-
Die Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich arbeitende Rührwerksmühle
zum Zerkleinern bzw.
-
Dispergieren von Feststoffen vorwiegend in Flüssigkeiten, bestehend
aus einem senkrecht angeordneten Mahlbehälter, mit einem darin umlaufenden, vorwiegend
nach unten fördernden Rührwerk, wobei das Mahlgut den etwa zur Hälfte mit relativ
kleinen Mahlhilfskörpern gefüllten Mahlbehälter von unten nach oben durchströmt
und über eine Trennvorrichtung verläßt. Derartige Mühlen werden insbesondere zur
Naßvermahlung verwendet, wobei die Naßkomponente neben echten Flüssigkeiten auch
aus geschmolzenen Stoffen bestehen kann. Beim Betrieb derartiger Rührwerksmühlen
stellt sich in Achsrichtung vom Einlaß zum Auslaß hin ein Förderstrom ein.
-
Mühlen dieser Art sind bekannt. So werden Mühlen betrieben, die beispielsweise
mit Sand oder kleinen Glasperlen gefüllt sind und durch mehr oder weniger scheibenförmige
Rührelemente in Bewegung gehalten werden. Darüber hinaus sind auch Mühlen bekannt,
bei denen als Rührelemente Förderschnecken eingesetzt sind. Beide Ausführungsformen
haben jedoch Nachteile.
-
Die Rührwerksmühlen mit den Scheibenelementen übertragen ihre Rührenergie
praktisch allein durch die Adhäsion des Mahlgutes an den Scheiben. Die Auswirkung
der Adhäsion des Mahlgutes an den Scheiben ist, abgesehen von der Art des Zugabegutes,
auch drehzahlbedingt. In vielen Fällen kommt es vor, daß die Energieübertragung
durch Adhäsion für die Gesamtumwälzung des Mahlgutes nicht ausreicht. Es bilden
sich Schergeschwindigkeitsgefälle nur unmittelbar an den Scheibenflächen. Die in
diesen Bereichen dann als Folge der Differenzgeschwindigkeiten entstehenden Kräfte
sind so groß, daß unnötiger Verschleiß an den Scheibenelementen und Mahlhilfskörpern
auftritt. Andererseits sind diese Scherkraftzonen jedoch wiederum so klein, daß
das Mahlgut nicht in seiner Gesamtheit beansprucht wird.
-
Bei den Rührwerksmühlen mit schraubenwendelartigem Rührwerk ist zwar
die Gesamtumwälzung des Mahlgutes infolge der Förderwirkung in Achsrichtung befriedigend,
sie können jedoch den Anforderungen, die an die Energieverteilung gestellt werden,
nicht genügen. Die Energieverteilung bei diesen bekannten Einrichtungen ist derart
weiträumig, daß die Scherkraftfelder als Folge von Differenzgeschwindigkeiten zwar
sehr großräumig verteilt, aber in ihrer Maximalbeanspruchung nicht ausreichend sind,
um härtere bzw. widerstandsfähigere Feststoffe aufzuteilen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerksmühle zu
schaffen, mit der es möglich ist, genügend große Scherkraftfelder im Mahlgut zu
erzeugen, durch die das Mahlgut mehr oder weniger zwangläufig oder mit einer genügend
großen statistischen Wahrscheinlichkeit hindurchgeführt wird und darüber hinaus
die in diesen Scherkraftfeldern erzeugbaren Beanspruchungen genügend groß sind,
um die üblichen Zerkleinerungsaufgaben bewältigen zu können.
-
Demzufolge besteht die Erfindung in erster Linie in der weiteren
Ausgestaltung einer Rührwerksmühle der eingangs umrissenen Gattung derart, daß das
Rührwerk aus mehreren in Abständen übereinander angeordneten mehrflügeligen, strömungsgünstig
ausgestalteten Propellern besteht und das Profil der Propellerflügel bei den im
unteren Behälterbereich angeordneten Propellern nach oben fördernd und bei
den Propellern
im oberen Behälterbereich nach unten fördernd ausgebildet ist.
-
Durch den gegen die Förderrichtung gerichteten Bewegungsimpuls der
im oberen Behälterbereich angeordneten Rührelemente wird der Grad der Behälterfüllung
verbessert. Insbesondere für den Fall, daß Mahlhilfskörper von unterschiedlichen
Durchmessern verwendet werden, wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn der unterste
oder die unteren im Mahlbehälter angeordneten Propeller in Förderrichtung nach oben
arbeiten.
-
Durch die gegeneinandergerichteten Bewegungsimpulse, einerseits der
Propelleranordnung und andererseits der Propeller mit nach unten gerichtetem Bewegungsimpuls
und der Materialzugabe, entstehen Gegenkräfte, die zur Erhöhung der Schwerkraftfelder
wesentlich beitragen. Zu diesen in Achsrichtung auf die Mahlgut-Mahlkörper-Mischung
wirkenden Kräfte kommen noch die im wesentlichen horizontal dazu gerichteten von
den Propellern ausgehenden Rotationskräfte, so daß mit einer derartigen Ausbildung
des Rührwerkes ein optimales Kraftfeld erzeugt wird.
-
Ein derartiges Kraftfeld wird bei den bekannten Dispergiervorrichtungen
mit nur einem Propeller und ungünstigem Verhältnis zwischen Behälterweite und Propellerdurchmesser
nicht erreicht.
-
Eine gewisse Rotation des Gesamtgutes und damit eine Zentrifugalwirkung
ist auch bei Propeller-Rührelementen nicht zu vermeiden. Bekanntlich verbleiben
die größeren Mahlhilfskörper vorwiegend im unteren Behälterbereich. In welchem Umfang
diese Erscheinung nun auftritt, hängt weitgehend von den vom Rührwerk ausgehenden
Bewegungsimpulsen ab. Durch die Förderrichtung der unteren Propeller nach oben wird
in diesem Bereich an der Behälterwand eine Strömung nach unten erzeugt. Da die größeren
Mahlhilfskörper auch durch Zentrifugalkräfte verstärkt zur Behälterwand gefördert
werden, wird durch diese Maßnahme zusätzlich dafür gesorgt, daß die größeren Mahlhilfskörper
vorwiegend im unteren Behälterbereich gehalten werden. Ein weiterer Vorteil der
erfindungsgemäßen Rührwerksmühle mit dem Propeller-Rührwerk, dessen untere Flügel
einen Bewegungsimpuls in Durchlaufrichtung der Mahlgutsuspension aufweisen, besteht
darin, daß auch nach längerer Stillstandszeit ein leichter Anlauf des Rührwerks
garantiert ist.
-
Rührwerksmühlen mit bis zum Boden nach unten fördernden Rührelementen
hätten den Nachteil, daß diese Mühlen nach einem Stillstand nicht wieder anlaufen,
da die nach unten arbeitenden Rührelemente gegenüber dem abgesetzten Mahlkörperhaufen
erhebliche Überpressungen und Mahlkörperzerstörungen zur Folge hätten.
-
Zum Dispergieren von in Flüssigkeiten enthaltenen Feststoffen kennt
man zwar schon Propellerrührer.
-
Diese Vorrichtungen arbeiten jedoch diskontinuierlich und bestehen
aus einem an einer Welle angeordneten Propeller, der in einen Behälter von relativ
großer Weite gegenüber dem Propellerdurehmesser eintaucht. Eine in axialer Richtung
des Mahlgutbehälters wirkende Strömung stellt sich bei diesen diskontinuierlichen
Dispergiervorrichtungen nicht ein, durch den einzigen Propeller wird das Mahlgut
lediglich mehr oder weniger in Bewegung gehalten. Gegenüber den kontinuierlich betriebenen
Rührwerksmühlen mit mehreren auf einer Welle übereinander angeordneten Rührelementen
fehlt bei diesen bekannten Dispergiervorrichtungen die Beeinflussung der Mahlkörper-
Mahlgut-Charge
durch die ständige Zufuhr von Mahlgut von unten nach oben und die Unterteilung des
Mahlbehälters durch die Rührelemente in im Mahlgutstrom nacheinander angeordnete
Mahlräume.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser
der Propeller etwa 75°/o oder mehr des Innendurchmessers des Mahlbehälters beträgt.
Ferner wird vorgeschlagen, den axialen Abstand zwischen zwei benachbarten Propellern
auf etwa 5O0/o des Propellerdurchmessers festzulegen. Damit wird eine günstige Verwirbelung
innerhalb der begrenzten Propellerräume erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
der Rührelemente und ihrer besonderen Anordnung werden überraschend gute Ergebnisse
erzielt. Falls gemäß der Erfindung Propeller mit einem Durchmesser von 75°/o oder
auch mehr des Innendurchmessers des Mahlbehälters vorgesehen werden, wurde gefunden,
daß die Scherkraftfelder in ihrer Beanspruchungszone wesentlich vom Abstand der
Propeller zueinander beeinflußt werden. Als besonders günstiger Abstandswert wurde
die Entfernung voneinander gefunden, die etwa dem halben Propellerdurchmesser entspricht.
Wird der Abstand der Propeller größer gemacht, so erweitern sich die Strömungsfelder
der einzelnen Propeller unter gleichzeitiger Verminderung der Strömungsbeanspruchung.
-
Wird der Abstand kleiner ausgelegt, so vermindern sich die inneren
Strömungsvorgänge zugunsten einer verstärkten Gesamtrotation von Mahlgut und Mahlhilfskörpern
im Behälter. Die besonders vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Propelleranordnung
ist darauf zurückzuführen, daß die Mahlhilfskörper-Mahlgut-Mischung durch die strömungsgünstigen
Propeller stark beschleunigt wird und daß sich die dabei ergebenden Geschwindigkeiten
in relativ eng begrenzten Wirbelzonen wieder abbauen. Die Vielzahl der Druck- und
Sogzorien strömungsgünstiger Propeller verbessert zusätzlich die Ausbildung der
Beanspruchungszonen und damit den Mahleffekt.
-
Der Versuch, eine Mahlhilfskörper-Mahlgut-Mischung mit einem einzigen
Propeller in einer diskontinuierlich arbeitenden Mühle durchzuführen, kann dagegen
die gestellten Anforderungen nicht erfü'len. Durch einen einzigen Propeller könnte
lediglich eine bestimmte Mahlhilfskörper-Mahlgut-Charge mehr oder weniger gut in
Bewegung gehalten werden.
-
Würde man ferner das Verhältnis des Propellerdurchmessers zum Behälterinnendurchmesser
beispielsweise auf 1 : 3 abändern, so könnte ebenfalls nicht die mit der Erfindung
angestrebte günstige Verwirbelung innerhalb begrenzter Propellerräume erreicht werden.
-
Bei einer derartigen mit einem einzigen Propeller versehenen diskontinuierlich
arbeitenden Mühle läßt sich ferner ein Kraftfeld, wie es bei der Erfindung im Rührwerksbereich
aufgebaut wird, nicht erzielen.
-
Dies ist bereits dadurch bedingt, daß bei einer diskontinuierlich
arbeitenden Mühle in Achsrichtung wirkende Kräfte überhaupt nicht auftreten.
-
Gemäß einem Merkmal der Erfindung sollen die verwendeten Rührelemente
eine strömungsgünstige Form aufweisen. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß
trotzdem an der Vorlaufkante der Propeller, die in besonders vorteilhafter Weise
mehrflügelig ausgebildet sind, eine Stoßberührung mit den Mahlhilfskörpern auftritt.
Die dabei auftretenden punktförmigen Beanspruchungen wären zwar besonders geeignet,
sehr harte Bestandteile zu zerkleinern, doch liegt diese Beanspruchung bei den bevorzugt
hohen Drehzahlen
dieser Propeller so hoch, daß auch die Mahlhilfskörper und die Propeller
darunter leiden könnten.
-
Grundsätzlich ist jedoch eine hohe Drehzahl zur Intensivierung des
Mahlprozesses erwünscht. Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle,
daß die verwendeten Rührelemente nach oben in der Drehzahlauslegung nicht begrenzt
sind und eine laufende Drehzahlsteigerung zumindest im praktischen Betrieb im Gegensatz
zu den bekannten Scheibenelementen eine günstigere Strömungsverteilung haben. Als
nachteilig könnte lediglich die vorerwähnte Stoßbeaufschlagung der Vorderkante angesehen
werden. Damit dieser Stoß gemildert ist, wird nach der Erfindung ferner vorgeschlagen,
daß die Vorlaufkante der Propellerflügel derart stark entgegen der Drehrichtung
zurückgekrümmt ist, daß die Mahlhilfskörper mehr oder weniger nur tangential auf
die Vorlaufkante auftreffen können.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Rührwerksmühle, F i g. 2 eine Draufsicht eines propellerartigen Rührelementes und
F i g. 3 eine Schemazeichnung des Propellers nach F i g. 2 aus der Ansicht des Pfeiles
A.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist der Mahlbehälter mit
1 sowie der dazugehörige Doppelmantel mit 2 bezeichnet. Der Behälter endet oben
in einer Fangtasse 3 mit Auslaufschnauze 4. In der Fangtasse 3 befindet sich ein
Sieb 5 zur Trennung der Mahlhilfskörper vom Mahlgut. In dem Mahlbehälter 1 läuft
das Rührwerk, das aus einer Welle 6 mit strömungsgünstig ausgebildeten Propellern
7 besteht, mit hoher Drehzahl um. Die Rührwerkswelle 6 mit den Propellern 7 ist
oberhalb des Behälters gelagert und wird mit beliebigen, nicht dargestellten Mitteln
angetrieben. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Stutzen 8 vorgesehen, über den die
Rohansätze der Rührwerksmühle von unten zugeführt werden und die Mühle nach Durchlauf
des Behälters 1 durch das Sieb 5 und die Auslaufschnauze 4 wieder verlassen.
-
Der Doppelmantel 2 wird je nach Bedarf geheizt oder gekühlt. Das Heiz-
bzw. Kühlmedium wird dabei durch einen Stutzen 9 zum und durch einen Stutzen 10
abgeführt.
-
In den F i g. 2 und 3 ist ein bevorzugt zu verwendender strömungsgünstiger
Propeller mit stark rücklaufender Vorderkante dargestellt. Dabei ist mit 11 die
Propellernabe bezeichnet, an der sich die Flügel 12 befinden.
-
Natürlich kann die Rührwerksmühle unter Beibehaltung des Grundgedankens
der Erfindung in ihrer Ausbildung auch noch weiter abgewandelt werden.
-
So können z. B. Propeller mit beliebiger Propellerflügelzahl vorgesehen
und je nach ihrer Anordnung im Mahlbehälter mit einem Bewegungsimpuls in oder gegen
die Förderrichtung des Materialgutes ausgebildet werden. Es ist jedoch auch möglich,
einzelne Propeller durch andere Rührelemente mit geringem Bewegungsimpuls in oder
gegen die Förderrichtung des Mahlgutes zu ersetzen.