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"Rührwerksmühle zur diskontinuierlichen
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Herstellung von Feststoffdispersionen Die Erfindung betrifft eine
Rührwerksmühle zur diskontinuierlichen Herstellung von Feststoffdispersionen in
Flüssigkeiten wie Lackfarben, Druckfarben, Papierstreichmassen u. dgl., bestehend
aus einem stehenden Behälter, in dem ein scheibenförmiges an einer senkrechten eine
regelbare Drehzahl aufweisenden Rührwelle angebrachtes Rührorgan umläuft und eine
aus losen Mahlkörpern, Dispersionsmittel und Mahlgut bestehende Behälterfüllung
in Bewegung hält.
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Bei einer derartigen Rührwerksmühle werden als Mahlkörper bekannterweise
Quarzsand oder tahl-, Keramik- oder Glaskügelchen mit einer Körnung bzw. einem Durchmesser
von ca.
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1 - 5 Millimetern verwendet. Die Reibarbeit findet dabei zwischen
dem Rührorgan und den Mahlkörpern und zwischen den Mahlkörpern selbst statt, die
durch das in der Regel scheibenförmig ausgebildete Rührorgan in rollender Bewegung
gehalten werden. Das Resultat ist eine Zerkleinerung und Dispergierung des Mahlgutes
und die Erzielung einer sehr feinen Feststoffdispersion, im folgenden als Mahlgutsuspension
bezeichnet. Nach Erreichen der gewünschten Feinheit werden die Mahlkörper von der
Mahlgut suspension auf beliebige bekannte Art, z.B. durch Entleeren des Behälterinhaltes
über ein Sieb, getrennt.
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Bei einer bekannten Rührwerksmühle zum diskontinuierlichen
Herstellen
von Feststoffdispersionen nach der DT-AS 11 ()S 176 mit einem glatten scheibenförmigen
Rührorgan wird zunächst deæ Ansatz in einem Behälter zäh gemischt, bevor Perlkugeln
zugegeben werden und anschließend eine Verdünnung in Anpassung an den Perlkugelreibprozeß
erfolgt. Nachteilig ist hierbei, daß die Gesamtumwälzung der Mahlgut suspension
infolge des glatten Rührorgans nur bedingt über die Drehzahl des Rührorganes beeinflußt
werden kann. Die maximale Drehzahl ist dabei von der Viskosität der Mahlgutsuspension,
dem spezifischen Gewicht, der Größe und Menge der verwendeten Mahlkörpern und vom
Verhältnis der Menge der Mahlgut suspension zur Menge der Mahlkörper abhängig. Insbesondere
bei neuartigen Mahlkörpern mit einem sehr hohen spezifischen Gewicht, ist zu deren
Bewegung außerdem eine relativ hohe Drehzahl des Rührorganes erforderlich. Dies
wiederum führt zu einem zu starken Gleiten der Mahlkörper in Relation zu den Flächen
des scheibenförmigen Rührorganes und damit zu einer Minderung der angestrebten Bewegung
der Mahlkörperschüttung, einem zu hohen Verschleiß am Rührorgan und den Mahlkörpern
und nicht zuletzt zu einer erheblichen Minderung der erwünschten Mahl- und Dispergierwirkung.
Eine Begrenzung der Drehzahl des Rühro-ganes aus den erwähnten Gründen hat aber
den Nachteil, daß die Gesamtumwälzung der Mahlgutsuspension so stark herabgesetzt
wird, daß die Menge, bzw. das Volumen der Mahlgutsuspension nicht nennenswert größer
angesetzt werden kann, als das Volumen, das sich aus den Zwischenräumen der geschütteten
ruhenden Mahlkörperfüllung ergibt. Eine derartige Minderung der Mahlgutmenge ist
äußerst unwirtschaftlich. Es wurde deshalb bereits eine zusätzliche Pumpeinrichtung
verwendet, um die erforderliche Gesamtumwälzung der Mahlgut suspension zu erreichen.
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Bei kontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühlen ist ferner bekannt,
am Umfang glatter und scheibenförmiger Rührorgane
Schlitze oder
Aussparungen vorzusehen (DT-AS 16 32 424), mit dem Ziel, dadurch die Reibwirkung
zu verbessern. Außerdem ist bekannt (DT-AS 15 07 504), die scheibenförmigen Rührorgane
im Bereich zwischen Nabe und Umfang mit schrägen Bohrungen zu versehen, durch die
eine zusätzliche Pumpwirkung und eine Verbesserung der Umwälzung der Mahlgut suspension
zum Zweck einer besseren Rsibwirkung erzielt werden soll. Beide Maßnahmen beschränken
sich jedoch auf die Anwendung bei kontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühlen mit
Behältern, die im Verhältnis zu ihrem Durchmesser ein Vielfaches an Iöhe aufweisen,
und in denen auf einer senkrechten Rührwelle in Abständen übereinander eine Vielzahl
solcher Rührorgane angeordnet sind, wobei die Mahlgut suspension von unten zugepumpt
wird, im oberen Brereich des Behälters austritt, und die Mahlkörper durch ein fflieb
oder einen Ringspalt im Behälter zurückgehalten werden. Bei dieser Art von Rührwerksmühlen
wird außerdem eine, die Reibarbeit mindernde, zu starke Auflockerung der Mahlkörperschüttung
und das Aufschwimmen der Mahlkörper dadurch verhindert, daß das freie Volumen des
Behälters fast völlig mit Mahlkörpern gefüllt wird. Dazu kommt noch das hohe Eigengewicht
der Mahlkörper selbst, das bei dem gegebenen Durchmesser/Höhenverhältnis des Behälters
einer zu starken Auflockerung der Mahlkörperschüttung entgegenwirkt.
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Der Einsatz solcher von kontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühlen
her bekannten, wenn auch modifizierten, im wesentlichen aber scheibenförmigen Rührorgane,
bringt bei Anwendung in diskontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühlen keine nennenswerten
Vorteile, denn die kontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühlen mit ihrem geschlossenen
System, bei dem die Mahlkörper in hoher Konzentration das freie Volumen des Behälters
fast völlig ausfüllen, unterscheiden sich im Ablauf des Mahlvorganges wesentlich
von den eingangs erwähnten.
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Die G;-ünde, die dem Einsatz der vorbeschricbcnen Rührorgane bei diskontinuierlich
arbeitenden Rührwerksmühlen mit einem geringen Anteil an Mahlkörpern und einem großen
Anteil an Mahlgutsuspension entgegenstehen, liegen darir;, daß bei einer zu hohen
Drehzahl des Rührorganes eine zu starke Auflockerung des relativ kleinen Volumens
der Mahlkörperschüttung und ein Aufschwimmen der Mahlkörper erfolgt, mit dem bekannten
Resultat, daß der Reib- und Mahleffekt erheblich gemindert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnten Rührwerksmühlen
so auszubilden, daß im Verhältnis zum Volumen der vorgelegten Nahlkörperschüttung
ein Vielfaches an Mahlgutsuspension bearbeitet werden kann, der Wirkungsgrad an
Reib- und Dispergierarbeit bei einem geringen Kraftbedarf möglichst hoch ist und
ein möglichst geringer Verschleiß am Rührorgan und an den Mahlkörpern verbunden
mit einer möglichst geringen Erwärmung der Nahlgutsuspension eintritt.
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E findungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß am vorzugsweise
ringscheibenförmigen oder ringförmigen Rührorgan im Bereich seines Rundes mehrere,
mindestens aber zwei, auf die losen Mahlkörper eine schiebende, beschleunigende
und stoßende Wirkung ausübende Verdrängungskörper angeordnet sind, die nach oben
und/oder unten über die Rotationsfläche des Rührorgans hinausragen. Die Verdrängungskörper
sind dabei vorzugsweise als Rotationskörper ausgebildet und ragen erheblich, mindestens
jedoch mit einem Viertel ihres größten Durchmessers oder ihres größten Querschnittes
über die Rotationsfläche des Rührorganes hinaus.
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Nach einem Weiterbildungsgedanken der Erfindung sind die Verdrängungskörper
im Bereich des äußeren Randes des Rührorganes in einem oder mehreren, vorzugsweise
konzentrischen
Teilkreisen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen
voneinander, oder auch ungeordnet, oder in Gruppen geordnet, angeordnet. Die Verdrängungskörper
können auch von unterschiedlicher Form und Größe, sowohl im Wechsel wie auch in
beliebiger Reihenfolge, angeordnet sein. Das ringförmige oder ringscheibenförmige
Rührorgan ist über Stege an der Rührwelle befestigt, so daß zwischen dem die Verdrängungskörper
tragenden Ring und der Rührwelle Aussparungen gebildet sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Ve-fahren, nach dem in besonders
zweckmäßiger Weise Feststoffdispersionen in Flüssigketten wie Lackfarben, Druckfarben,
Papierstreichmassen u.dgl.
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unter Verwendung der obengenannten Vorrichtung herstellbar sind.
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Das Verfahren besteht darin, daß der Behälter zu einem B>uchteil
seines Volumens mit Mahlkörpern und einem mehrfachen dieses Volumens mit Dispersionsmittel
und Mahlgut gefüllt wird und dabei die Drehzahl des Rührorganes und dessen Abstand
vom Behälterboden in Abhängigkeit von Viskosität, Menge und spezifischem Gewicht
der Mahlgutsuspension, so eingestellt werden, daß in der Zone des Behälters, die
von den Verdränkungskörpern durchlaufen wird, eine im Verhältnis zum Volumen des
übrigen Behälterinhaltes extrem hohe Konzentration der Mahlkörperschüttung erhalten
bleibt, die Mahlkörper in dieser Zone aber in einer rollenden, umlaufenden und sich
innerhalb dieser Zone zusätzlich umwälzenden Bewegung gehalten werden, dabei jedoch
eine noch ausreichende in die Umwälzung der Mahlkörperschüttung im Bereich der Zone
mit der extrem hohen Konzentration an Mahlkörpern mit einbezogene Gesamtströmung
des Behälterinhaltes erzielt wird. Bei mittlerer Viskosität des mit Dispersionsmittel
versetzten Mahlgutes (Rostschutzfarbe) wird
der Bvdenabstand des
mehr als halben Gefäßdurchmesser aufweisenden Rührorgant. etwa der halben Füllhöhe
dc Mahlkörper gewählt,wobei das Volumen des Mahlgutes mit Dispersionsmittel etwa
dem 3 bis 4fachen des Volumen der Mahlkörperfüllung beträgt und die Enddrehzahl
bei geringerer Viskosität kleiner bei höherer Viskosität größer zu wählen ist.
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Anhand der Zeichnungen sei die Erfindung an einigen Beispielen näher
erläutert.
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Dabei zeigen Fig. 1 eine Rührwerksmühle für diskontinuie--liche Areitsweise
mit stillstehendem Rührorgan, Fig. 2 die Rührwerksmühle nach Fig. 1 mit drehendem
Rührorgan, Fig. 3 das Ausführungsbeispiel eines Riibrorganes in der Draufsicht,
Fig. 4 das Rührorgan nach Fig. 3 in der Seitenansicht im S-hnitt, Fig. 5 die Seitenansicht
eines gegenüber Fig. 3 und 4 abgewandelten Rührorganes, Fig. 6 und Fig. 7 je ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Rührorganes in der Draufsicht.
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 befindet sich in einem stehenden, zylindrischen
Behälter 1, in den eine von einem nicht dargestellten Motor angetriebene Rührwelle
mit einem Rührorgan 3 eintaucht, eine Mahlkörperschüttung 5 mit einer darüber stehenden
Mahlgut suspension 6. Die Höhe der Mahlkörperschüttung entspricht etwa der doppelten
Bodenhöhe
des mit Verdrängungskörpern 4 versehenen Rührorgans.
Die rigförmig oben und unten am Rand des Rührorgans angeordneten Verdrängungskörper
sind @oppelkegelförmig ausgebildet.
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Die Anzahl 3er Verdrängungsk@ er 4 kann unter Berücksichtigung der
übrigen Merkmale des Verfahrens f@ei gewählt werden.
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Die Praxis hat gezeigt, daß bei einem B@hälte@ mit 300 Millimeter
Durchmesser, die Anordnung von je zwölf Verdrängungskörpern, ;jeweils oben und unten
im Bereich des äußeren Umfanges des Rührorganes bei der Herstellung von Rostschutzfarben
ein sehr gutes Ergebnis bringt.
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Bei Rotation den Rührorganos stellen sich bei einer bestimmten Drehzahl
die in Fig. 2 dargestellten Strömungsverhältnisse ein.
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Die Drehzahl des Rührorganes 3 und dessen Bodenabstand müssen dabei
im Verhältnis zur Menge und Gewicht der Mahlkörperschüttung 0, der Menge, Viskosität
und dem speifischen Gewicht er Mahlgutsuspension C;, sowie Anahl, Form und Größe
des Verdrängungskörper 4 sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Das drehende
Rührorgan 3 und die Verdrängungskörper 4 bewirken dabei eine Rotation der Mahlkörperschüttung
mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit, daß sich durch die Schubwirkung der Verdrngungskörper
4 und infolge der auf die Mahlkörper wirkenden Fliehkraft an der Wandung des Behälters
1 die Mahlkörperschüttung in Form einer sich in Drehrichtung des Rührorganes bewegenden
ringförmigen Wulst 5a aufbaut. Das bedeutet jedoch nicht, daß die Grenze zwischen
der Mahlkörperschüttung und der Mahlgut suspension 6 so ausgeprägt verläuft, wie
in der Zeichnung dargestellt. Auf jeden Fall aber ist die Konzentration der Mahlkörperschüttung
5 in dieser ringwulstförmigen Zone, die von den Verdrängungskörpern 4 mit einer
in Relation zu der sich ebenfalls bewegenden Mahlkörperschüttung etwas höheren (eschwindigkeit
durchlaufen wird, im Verhältnis zum restlichen
mit der Mahlgut
suspension 6 gefüllten Behältervolumen, extrem hoch.
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Die Verdrängungskörper, die diese Zone mit der hohen Konzentation
der Mahlkörperschüttung durchlaufen, iiben auf die Mahlkörper eine schiebende, beschleunigende
und stoßende Wirkung aus, so daß diese, zusätzlich zu ihrer Rotation innerhalb der
ringwulstförmigen Zone, auch untereinander in einer rollenden Bewegung gehalten
werden. Die Mahlkörperschüttung wird durch die Verdrängungskörper im Bereich der
ingwulstförmigen Zone zusätzlich auch noch in sich selbst umgewälzt, wie durch Richtungspfeile
in der Zeichnung angedeutet. Durch die Rotation und Umwälzung der Mahlkörperschüttung
in Verbindung mit der Rotation des gesamten B-hälterinhaltes entsteht,wie durch
eine sich an der Oterfläche der Ilahlgutsuspension 6 ausbildende Trombe 7 erkennbar
ist, im Zentrum der ringwulstförmigen Zone ein Unterdruck, durch den die gesamte
Menge der Mahlgutsuspension in die Umwälzung der ringwulstförmigen Mahlkörperschüttung
mit einbezogen wird. Damit wird erreicht, daß alle Teile der Mahlgut suspension
diesen Bereich, der von den Verdrängungskörpern 4 durchlaufen wird, und in dem der
wesentliche Teil an Reib- und Dispergierarbeit geleistet wird, genügend oft durchströmen.
Die Reib- und Dispergierarbeit findet dabei zwischen den umlaufenden Verdrängungakörpern
und den Mahlkörpern, zwischen den rollenden Mahlkörpern selbst und zum Teil auch
zwischen den Mahlkörpern und der Wandung des Behälters statt.
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Die Verdrängungskörper 4 sind so ausgebildet, daß eine rollende Bewegung
und Umwälzung der Mahlkörperschüttung erreicht wird, ohne diese zu sehr aufzulockern.
In dem
Ausführungsbeispiel noch Fig. 1 und 2 sind die Vnrdrängungskörper
4 als Doppelkegel, in Fig. 3 und 4 als Kugeln und in Fig. 5 als Kegel ausgebildet.
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Bei den Beispielen nach Fig. 3, 4 und () ist das Rührorgan 3 ringförmig
ausgebildet und mit Stegen 9 an einem auf der Rührwelle 2 sitzenden Mittelteil befestigt.
Die Verdrängungskörper 4 sind auf dem ringfbrmigen Teil angeordnet. Zwischen dem
Ring und den Stegen O werden hussparungen 8 gebildet.
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Die Verdrängungskorper 4 sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6
am Rührorgan 3 auf zwei konzentrischen Teilkreisen in bestimmten Abständen voneinander
auch von Tr ilkreis zu Teilkreis gegeneinander versetzt also auf Lücke stehend angeordnet.
Es ist aber auch möglich, die Verdrängungskörper in mehreren Teilkreisen und in
unbestimmten Abständen an uordnen. Ferner können ani äußeren Umfang des Rührorganes
bzw. im Bereich des äußeren Umfanges am gleichen Rührorgan 3 gleichzeitig Verdrängungskörper
4 von unterschiedlicher Form oder Größe, sowohl im Wechsel oder auch in beliebiger
Reihenfolge, oder nur auf der Oberseite des Rührorganes 3, oder nur auf der Unterseite,
oder aber auch auf der Ober- und Unterseite angeordnet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besteht das Rührorgan aus einer
Scheibe auf der Verdrängungskörper in Gruppen von drei in regelmäßigen Abständen
voneinander angeordnet sind. Die Verdrängungskörper können aber auch ungeordnet
und in unregelmäßigen Abständen vorgesehen sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle und dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist besonders Vorteilhaft, daß die Afteits<Irehzahlen des Rührorganes
und in direktem Zusammenhang damit auch der K@aftbedarf niedrig gehalten werden
können und somit der Verschule riß am Riihrorgan, den V@rdrängungskörpern und an
den Mahlkörpern gering ist.
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13 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen mit 7
Figuren
L e e r s e i t e