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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rührwerksmühle zur Feinmahlung
bzw. Dispergierung von Festkörpern vorwiegend in Flüssigkeiten, bestehend aus einem
Mahlbehälter mit einem darin hochtourig umlaufenden Rührwerk, das durch eine Rührwerkswelle
mit daran befindlichen Rührelementen gebildet ist, wobei das Mahlgut dem Mahlbehälter
am Mahlguteinlaufende zugepumpt wird und der Mahlbehälter unter voller Ausfüllung
seines Innenraumes in Anwesenheit von frei beweglichen Mahlhilfskörpern, wie Sand
oder Perlen mit einem Durchmesser von 0, Bis 3 mtn, Mrchstffimt und díè Mahlhilfskörper
am Auslaufende durch eine Trenneinrichtung vom Mahlgut getrennt werden.
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Rühtwerksmühlen dieser Art sind bekannt. So kennt man senkrecht stehende
Mahlbehälterß die entsprechend mit Sand als Mahlhilfskörper gefüllt sind, der durch
ein Rührscheiben-Mischwerk in Bewegung gehalten wird, und bei denn das Mahlgut von
innen zugepumpt wird, um es am oberen Ende durch ein Zylindersieb zu verlassen.
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Es gibt auch eine andere Rührwerksmühlenausführung dieser Gattung,
bei der Mahlhilfskörper, z. B. aus Keramikperlen oder kleinen Kieselsteinen, durch
Rührarmmischwerke in Bewegung gehalten werden. Bei Mühlen dieser Art ist es praktisch
unvermeidlich, daß insbesondere bei kleinen Mahlhilfskörpern diese Körper durch
das strömende Mahlgut mit zum Auslaß der Rührwerksmühle gefördert werden. Theoretisch
könnte man das Mahlgut und die Mahlhilfskörper hier gemeinsam auslaufen lassen,
um es anschließend getrennt zu separieren, wobei dann die Mahlhilfskörper dem fnsch
zugepumpten Material wieder zugegeben werden. Üblicherweise arbeiten diese Rührwerksmühlen
aber derart, daß am Auslaß ein Sieb vorgesehen ist, welches die Mahlhilfskörper
zurückhält und nur das Mahlgut durchtreten läßt. Üblicherweise arbeiten Rührwerksmühlen
dieser Art im Siebbereich derart, daß die Anschwemmkräfte durch die Erdanziehung
ausgeglichen sind. Dieser Ausgleich ist geradezu ein Kriterium für die maximale
Durchsatzleistung der Mühle. Übersteigt die Anschwemmleistung, sei es bedingt durch
sehr kleine Mahlhilfskörper, durch die Höhe der durchgepumpten Mahlgutmenge oder
durch eine entsprechende Erhöhung der Viskosität, die Erdanziehungskräfte, so laufen
diese Rührwerksmühlen über. Die Beschränkung auf diesen ausgewogenen Zustand bedingt,
daß das Mahlgut gut fließfähig sein muß, um überhaupt aus den Sieben austreten zu
können. Viskositätserhöhungen, Verdunstung und Thixotropie können die Wirkung dieser
Mühlen am Sieb in Frage stellen.
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Zwar hat man auch schon versucht, diese Siebräume zu den Rührwerkswellen
hin mittels Stopfbüchsen, Lippendichtungen od. dgl. abzudichten. Die in diesen Mühlen
zu zerkleinernden feinsten Festkörper, gegebenenfalls unterstützt durch den Abrieb
der Mahlhilfskörper, ließen allerdings die Standzeit der Dichtungen so kurz werden,
daß ein Dauerbetrieb auf diese Weise unmöglich ist.
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Ein älterer Vorschlag hat eine Rührwerksmühle zum Gegenstand, deren
als Walzenkörper ausgebildetes Rührwerk ringförmige Verdrängungskörper aufweist,
wobei der am unteren Ende des Walzenkörpers befindliche Verdrängungskörper mit der
Innenwand des zylindrischen Behälters einen Ringspalt bildet, der kleiner ist als
der Durchmesser der
kugelförmigen Malilkörper, die in einer dichten Packung den Ringrauni
der Mühle zwischen Behälterinnenwand Ünd Walzenkörper ausfüllen Diese Mühle arbeitet
nach dem Friktionsprinzip, wobei das relativ langsam rotierende walzenförmige Rührwerk
den Mahlkugeln Drehimpulse erteilt, die an benachbarte Mahlkugeln durch Reibung
weitergegeben werden, so daß zwischen den Mahlkugeln Scherfelder entstehen, die
die Zerkleinerung bzw.
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Desagglomerierung des Gutes bewirken. Dieser Wirkungsablauf setzt
verhältnismäßig große kugelige ltffilkorper von inehreren Millimetern Durchmesser
voraus, und außerdem müssen die Mahlkugeln dicht gepackt sein, damit zwischen ihnen
Drehimpulse durch Reibung austauschbar sind.
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Friktionsmühlen mit zylindrischen Ringspalten, die ebenfalls zum
Zurückhalten der Mahlkörper dienen, waren jedoch auch bereits bekannt. So kennt
man langsam laufende, mit Mahlkugeln zwischen der Mahlbehälterinnenwand und einem
trommelförmigen Drehkörper gefüllte Mühlen für trockenes und nasses Mahlgut.
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Im Gegensatz dazü arbeiten Rührwerksmühlen der eingangs beschriebenen
Art mit einem hochtourig umlaufenden Rührwerk, das den wesentlich kleineren, frei
beweglichen Mahlhilfskörpern Bewegungsimpulse im wesentlichen durch Strömungskräfte
erteilt.
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Die Erfindung strebt nun eine Lösung zur Trennung von Mahlgut und
Mahlhilfskörpern an, die die - vorbeschriebenen Nachteile bei den bekannten Rührwerksmühlen
vermeidet. Es soll verhindert werden, daß irgendwelche schädlichen Überlauf- oder
Abdichtschwierigkeiten åuftreten können. Hiannit im Zusammenhang soll es erreicht
werden, daß der Maximaldurchsatz der Rührwerksmühle fast beliebig gesteigert werden
kann. Es sollen auch durch die jeweilige Viskosität des zu bearbeitenden Produktes
vom Standpunkt der Trennung von den Mahlhilfskörpern praktiseh keine Grenzen gesetzt
sein.
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Demzufolge besteht die Erfindung in erster Linie darin, daß als Trenneinrichtung
ein bekannter, von einem umlaufenden Scheibenelement und einem am Mahlbehälter befestigten
Gegenring gebildeter Ringspalt vorgesehen ist, der eine radiale Komponente der Mahlgutströmung
ermöglicht und dessen Spaltweite einstellbar ist.
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Diese Anordnung ermöglicht es, auf die bisher bei hochtourig betriebenen
Rührwerksmühlen der erfindungsgemäßen Art vertendetén Siebe vollkommen zu verzichten.
Eingehende Versuche haben gezeigt, daß ein solcher Ringspalt tatsächlich in der
Lage ist, selbst die kleinsten Mahlhilfskörper und noch nicht genügend verfeinertes
Mahlgut zurückzuhalten, so daß nunmehr die bìsheris'tets verwendeten Siehe mit allen
ihren bekannten Nachteilen in Fortfall kommen können. Nach der Erfindung ist es
erstmals möglich, hochviskose und thixotrope Stoffe in Rührwerksmühlen zu verarbeiten.
Während diese hochviskosen Stoffe die bisher üblichen Siebe zusetzten und verstopften,
können sie den Ringspalt passieren.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ringspaltes mit einer
radialen Komponente wird eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Mahlgutes
entsprechend der Zunahme des Spaltdurchmessers erzielt. Durch diese Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit des Mahlgutes im Ringspalt wird ein Druckgefälle erzeugt,
das sowohl bei niedrig als
auch bei höher viskosem Mahlgut das Austreten
aus der Rührwerksmühle durch den Ringspalt begünstigt und erleichtert. Bei höchstviskosen
und plastischen Mahlgutmassen tritt bei einer Anordnung des Ringspaltes, bei der
der große Umfang des Spaltes dem Mahlraum zugekehrt ist, der sogenannteWeißenberg-Effekt
auf, wodurch der Austrag dieser Massen erheblich unterstützt wird. Ein weiterer
wesentlicher Vorteil des Ringspaltes mit einer radialen Komponente liegt in der
leichten Ein' bzw Nachstellbarkeit der Spaltweite Die Spaltweite kann sowohl den
Mahlhllfskörperdurchmessern angepaßt als auch bei aufgetretenem Verschleiß nachgestellt
werden.
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Die Anordnung für die Einstellung der Spaltweite kann so getroffen
sein, daß sie auch während des Betriebes der Rührwerksmühle möglich ist. Ferner
hat die Trennvorrichtung nach der Erfindung den Vorteil, daß ein Überlaufen und
eine Einarbeitung von Luft in das Mahlgut vermeidbar sind.
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Zusätzlich sind die den Spalt bildenden Trend elemente so ausgebildet,
daß sie zu einer zusätzlichen Reibwirkung beitragen. Demgegenüber ist der Spalt
der bekannten Friktionsmühlen, der zwar auch kleiner als der Durchmesser der kugeligen
Mahlkörper ist, weder hinsichtlich der Wirkungsweise noch bezüglich der Problematik
mit dem Reibtrennspalt nach der Erfindung vergleichbar. Wegen der in den Friktionsmühlen
verwendeten relativ großen Mahlkugeln kann dieser Ringspalt auch entsprechend breit
ausgebildet sein, so daß dort weder das Problem eines genügend großen Mahlgutdurchsatzes
durch den Spalt noch das Verschleißproblem auftreten können. Unter den bei der.
hochtourig betriebenen Rührwerksmühle vorliegenden Umständen darf die Spaltweite
gegebenenfalls nur Bruchteile eines Millimeters betragen, so daß die Fachwelt annehmen
mußte, daß bei solchen Spaltweiten zwischen der umlaufenden Reibscheibe und dem
feststehenden Gegenring mit erheblichen Verschleißerscheinungen zu rechnen ist.
Die Versuche zeigten jedoch, daß die Verschleißerscheinungen zwischen den spaltbildenden
Teilen außerordentlich gering sind. Es empfiehlt sich, die Spaltweite zwischen dem
umlaufenden Scheibenelement und der zugehörigen Gegenringfläche so zu wählen, daß
sie gleich oder kleiner ist als der halbe Durchmesser der im Mahlbehälter befindlichen
kleinsten Mahlhilfskörper.
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Die Rührwerksmühle kann im Rahmen der Erfindung einen in mehrere
Arbeitszonen unterteilten Mahlbehälter besitzen, wobei zur Ünterteilung des Mahlbehälters
mehrere in diesem hintereinander angeordnete Ringspalte dienen, deren Spaltweiten
der fortschreitenden Mahlgutzerkleinerung und der Größe der Mahlhilfskörper in den
einzelnen Arbeitszonen angepaßt sind. Dabei kann jede einzelne Arbeitszone über
eine durch Stopfen verschließbare öffnung zugängig sein.
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Nach der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß das mit der Rührwerkswelle
umlaufende Scheibenelernent mittels Stellorganen an der Rührwerkswelle höhenverstellbar
angebracht und in der jeweils eingestellten Höhe durch eine Feder gehalten ist.
Das umlaufende Scheibenelement kann dabei an der Rührwerkswelle über eine Feder
gelagert und in Richtung auf den zugehörigen Gegenring gedrückt werden.
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Eine weitere, sehr wesentliche Vervollkommnung des Erfindungsgegenstandes
wird ferner darin ge-
sehen, daß die den Ringspalt begrenzenden Flächen als Mahlfiächen
gegeneinander arbeiten. In dieser Ausführung werden in erhöhtem Ausmaß Scherkräfte
auf das zu verarbeitende Mahlgut ausgeübt, die die Mahl bzw. Dispergierwirkung durch
die im Mahlbehälter befindlichen Rührwerkselemente zusätzlich unterstützen.
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Zur Erhöhung der Mahlgutaustrittsgeschwindigkeit wird weiterhin gemäß
der Erfindung vorgeschlagen, daß an dem umlaufenden Scheibenelement im Bereich der
dem Auslauf zugewandten Spaltöffnung Förderschaufeln angeordnet sind. Diese Förderschaufeln
können in Form von Zentrifugalpumpenschaufeln ausgebildet und entsprechend gekapselt
sein.
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Die Ringspalte zwischen dem umlaufenden Scheibenelement und dem stehenden
Gegenring können insbesondere die Form von Ringscheiben, Kugelmantelringen oder
auch kalottenartigen Ringen aufweisen. Diese Trenneinrichtungen ermöglichen eine
radiale Komponente der Mahlgutströmung und sind in ihrer Weite durch Axialverschiebungen
eines der beiden den Spalt bildenden Elemente einstellbar.
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Soweit ein eventueller Mahlgut-Reaktionsdruck nicht auf den Scheiben
im Sinne eines Spaltschlusses wirkt, können die Scheiben auch gleitend auf der Welle
angebracht sein, so daß sie lediglich in ihrer äußersten Stellung für den Maximalspalt
einen Anschlag haben.
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Dies bringt die Möglichkeit der selbsttätigen Spaltweiteneinstellung,
die dabei optimale Austrittsverhältnisse zuläßt.
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Das umlaufende Element überträgt üblicherweise einen erheblichen
Energiefaktor auch auf die radiale Beschleunigung des austretenden Produktes. Diese
Energie wird noch gesteigert durch Anbringung der bereits erwähnten Förderschaufeln
auf dem umlaufenden Scheibenelement. Diese Kombination »Scheibe« + »Förderschaufeln«
erteilt selbst solchen Produkten, die von sich aus nicht mehr fließfähig sind, ausreichende
Energie, um aus dem oberen Mühlenraum seitlich auszutreten. Für mittel-oder niedrigviskose
Produkte empfiehlt es sich, Förderschaufeln auszubilden. Bei entsprechender Ummantelung
dieser Schaufeln kann der durch die Schaufeln übertragene Pumpeffekt unmittelbar
zum Weittxpumpen des Mahlgutes auch gegen nennenswerten Druck verwendet werden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele für Ringspalte zur Trennung
von Mahlgut und Mahlhilfskörpern bei Rührwerksmühlen dargestellt. Die Zeichnungen
zeigen in den F i g. 1 bis 6 schematisch einen Längsschnitt durch solche stehende
Rührwerksmühlen; zum Teil ist der Längsschnitt nur durch den oberen Teil der Rührwerksinühle
vorgenommen.
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F i g. 7 zeigt einen Grundriß der Rührwerksmühle nach Fig. 6, jedoch
mit abgenommenem Oberteil.
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Gemäß F i g. 1 ist der Mahlgutbehälter 1, der z. B. bis zu 50 ovo
seines Volumens mit Mahlhilfskörpern gefüllt sein kann, mit einem Doppelmantel 2
versehen. Am unteren Ende des Mahlbehälters 1 befindet sich der Materialzulaufstutzen
3, durch den das Mahlgut unter Druck dem Mahlbehälter zugeführt wird. Im Mahlbehälter
1 läuft das aus der Rührwerkswelle und Rührwerksscheiben bestehende Rührwerk4. Mit
Ziffer 5 ist das umlaufende spaltbildende Scheibenelement bezeichnet, welches mit
der Gegenringfiäche des am Mahlbehältet befestigten
Ringelementes
6 zusammenarbeitet. Das zu mahlende Gut durchströmt den Mahlbehälter von unten nach
oben. Es gelangt schließlich in den Auslaufraum 7, der mit einer Auslaufschnauze
versehen ist. Der Zulaufstutzen 8 und der Ablaufstutzen 9 am Doppelmantel 2 des
Mahlbehälters dienen der Zuführung bzw. der Abführung eines Kühl- oder Heizmediums.
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Der ringscheibenförmige Spalt zwischen dem umlaufenden Scheibenelement
5 und dem Gegenring 6 ist der Spalt, der zur Trennung zwischen Mahlgut und Mahlhilfskörpern
in Wirkung zu treten hat.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 ist wiederum der Mahlbehälter
1 mit einem Doppelmantel 2 und dem Materialzulaufstutzen 3 versehen.
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Der Doppelmantel 2 ist mit den Stutzen 8 und 9 ausgerüstes Oberhalb
des Mahlbehälters 1 befindet sich die Fangschüssel mit Auslaufschnauze 7. Im Mahlbehälter
läuft das aus der Rührwerkswelle und den Rührwerksscheiben gebildete Rührwerk 4
a um. Der Mahlbehälter ist in diesem Falle unterteilt in die Arbeitszonen x,y und
z. Die Zonen enthalten unterschiedliche Mahlhilfskörpergrößen. Die Trennung des
Mahlgutes von den jeweiligen Mahlhilfskörpern erfolgt durch Zylinderringspalte,
die gebildet sind durch die zentrisch umlaufenden Scheiben 10 und die an der Innenwand
des Mahlbehälters befestigten Gegenringe 11. Die Spaltweiten dieser Spaltelemente
10, 11 sind der fortschreitenden Mahlgutzerkleinerung und der Größe der Mahlhilfskörper
in den Zonen x, y und z angepaßt.
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Die Rührwerke 4 und 4 a sind gelagert in den Lagern 12 und 13. Um
bei der in Betrieb befindlichen Maschine in den Zonen x, y und z nachträglich die
Mahlhilfskörpermenge ändern zu können, sind durch die Wandung des Mahlbehälters
hindurch Öffnungen angebracht, die durch Stopfen 14 verschließbar sind.
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Die F i g. 3 der Zeichnung zeigt den oberen Teil der Rührwerksmühle
gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die Rührwerkswelle 15 läuft zentrisch
um, auf ihr befinden sich die Rührscheiben 16. Das umlaufende Scheibenelementl7
ist an der Rührwerkswelle 15 höhenverstellbar angebracht.
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Zwischen diesem Scheibenelement 17 und dem an der Behälterwandung
befestigten Ring 18 befindet sich der Ringscheibenschlitz 19, durch den das Mahlgut
in Pfeilrichtung a unter Zurückhaltung der hier nicht gezeichneten Mahlhilfskörper
austritt. Die Scheibe 17 ist mittels der Mutter 20 und der Kontermutter 21 in ihrer
Höhe fixiert und wird mittels der Federn 22 in ihrer Höhenlage gehalten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist der Mahlbehälter wiederum
mit 1, der Doppelmantel mit 2, die Rührwerkswelle mit 15, die Rührscheiben mit 16
und die Auffangwanne mit 7 bezeichnet. Auf der Welle 15 befindet sich eine zentrisch
umlaufende Scheibe 23, deren spaltbildende Flächen 24 in Form eines Kugelgürtels
ausgestaltet sind mit einem Radius, der im montierten Zustand die Wellenachse etwa
im Bereich des unteren Lagers 12 schneidet.
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Der am Mahlbehälter befestigte Gegenring 25 hat die gleiche Kalottenform
konkav, die die Scheibe 23 konvex aufweist. Die Scheibe 23 ist durch die Mutter
20 und Gegenmutter21 in ihrer Höhenlage fixiert.
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Die Feder 22 schiebt die Scheibe 23 nach oben. Auf der Scheibe 23
sind im Bereich der dem Auslauf zugewandten Spaltöffnung Förderschaufeln 26 ange-
bracht,
die das aus dem Kalottenringspalt 27 austretende Material zur Auslaufschnauze 28
fördern.
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Gemäß F i g. 5 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes
wiedergegeben, bei der der größere Umfang des Spaltes dem Mahlraum zugekehrt ist.
Zentrisch im Mahlbehälter läuft die Welle 15, die in den Lagern 12 und 13 gehalten
ist. Auf der Welle 15 bewegen sich die Scheiben 16; mit der Welle läuft gleichzeitig
das den Spalt bildende Scheibenelement 29 um. In diesem Falle ist die umlaufende
Scheibe mit konkaver Ringfläche versehen, während der Ring30, der fest am Mahlbehälter
befestigt ist, die konvexe Ringfläche besitzt. Die Anordnung der Scheibe 29 unterhalb
des Ringes 30 zwingt das Material von außen nach innen durch den Ringspalt 31 auszutreten.
Aus Montagegründen ist hier getrennt von der Scheibe 29 eine weitere Scheibe 32
vorgesehen mit Flügeln 33, die durch die Haube 34 mit der Auslaufschnauze 35 abgedeckt
sind und die das durch den Spalt 31 ausgetretene Material zum Auslauf 35 werfen.
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Gemäß F i g. 6 und 7 ist wiederum der Mahlbehälter mit 1, der Doppelmantel
mit 2, die Rührwerkswelle mit 15 und die Rührscheibe mit 16 bezeichnet.
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Das den Spalt bildende umlaufende Scheibenelement 40 bildet um den
Gegenring 41 einen konischen Spalt 39. Die Innenkante der spaltbildenden Fläche
des umlaufenden Scheibenelementes40 steht gegenüber der entsprechenden Innenkante
des Gegenringes 41 nach innen, d. h. zum Mahlraum hin, vor, damit die spiralförmig
radial nach außen wandernden Mahlhilfskörper nicht in den Spalt 39 hineingepreßt
werden, sondern über ihn hinwegspringen. Auf der Scheibe 40 sind Förderschaufeln
42 in Form von Zentrifugalpumpenschaufeln angebracht. Die Scheibe 40 mit den Schaufeln
ist in Form eines Pumpengehäuses 43 mit einem Rohrfianschanschluß 44 abgedeckt.
Das aus dem Spalt 39 austretende fließfähige Mahlgut wird von den Schaufeln 42 durch
den Flanschanschluß 44 hinausgepumpt. Auf der Welle 15 befindet sich die Mutter
45, die die Scheibe 40 in der Höhe arretiert. Ziffer 43 a zeigt den unteren Teil
des Gehäuses, indem die Schaufeln 42 umlaufen. Statt dieses konzentrischen Gehäuses
43 a könnte selbstverständlich auch, wie bei Zentrifugalpumpen üblich, dieses Gehäuse
in seinem Freiraum zu den Schaufelspitzen42a zum Anschluß 44 hin ständig zunehmen.
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Die Ringspaltanordnung nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 4,
5 und 6 ist besonders geeignet, um die Rührwerksmühle mit Hilfe dieser Ringspaltelemente
zusätzlich zu einer Mühle in Art einer Trichtermühle zu verwenden, wonach die den
Ringspalt begrenzenden Flächen als Mahlflächen wirken. In diesem Falle empfiehlt
es sich auch, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, die umlaufenden Scheibenelemente
so anzuordnen, daß sie unter Zwischenschaltung einer entsprechenden Feder im Sinne
einer Spaltschließung gegeneinander bewegbar sind.