in unveränderter Richtung. Neuerlich tritt nun der Bremsvorgang (MahlkörperCl, C2, C 3) und schließlich — während die Mahlkörper weiterhin die Zylinderfläche berühren — eine Umkehr ihrer Rotationsrichtung und erneute Beschleunigung auf. Das geschieht bis zu dem Punkt, in dem sie wiederum durch den nächsten Abheber von der Zylinderinnenfläche getrennt werden.

Als Mahlkörper sind in der Beschreibung Kugeln, zylindrische Stäbe und kleine Zylinder erwähnt, die aus synthetischen oder nichtmetallischem Material, wie Steatit, oder aus Metall, beispielsweise Stahl, bestehen können; sorgfältig ausgesuchte Kieselsteine von gut abgerundeter Form würden jedoch ebenfalls ausreichen.

Claims (10)

Patentansprüche: 45

1. Vorrichtung zum Mahlen, Zerreiben und/ oder Dispergieren von Pigmentstoffen in einer flüssigen Trägersubstanz mittels Mahlkörper, bestehend aus einem zylindrischen Mahlbehälter, in dem ein Rotor umläuft, an dem mit radialem Abstand vom Rotorkörper axial verlaufende, lamellenartige Abheber angeordnet sind, die im Querschnitt eine tangentiale Fläche aufweisen und ringsum über die Innenwand des Mahlbehälters gleiten, wobei die Mahlkörper Kugeln, zylindrische Stäbe oder kleine Zylinder sind, dadurch gekennzeichnet, daß weniger Mahlkörper vorgesehen sind, als an der Innenwand (2) des Mahlbehälters und der Oberfläche der Abheber (8) in einer einlagigen Schicht maximal unterzubringen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Abheber (8), also der Abstand von Vorderkante (10) zu Hinterkante (11) im Umlaufsinn, im wesentlichen gleich der Breite der Zwischenräume zwischen den Abhebern (8) ist oder von dieser um nicht mehr als 10 % abweicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Abheber (8) mindestens viermal so groß ist wie der Durchmesser der Mahlkörper.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Abheber (8) mindestens sechsmal und vorzugsweise elfmal so groß ist wie der Durchmesser der Mahlkörper.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Mahlkörper mindestens 1,5 mm und höchstens 12 bis 13 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abheber (8) an dem Rotor (6) beweglich angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abheber (8) an ihren Enden Zungen (Ib) haben, die in Nuten oder Schlitze (la) in den Stirnflanschen

(7) des Rotors (6) eingreifen, und daß die Länge der Abheber (8) ohne die Zungen (7 b) annähernd gleich dem Abstand zwischen diesen Endfianschen (7) des Rotors (6) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abheber

(8) so angeordnet sind, daß ihre Außenflächen im Schnitt Sehnen des zugehörigen, kreisförmigen Zylinderschnittes darstellen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abheber (8) als Klingen mit einer schneidenförmigen Vorderkante ausgeführt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Rotor (6) in an sich bekannter Weise ein Wischer (19) oder Schaber (19a) angebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 170 570;
britische Patentschriften Nr. 422 628, 848 514.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 508/18D 2.68 © Bundesdruckerei Berlin