DE2542109C2 - Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen fester, pastöser oder flüssiger Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen fester, pastöser oder flüssiger Stoffe, bestehend aus einem Gehäuse mit rotationssymmetrischer Innenwand, aus einem Rotor mit koaxialer Drehachse und aus exzentrisch am Rotor frei drehbar gelagerten, an der Gehäuseinnenwand abrollenden Mahlrollen, die jeweils von einer parallel zur Rotordrehachse angeordneten und beiderends am Rotor gehalterten Lagerachse getragen sind und die als Hohlkörper ausgebildet sind, deren jeweils geschlossene Mantelfläche aus umfangsmäßig verlaufenden, gewölbten Ringflächen und dazwischen befindlichen Rillen besteht

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung (DE-OS 19 16 235) ist jede Mahlrolle aus einem Stapel ('oaxialer

ίο Scheiben gleicher oder unterschiedlicher Dicke aufgebaut, die auf eine starre Lagerachse aufgesteckt sind. Zur Erzielung einer radialen Auslenkung der Mahlrolle unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft ist die Lagerachse in Gleitlagern begrenzt radial beweglich. Alternativ

ι £ ist vorgesehen, daß der Spielraum zwischen der Zentralbohrung jeder Scheibe und der Lagerachse eine gewisse Radialbeweglichkeit der einzelnen Scheiben zuläßt. Die Mahlrolle mit starrer Lagerachse bleibt jedoch trotzdem ein in radialer Richtung im wesentlichen unnachgiebiger Körper, dessen Mahlzusammengriff mit der Innenwand des Gehäuses durch die Zentrifugalkraft nicht wesentlich erhöht werden kann. Die Zerkleinerungswirkung ist also vor allem von der Rotationsgeschwindigkeit, und damit von der Antriebsleistung abhängig. Die Antriebsleistung muß daher hoch sein. Diese Forderung wird dadurch noch dringlicher, daß die Reibung zwischen den flächig aufeinanderliegenderi Scheiben überwunden werden muß, damit die auf ihr beruhende Schwerfälligkeit bei der jeweiligen Formierung der Mantelfläche der Mahirolle während des Mahlvorgangs herabgesetzt wird. Der Außenumfang jeder Scheibe ist eine konvex gewölbte Ringfläche, wodurch sich zwischen den Scheiben umfangsmäßig geschlossene Rillen ergeben. Die Rillen sind flach und leisten keinen Beitrag zur Verbesserung der Zerkleinerungswirkung der Vorrichtung.

Während die gewölbten Ringfiächen und Rillen bei der erläuterten Vorrichtung jeweils umfangsmäßig in sich geschlossen sind, ist bei einer anderen bekannten Vorrichtung (GB-PS 6 40 356) in der glatten Oberfläche jeder starren Mahlrolle eine Schraubenrille eingearbeitet. Die Schraubenrille ist flach und deshalb nicht geeignet, den Transport des Mahlgutes durch die Vorrichtung zu unterstützen, was zur Erzielung einer gleichmäßigen Zerkleinerung vorteilhaft wäre. Zur Erzielung einer gewissen radialen Beweglichkeit jeder Mahlrolle sind die ihre starren Achsstummel aufnehmenden Lagerblöcke radial federbelastet. Die federnde Lagerung jeder Mahlrolle vermeidet zwar ihre Blockierung durch härtere

5Λ Teilchen, hat jedoch den Nachteil, daß das härtere Teilchen jeweils die gesamte axiale Länge der Mahlrolle von der Gehäuseinnenwand kurzzeitig entfernt, so daß sich bei jedem Umlauf des Rollenwerkes streifenförmige Gutpartien von Mahlrollenlänge ergeben, die für einen Moment von einer Mahlrolle nicht behandelt worden sind. Es entstehen gewisse Ungleichmäßigkeiten des Mahlgrades oder der Mischung, die je nach dem Einsptzzweck nicht hingenommen werden können.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (CH-PS 1 58 018) soll verhindert werden, daß die Mahlarbeit auf der ganzen Länge der rotierenden Mahlrollen unterbrochen ist, wenn ein schwer zu zerkleinerndes Hindernis auftritt. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß die Mahirolle in sich elastisch federnd ausgebildet ist. Die Mahlrolle besteht aus einem schraubenförmig gewickelten flachen Band, wobei zwischen den einzelnen Windungen große Zwischenräume verbleiben, durch die das Mahlgut frei durch die elastischen Mahlrollen rieseln

kann und die gleichzeitig eine scherenartige Schneidwirkung der Sch rauben federn hervorrufen. Die elastische Mahlrolle ist achsenlos ausgebildet und zu ihrem Antrieb dient eine parallele Gegenwalze, was bedeutet, daß sie nicht die Zentrifugalkraft als zusätzliche Kraftquelle für den Zerkleinerungsvorgang ausnutzen kann. Eine solche als Walzenmühle bezeichnete Vorrichtung arbeitet nur mit scherenartig schneidender Zerkleinerungswirkung und ist daher nicht für solche Produkte geeignet, die ciurch Quetschung kraftvoll zermalmt und vermischt werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung gemäß DE-OS 19 16 235 so zu verbessern, daß mit verhältnismäßig geringem Leistungsaufwand ein optimaler mahlender Zerkleinerungs- und Mischeffekt erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerachse jeder Mahlrolle flexibel ausgebildet ist, und daß der Hohlkörper aus schraubenförmig gewickeltem, flexiblem Material gebildet ist.

Die Kombination einer flexiblen Lagerachse und einer partiell nachgiebigen Mantelfläche der Mahlroüe, in deren Umfang eine tiefe schraubenförmige Rille ausgebildet ist, führt zu einem optimalen Zerkleinemngs- und Mischeffekt bei geringer Leistungsaufnahme. Der Grund für diese Vorzüge liegt darin, daß die die Mantelfläche der Mahlrolle gegen die Innenwand des Gehäuses pressende Zentrifugalkraft ohne Behinderung durch die gehaltene Lagerachse der Mahlrolle oder durch hemmende Reibungskräfte voll als Quetschkraft ausgenutzt wird, wobei das Mahlgut in der Schraubenrille kontinuierlich durch das Gehäuse fortbewegt und dabei gleichmäßig zerkleinert wird. Aufgrund der Flexibilität der Mantelfläche der Mahlrolle können einige Windungen durch das Mahlgut von der Gehäuseinnenwand abgehoben sein, ohne daß die anderen Windungen sich ebenfaiis von der innenwand entfernen. Da außerdem jede Windung des gewickelten Hohlkörpers mit allen anderen Windungen verbunden ist, wird bei Auftreffen jeder einzelnen Berührungsstelle auf ein zu zerkleinerndes Partikel ein Druck ausgeübt, der größer ist als die Kraft, die von der Masse einer einzelnen Windung ausgeübt werden könnte. Das Mahlgut unterliegt damit an jeder Stelle seines Durchganges durch cJas Gehäuse einer Kraft, die gemeinsam von allen Windungen der Mahlrolle aufgebracht wird, plus o°r Zentrifugalkraft, wodurch sich eine hervorragende Zerkleinerung ergibt. Wenn Mahlgutpartikel zwischen die deutlich nach außen vorspringenden Schraubenrippen der Mantelfläche und die Gehäuseinnenwand geraten, kann die Mahlrolle sich aufgrund der Flexibilität ihrer Lagerachse etwas schräg stellen. Die Schrägstellung der rasch rotierenden Mahlrolle um ihre eigene Lagerachse erzeugt eine Rückstellkraft, die die Lagerachse in ihre Grundstellung zurückführen will, wodurch eine zusätzliche Zerkleinerungskraft auf das Mahlgut ausgeübt wird, die den Zerkleinerungseffekt optimiert. Die mit hoher Zerkleinerungsleistung arbeitende Vorrichtung zeichnet sich nicht nur durch geringen Leistungsbedarf aus, sondern sie läßt sich auch preiswert anfertigen, weil die flexible, leichte Mahlrolle mit der flexiblen Lagerachse größere Toleranzen bei der Herstellung der Vorrichtung erlaubt als bisher möglich war.

Obwohl die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorwiegend zur Herstellung feinstzerkleinerten Materials bestimmt ist, kann si; auch zur Mischung oder Homogenisierung von Flüssigkeiten, zur Mischung von Feststoffen bzw. Mischung von Feststoffen mit Flüssigkeiten verwendet werden, oder man kann sie als chemischen Reaktor benutzen, der das Material zerkleinert, um reaktionsfrsudige Flächen zu schaffen, die mit anderen vorhandenen Stoffen reagieren können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnung erläutert, die einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform der Vorrichtung mit flexibler Aufhängung der Mablrollen,

F i g. 2 einen Querschnitt einer Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1,

is F i g. 3 einen Querschnitt eines Teiles einer abgewandelten Außenfläche der Mahlrolle.

Fig.4 eine schaubildliche Ansicht eines Teiles einer Einlage zur Bildung der Außenfläche gemäß F i g. 3 und F i g. 5 einen Querschnitt einer weiteren Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 2.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung mit einem Gehäuse 1, das eine zylindrische Innenwar.J 2 aufweist, die zu der Mittelachse der Vorrichtung symmetrisch ist.
Starre Arme 21 gehen von einer Nabe radial aus, die durch nicht gezeichnete Mittel in Drehung versetzt wird, L.-.n die Arme 21 und an diesen angeordnete Mahlrollen 10 als Einheit um die Mittelachse zu drehen. Die Mahlrollen 10 sind als Hohlkörper aus schraubenförmig und zylindrisch gewickeltem beliebigem, sehr haltbarem Material, z. B. gehärtetem Stahl, ausgebildet. Die Schraubenwindungen liegen eng aneinander. Jede Mahlrolle 10 drückt aufgrund der Zentrifugalkraft gegen die Innenwand 2 an, wobei die Preßkraft von dem Gewicht der Mahirolle 10 und der Rotationsgeschwindigkeit der Anordnung abhängt. Dieser Druck kann zum Zerkleinern und Zermahlen von Feststoffpartikeln zu sehr feinem Pulver verwendet werden, oder er kann zur Mischung von Stoffen oder Homogenisierung von Flüssigkeiten bzw. für andere erforderliche Gutbehandlungen ausgenutzt werden. Das zu bearbeitende Gut kann auf herkömmliche Weise in das Gehäuse 1 eingebracht und das Endprodukt entsprechend aus dem Gehäuse 1 herausgebracht werden.

Jede Windung kann im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, so daß jede Windung in jeder gegebenen Stellung die Innenwand 2 des Gehäuses 1 berührt. Wegen der flexiblen Natur des Hohlkörpers können einige Windungen durch das Mahlgut von der Innenwand 2 abgehoben sein, ohne daß die anderen Windüngen sich ebenfalls von der Innenwand 2 entfernen. Da außerdem jede Windung des Hohlkörpers mit allen anderen Windungen verbunden ist, wird bei Auftreffrn jeder einzelnen Berührungsstelle auf ein zu zerkleinerndes Partikel ein Druck ausgeübt, der größer ist als die Kraft, die von der Masse einer einzigen Windung ausgeübt werden könnte. Es ergibt sich eine Kraft, die von den Umfangswindungen des Hohlkörpers aufgebracht wird.

Die Anordnung des Hohlkörpers kann so getroffen sein, daß die progressiven Berührungsstellen sich während der Abwälzbewegung der Mahlrolle 10 fortschreitend in Richtung des Partikelstromes bewegen, wodurch die Bewegung des Gutes vom Einlaß zum Auslaß des Gehäuses 1 bei ihrem Durchgang durch dieses unterstützt wird. Alternativ kann der Hohlkörper so angeordnet sein, daß bei seiner Abrollbewegung seine Windungen den Fortschritt des Gutes vom Einlaß zum Auslaß verzögern, so daß das Gut der Behandlung durch die

Mahlrollen 10 langer ausgesetzt ist und eine feinere Zerkleinerung bzw. bessere Vermischung erhalten wird.

Die Mahlrolle 10 wird auf den Armen 21 von zwei konischen Teilen 22, 23 getragen, die jeweils auf einer flexiblen Lagerachse 24 angeordnet sind, die in den En- > den der Arme 21 drehbar gelagert ist. Die konischen Teile 22, 23 werden von einem mittleren Bund 25 in Stellung gehalten, der auf die Mitte der Lagerachse 24 aufgeklemmt ist, sowie von der Druckkraft von Federn 26 und 27, die die konischen Teile 22, 23 gegeneinanderdrücken. Die Lagerachse 24 ist in Lagern 28, 29 in den Enden der Arme 21 drehbar gelagert.

Die Lagerachse 24 ist eine dünne Stange aus Federstahl oder anderem flexiblen Material, die es zuläßt, daß die Mahlrolle 10 sich etwas auf ihrer Rotationsachse r> neigen k-τηη. Die Arme 21 sind so bemessen, daß die Außenfläche der Mahlrolle 10 normalerweise mit mäßigem Druck gegen die als Mahlfläche wirksame Innenu/nrir! 2 da Gehäuses I anliegt.

Wenn die Arme 21 gedreht werden, drehen sich auch die Mahlrollen 10 um die Mittelnabe der Vorrichtung und außerdem rotiert jede Mahlrolle 10 um ihre eigene Lagerachse. Wenn jedoch ein zu zerkleinerndes Gutpartikel zwischen ein Ende der Mahlrolle 10 und die Innenwand 2 des Gehäuses 1 gerät, so verursacht dieses eine gewisse Schrägstellung der Mahlrolle 10. Die Schrägstellung der rasch rotierenden Mahlrolle 10 um ihre eigene Lagerachse erzeugt eine Rückstellkraft, die die Mahlrollenachse in ihre Grundstellung zurückführen will, wodurch eine zusätzliche Zerkleinerungskraft jo auf das Gutpartikel ausgeübt wird.

Anstatt einer flexiblen Stange oder Welle (Fig. 1) kann als Lagerachse 24 ein Drahtseil 30 verwendet werden. Eine solche Anordnung ist in F i g. 2 gezeigt, die der Vorrichtung nach F i g. 1 im wesentlichen ähnelt, bei der jedoch jede Mahlrolle 10 auf einem Drahtseil 30 montiert ist. das als Lagerachse für die Mahlrolle 10 dient. Das Drahtseil 30 ist an jedem Ende in Lager 32 eingeklemmt, die ihrerseits an den äußeren Enden der Arme 21 gelagert sind. Zur Sicherung des Drahtseiles 30 in den -to Lagern 32 können beliebige Mittel, z. B. halbkreisförmige Keile 34. verwendet werden, die durch Stellschrauben 36 gehalten sind.

Die Mahlrolle 10 ist auf dem Drahtseil 30 wie folgt angebracht. Es ist ein sanduhrförmiger Tragkörper 38. der den beiden konischen Teilen 22, 23 ähnelt, vorgesehen, welcher mit seiner Mitte 40 an die Mitte des Drahtseiles 30 angeschweißt oder durch nicht gezeichnete Mittel an dieser festgeklemmt ist. Der Durchmesser des Tragkörpers 38 ist an den Enden kleiner als der Innendurchmesser des schraubenförmig gewickelten Hohlkörpers 39, damit der Hohlkörper 39 auf den Tragkörper 38 aufschiebbar ist. Von dem Tragkörper 38 gehen senkrechte Zapfen 42 aus, die durch Öffnungen in Haltekappen 44 hindurchragen, die die Mahlrolle 10 auf dem Tragkörper 38 in Stellung halten. Muttern 46 sichern die Kappen 44 auf den Zapfen 42. Die Kappen 44 weisen Durchbrechungen 47 auf, durch die das Drahtseil 30 hindurchgeführt ist.

Das Drahtseil 30 zeigt im Vergleich zu der flexiblen μ Stange 24 gemäß F i g. 1 eine erheblich bessere Flexibilität. Es ermöglicht, daß die Mahlrollen 10 so angebracht werden, daß sie in Ruhe die Innenwand 2 des Gehäuses 1 nur geringfügig berühren oder etwas nach innen von der Innenwand 2 abgehoben sind. Wenn die Arme 21 i,5 gedreht werden, reicht die Flexibilität und Rückstellfähigkeit des Drahtseiles 30 aus, um ein Auswärtsbewegen der Mahlroüen 10 gegen die Innenwand 2 zuzulassen.

Gcwünschtenfalls kann in dem Drahtseil 30 ein gering fügiger Durchhang belassen werden, damit eine au'rei chende Radialbewegung der Mahlrolle 10 gewährleiste ist. Die zusätzliche Flexibilität des Drahtseiles 30 crlaubi außerdem eine vergrößerte Neigbarkeit der Mahlroller 10 auf ihren Rotationsachsen. Hierdurch wird die Zer kleincrung größerer Partikel möglich, es werden die Rückstellkräfte vergrößert und die Genauigkeit der er forderlichen Toleranzen wird herabgesetzt.

Anstatt der festen Arme 21 kann eine flexible Achsla gerung wie bei der Stange 24 oder dem Drahtseil 3t verwendet werden.

Ein Teil einer weiteren Abwandlung der Zerkleine rungsfläche einer Mahlrolle ist in F i g. 3 dargestellt Diese F i g. 3 zeigt drei Windungen einer schraubenför mig gewickelten Spule 82. Die Wicklungen der Spule 81 sind im Abstand zueinander gehalten, so daß zwischer sie eine Einlage 84 eingesetzt werden kann. Die Einlagt 84 besteht aus spezialgehärtetem Material, z. B. gehär tetem Stahl, und hat einen im wesentlichen T-förmiger Querschnitt. Die Seiten des T-Schenkels und die Unter seile des Querteiles des T sind bei 86 abgerundet, dami sie die Windungen der Spule 82 passend aufnehmer können. Die Außenfläche des Querteiles ist mit einei leicht auswärts gebogenen Außenfläche 88 versehen Die Einlage 84 kann als einstückige Leiste ausgebilde sein, oder sie kann aus kurzen Abschnitten (F i g. 4) be stehen, ro daß bei Verschleiß einzelner Abschnitte dies« ausgetauscht werden können, ohne daß man die ge samte Einlage wechseln muß. Die Außenfläche 88 de: Einlage 84 kann in Abhängigkeit von dem Anwendungs zweck der Vorrichtung jede geeignet erscheinende Pro filierung aufweisen.

Die Mahlrolle 10 kann auf ihrer eigenen Lagerachse drehbar angeordnet sein und die Lagerachsen könner relativ zu ihren Tragarmen feststehen. Eine solche An Ordnung ist in F i g. 5 gezeigt, die bis auf diese Änderung der Vorrichtung nach F i g. 2 entspricht. In K i g. 5 ist dei innere Laufring 90 eines Lagers 92 mit der Mitte de; Drahtseiles 30 verschweißt oder in anderer Weise ar dieser befestigt. Der äußere Laufring 94 des Lagers 9^ ist mit dem Tragkörper 40a beispielsweise durch Bolzer verbunden. Der Tragkörper 40a kann nun frei auf derr Drahtseil 30 rotieren und das Drahtseil 30 ist dahei einfach in die Enden der Arme 21 eingeklemmt oder ir anderer geeigneter Weise mit diesen verbunden.

Obwohl es bei Lagerung der Mahlrollen 10 auf einei flexiblen Lagerachse vorteilhaft ist. die Mahlrollen mii der Mitte der Lagerachse klemmend zu verbinden, kanr die Mahlrolle trotzdem mit Klammern, z. B. auf der Kappen 44 versehen sein. Die Kappen 44 wer.!en ir diesem Falle auf die Lagerachse geklemmt. Diese An Ordnung ist jedoch weniger zweckmäßig, weil sie die iCippbewegungen der Mahlrolle 10 einschränkt und behindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen fester, pastöser oder flüssiger Stoffe, bestehend aus einem Gehäuse mit rotationssymmetrischer Innenwand, aus einem Rotor mit koaxialer Drehachse und aus exzentrisch am Rotor frei drehbar gelagerten, an der Gehäuseinnenwand abrollenden Mahlrollen, die jeweils von einer parallel zur Rotordrehachse angeordneten und beiderends am Rotor gehalterten Lagerachse getragen sind und die als Hohlkörper ausgebildet sind, deren jeweils geschlossene Mantelfläche aus umfangsmäßig verlaufenden, gewölbten Ringflächen und dazwischen befindlichen Rillen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerachse (24,30) jeder Mahlrolle (10) flexibel ausgebildet ist, und daß der Hohlkörper aus schraubenförmig gewickeltem, flexiblem Material gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, äa»$ die Lagerachse aus einer dünnen Stange (24) aus Federstahl gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerachse aus einem Drahtseil (30) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlrolle (10) in der Mitte zwischen ihren Stirnseiten mit der Lagerachse (24,30) fest verbunden ist, und daß die Enden der Lagerachse (24,30) am Rotor frei drehbar gelagert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Fahtseiles (30) am Rotor befestigt sind, und diß die Mahlrolle (10) in der Mitte zwischen ihren Stirnseite-, auf dem Drahtseil (30) frei drehbar gelagert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des schraubenförmig gewickelten Materials kreisförmigen Querschnitt haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des schraubenförmig gewickelten Materials eng aneinanderliegend gewickelt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des schraubenförmig gewickelten Materials im Abstand zueinander liegen und sich zwischen ihnen eine schraubenförmige Einlage (84) befindet, deren Außenfläche (88) über die Windungen des schraubenförmig gewickelten Materials vorsteht und die Mahlfläche der Mahlrolle (10) bildet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper auf einem sanduhrförmigen Tragkörper (22, 23; 38; 40a) angebracht ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper auf einem zylindrischen Tragkörper angebracht ist.