DE2813781A1

DE2813781A1 - Hochleistungs-ruehrwerkskugelmuehle

Info

Publication number: DE2813781A1
Application number: DE19782813781
Authority: DE
Inventors: Armin Geiger
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2813781C2; JPS60261554A; JPS6129780B2; DE2858218C2; GB1597054A; JPS53136762A; US4174074A; JPS6258780B2; CH618893A5; NL7804409A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle zum kontinuierlichen Feinmahlen und Dispergieren von in einer Flüssigkeit suspendiertem Mahlgut, mit einem drehbar angeordneten Rotor mit radial nach außen ragenden Rotor-Rührorganen, einem den Rotor umgebenden, feststehend angeordneten Stator mit radial nach innen ragenden Stator-Rührorganen, einem zwischen dem Rotor und dem Stator angeordneten, mindestens teilweise mit Mahlkörpern gefüllten Mahlraum, einer Rotor-Kühlvorrichtung zur Kühlung des Rotors und einer Stator-Kühlvorrichtung zur Kühlung des Stators. Derartige Rührwerkskugelmühlen werden insbesondere zur Aufbereitung viskoser, fließfähiger Massen in der Lebensmittelindustrie, der chemischen und der Farbindustrie verwendet. Derartige Rührwerkskugelmühlen sind bekannt und bestehen im allgemeinen aus einem stehenden, mit Mahlkörpern gefüllten, nachstehend als Stator bezeichneten Mahlbehälter und einem in diesem sich drehenden Rotor, der mit zweckmäßig geformten Rührorganen versehen ist, die die meist kugelförmigen Mahlkörper aus Stahl, Glas, Porzellan, Keramik oder ähnlichen Werkstoffen in Umlauf versetzen. Einem zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehenen Mahlraum wird gleichzeitig Mahlgut zugepumpt, das während des Durchlaufes durch die rotierende Mahlkörperfüllung Scher- und Druckbeanspruchungen ausgesetzt wird, die eine hohe Zerkleinerungsarbeit auf die Festteilchen der Suspension ausüben. Die entstehende Reibungswärme muß durch Kühlung von Stator und Rotor abgeführt werden.

Am Austritt des Mahlgutes aus dem Mahlraum sind Trennvorrichtungen vorgesehen, die einerseits das Mahlgut durchtreten lassen, andererseits aber die Mahlkörper zurückhalten.

Die Zerkleinerungskräfte wirken sich nicht nur auf das Mahlgut aus, sondern setzen auch die aktiven Teile der Mühle, wie Mahlkörper, Rührorgane und Wände einem starken Verschleiß aus. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, die Mahlkörper aus hochverschleißfesten Materialien, wie

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Wolframcarbid oder ähnlichen Hartmetallen herzustellen, damit sie eine möglichst lange Standzeit aufweisen.

Dabei muss aber andererseits in Kauf genommen werden, dass die weicheren Stähle.aus denen Stator, Rotor und Rührorgane im allgemeinen hergestellt sind, einem erhöhten Verschleiss, einer Abrasion und Dauer-Schlagbeanspruchung durch die im Strömungsmittel eingebetteten harten Mahlkörper ausgesetzt sind.

Für die gewünschte Mahlleistung bezüglich Feinheitsgrad, angestrebte Dispergierung und Durchsatzleistung sind zahlreiche Parameter massgebend, wie Wahl der Mühlengrösse, Mahlkörperfüllung in Menge und Kugeldurchmesser, Drehzahl des Rotors, Form und gegenseitiger Abstand der Rührorgane, Druck und Verweilzeit des Mahlgutes im Mahlbehälter.

In den bisher bekannten Mühlenkonstruktionen war den Möglichkeiten zur Leistungsverbesserunp durch beliebige Veränderung der oben erwähnten massgebenden Faktoren infolge des Verschleiss-Verhaltens von Wänden, Rührorganen und Mahlkörper eine enge Grenze gesetzt, um nicht einen unwirtschaftlichen Betrieb durch zu geringe Standzeiten der Mühle zu riskieren.

Bei Rührwerkskugelmühlen der vorerwähnten Gattung ist es bekannt, zur Erzielung möglichst gleichmässiger Geschwindigkeitsund Druckverhältnisse einen ringförmigen Mahlraumquerschnitt

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zu schaffen, indem der zylinderförmige Rührwerksrotor einen Durchmesser von wenigstens einem Drittel des Statordurchmessers erhält. Gleichzeitig wird durch diese Massnahme auch eine wesentliche Vergrösserung der Kühlfläche zur Wärmeabfuhr über den gekühlten Rotor erreicht (DT-AS 1 214 5l6, DT-AS 1 233 237, DT-OS 2 ^3 799, CH-PS *J59 724, CH-PS 400 73¹O.

Rührorgane die die Bewegungsenergie des Rotors auf die Mahlkörperfüllung übertragen, werden allgemein als finger-, flügel- oder zahnförmige Werkzeuge am Rotorkörper so angebracht, dass sie leicht ausgewechselt werden können.

Zur Verbesserung der Mahl- und Dispergierwirkung trägt auch die Innenwand des Stators ähnlich geformte Werkzeuge, welche die Aufgabe haben, die Relativbewegung zwischen RUhrorgan und Mahlkörperfüllung zu fördern.

Es hat sich nun gezeigt, dass bei steigender Relativbewegung im Mahlraum die Zerkleinerungsleistung wohl zunimmt, dass aber auch der Verschleiss von Rührorganen und Wänden, sowie die Erhitzung des Mahlgutes enorm zunehmen. Dadurch werden die Grenzen der Wirtschaftlichkeit des Prozesses und die höchst zulässige Temperatur des Mahlgutes oft überschritten.

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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, durch geeignete Konstruktion der Rührwerkskugelmühle, ihrer Komponenten und insbesondere der der Abführung der anfallenden Wärme dienenden Kühlvorrichtungen, sowie durch zweckmässige Wahl der Werkstoffe für die aktiven Elemente der Rührwerkskugelmühle, wie Stator, Rotor und Rührorgane, ein Verschleissverhalten zu schaffen, das bisher weder bezüglich Standzeit noch bezüglich Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit erreicht wurde.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Rotor Rotor-Rührorgane tragende Rotor-Ringelemente aufweist, welche aufeinandergereiht und auswechselbar sind und an ihren mit der Mahlkörperfüllung und dem Mahlgut in Berührung stehenden Flächen hochverschleissfeste Werkstoffe aufweisen, und dass die Rotor-Kühlvorrichtung Rotor-Kühlrippen aufweist, die Rotor-Kühlkanäle begrenzen und zur Uebertragung auf das Kühlmittel der zufolge hoher Mahlleistung vermehrt anfallenden Wärme vorgesehen sind.

Im bisherigen Bemühen um Verschleissfestigkeit wurden vorwiegend Baustähle für Rotor und Stator angewendet. Naturgemäss sind solchen Materialien jedoch bezüglich ihrer Oberflächenhärte Grenzen gesetzt, da sie entsprechend ihrer bisherigen Formgebungstechnik spanend bearbeitbar und teilweise auch schweissbar sein mussten, und andere als nur Reib- und Druckkräfte auszuhalten hatten.

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Die erfindungsgemässe neue Anwendungs- und Formgebungstechnik, die diese Bedingungen der Bearbeitbarkeit und Beanspruchungsart vermeidet, lässt der Materialwahl einen viel breiteren Spielraum. Ferner wird durch Anwendung der Kühlrippen zur Vergrösserung der Flächen, über welche die Rotorwärme auf das Kühlmittel übertragen wird, die Abführung grösserer Wärmemengen möglich, so dass die höherwertigen Werkstoffe bis zu ihren zulässigen Grenzen beansprucht werden können, und die Mahlleistung in beträchtlichem Masse gesteigert werden kann. Die Ringelemente sind zudem auswechselbar, so dass auch im Falle einer Rotorüberlastung mit sich daraus ergebendem übermässigen Verschleiss nur einfache Massnahmen zur Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Kugelmühle notwendig sind.

Diese erfindungsgemässen Merkmale können in eine Reihe von verschiedenen AusführungsVarianten eingebaut werden, von denen die wichtigsten nachstehend aufgeführt sind.

Bei"einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Rotor-Ringelemente, die angegossene Rotor-Rührorgane tragen, auf einem zylindrischen Rotor-Führungsrohr aufgereiht, welches die Rotor-Kühlkanäle an deren Innenseite begrenzt. Ein zentrales Zugorgan, welches auch als Kühlmittelrückleitung dient, steht unter Zugspannung und liefert die zur Zusammenpressung der Rotor-Ringelemente notwendige Druckkraft. In einer anderen Version werden die Rotor-Ringelemente durch Zugbolzen zwischen zwei, an den beiden Endseiten des Rotor-Führungsrohres ange-

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brachten Flanschen zusammengepresst. Die Zugbolzen stehen unter hoher Zugspannung um Wärmedehnungen der Rotorringe bei möglichst geringer Veränderung der Fugenpressung aufzunehmen. Die aneinander stossenden stirnseitigen Flächen der Ringelemente werden durch Dichtungen oder Dichtungsmasse gegen Kühlmittelaustritt geschützt. Die Flächen können auch miteinander verlötet oder geklebt sein.

Die zur Unterteilung des zwischen dem Rotor-Führungsrohr und den Rotor-Ringelementen angeordneten, vom Kühlmittel durchflossenen Ringraumes vorgesehenen Rotor-Kühlrippen können schraubenlinienförmig verlaufen, so dass sie einen fortlaufenden, vom Kühlungsstandpunkt günstigen, schraubenlinienförmig verlaufenden Rotor-Kühlkanal bilden. Sie können unmittelbar mit dem Ringelement oder dem Führungsrohr zusammen gegossen sein oder durch Aufschweissen eines Profilstabes beliebigen Querschnittes auf das Ringelement oder das Führungsrohr gebildet sein, oder durch Zerspanen geformt sein.

Der Stator kann ähnlich aus Ringelementen aufgebaut sein, die in einem äusseren Führungsrohr aneinander gereiht sind und mit diesem und radialen Rippen einen schraubenlinienförmig verlaufenden Stator-Kühlkanal bilden. Auch hier tragen die Ringelemente zweckmässig geformte angegossene Rührorgane und können durch Zugmittel zusammengehalten werden.

Die Unterteilung des Rotors und des Stators in Ringelemente kann auch so erfolgen, dass abwechslungsweise ein, angegossene Rührorgane tragendes, Ringelement auf ein solches ohne Rühr-

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organe folgt. Demgemäss ist gegenüber einem, Rührorgane tragenden- Ringelement des Rotors, ein glattes Ringelement des Stators angeordnet und umgekehrt. Beim Austausch der abgenützten Ringelemente lässt sich auf diese Weise deren unterschiedlicher Abnützungsgrad besser berücksichtigen.

Ein weiterer Vorteil dieses Rotoraufbaues zeigt sich in der Möglichkeit verschiedener räumlicher Anordnung der Rotor-Rührorgane. So lassen sich durch einfache gegenseitige Verdrehung der Ringelemente die Rührorgane beispielsweise so anordnen, dass sie gegenseitig auf Lücke stehen, oder in einer Linie parallel zur Rotorachse aufgereiht sind.

Eine solcherart erfindungsgemäss aufgebaute Rührwerkskugelmühle gestattet nun die Wahl von sehr harten Werkstoffen zur Herstellung der Ringelemente mit Rührorganen, die sich nur im Giess- oder Schleifverfahren formen lassen.

Die in Drehrichtung gesehen, vordere Kante der Rührorgane ist einer besonders hohen Ermüdungs-Schlagbeanspruchung durch den dauernden Aufprall und die Verdrängung der Mahlkörper ausgesetzt. Man hat daher in bekannten Konstruktionen solche Rührorgane als austauschbare, in den Rotor- und Statorzylinder eingeschraubte, gehärtete Stahlstifte ausgebildet. Auch hier war die Wahl der Härte des Werkstoffes begrenzt durch die Bearbeitbarkeit der Befestigung und der auftretenden Beanspruchungskräfte.

Eine weitere AusführungsVariante der vorliegenden Erfindung

sieht deshalb vor, die Rührorgane mit an die Ringelemente angein gossenen Stützzähnen auszubilden, an derenvDrehrichtung

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vorderen Kanten austauschbare Arbeitselemente befestigt sind, deren Werkstoff härter als derjenige der Stützzähne ist.

Das austauschbare Arbeitselement wird zweckmässigerweise in Form eines Stabes aus Hartmetall von rundem oder anderem Querschnitt auf den Stützzahn aufgesetzt bzw. an diesem befestigt.

Mit Rücksicht auf die bekannt schwierige Formgebung von Hartmetall werden die stabförmigen Arbeitselemente vorzugsweise hartgelötet, geklebt oder genietet.

Der Stützzahn hat die Aufgabe, dem Hartmetall-Arbeitselement eine auf Druckbeanspruchung geeignete Auflagefläche zu bieten und den sprödharten Werkstoff von Biegebeanspruchung weitgehend zu entlasten.

Weil Zugbeanspruchungen fehlen, sind insbesondere Lot- und Klebeverbindungen geeignet. Dadurch bieten sich für die Bestückung des Stützzahnes auch oxid-keramische Werkstoffe wie Aluminiumoxid (AIpO ) oder Zirkondioxid (ZrOp) an, die Härten bis zu 2'3OO Vickers aufweisen. Schliesslich sind auch gesinterte Misch-Werkstoffe z.B. Aluminiumoxid mit Wolframkarbid zum Aufkleben als Arbeitselement denkbar.

Am Fuss des Stützzahnes wird in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens das Hartmetallwerkzeug in eine Ansenkung ein-

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gelassen. Man vermeidet dadurch eine bekannte nachteilige Erscheinung bekannter Konstruktionen, dass Auflagespalten zwischen Rührstiften und zylindrischen Rotorflächen, von Mahlkörpern unterspült, dauernd erweitert werden.

Im Zusammenhang mit'möglichst intensiver Kühlung des Mahlvorganges wirkt sich nachteilig aus, dass die hochverschleissfesten Werkstoffe, insbesondere auch die oxidkeramischen, eine mehrfach schlechtere Wärmeleitfähigkeitsziffer aufweisen als Stahl.

Diesem Umstand wird dadurch begegnet, dass die Wärmeübergangsflächen von Ringelement zum Kühlmedium rotor- und statorseitig durch Anordnung von Radialrippen vergrössert wurden. Die Wärmeübergangsflächen zwischen Arbeitselement und Stützzahn einerseits und zwischen Stützzahn und Ringelement andererseits sind ebenfalls wesentlich vergrössert gegenüber den bekannten Berührungsflächen von einfachen Radialstiften.

Die Vorteile der dargelegten Erfindungsmerkmale gegenüber bisher bekannt gewordenen Rührwerkskugelmühlen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

a) Verwendungsmöglichkeit von hochverschleissfestem, hartem Werkstoff für Wandelemente, Rührorgane und Arbeitselemente.

b) Grosse Festigkeit der Arbeitselementbefestigung. Befestigungsmittel vorwiegend nur Druckbeanspruchungen ausgesetzt.

c) Keine Unterspülgefahr der Arbeitselementbefestigung wegen

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Versenkung der Auflageflächen.

d) Einfacher leichter Austausch der Ringelemente.

e) Guter Wärmedurchgang von Arbeitselement auf Stützzahn, von Stützzahn auf Ringelement und von Ringelement auf Kühlfläche.

f) Möglichkeit der mechanischen Reinigung der Kühloberfläche nach Ausbau der Ringelemente.

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Nachstehend v/erden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rührwerkskugelmuhle mit der Darstellung von Rotor und Stator in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsvariante;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Rotor- und ein Stator-Ringelement der Variante nach Fig. 1 und 2 mit angegossenen Rührorganen;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Rotor-Rührorgan mit Stützzahn und auf diesem befestigten Arbeitselement;

Fig. 5 einen Schnitt durch das Rotor-Rührorgan nach Fig. H entlang der Linie V-V;

Fig. 6 den Schnitt nach Fig. 4 in grösserem Massstab, wobei das Arbeitselement mit dem Stützzahn vernietet ist;

Fig. 7 einen Teil eines Querschnittes durch ein Rotor- und ein .Stator-Ringelement der Varianten nach Fig. 1 und mit symmetrischen Rührorganen;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Stator einer dritten Ausführungsvariante mit Varianten der Rührstabbefestigung.

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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Rührwerkskugelmühle nach der Fig. 1 besteht aus einem drehbar angeordneten Rotor 1 mit nach aussen ragenden Rotor-Rührorganen 2 und einem den Rotor 1 umgebenden, feststehend ange- ■ ordneten Stator 3 mit nach innen ragenden Stator-Rührorganen Der Rotor 1 weist auf einem Rotor-Führungsrohr 5 aufgereihte, die Rotor-Rührorgane 2 tragende Rotor-Ringelemente 6 auf, welche zwischen dem Rotor-Endstück 7 und der Büchse 8 zusammengepresst und gegen den Antriebswellenstummel 9 gedrückt sind. Die zu diesem Zweck notwendige Druckkraft wird beispielsweise durch das als Zugorgan ausgebildete, mit dem Antriebswellenstummel 9 fest verbundene Rotor-Führungsrohr 5 geliefert, dessen Endplatte IC über eine Anzahl Schrauben 11 mit dem Rotor-Endstück 7 verbunden ist. Durch Anziehen der Schrauben 11 wird das Rotor-Führungsrohr 5 unter Zugspannung gesetzt und die Rotor-Ringelemente 6 werden zusammengepresst. Der Gehäusedeckel 12 wird über den Endring 13 mittels durch strichpunktierte Linien angedeuteten Schrauben mit dem Stator 3 fest verbunden. Der Rotor 1 wird über den im oberen Lagerdeckel 14 gelagerten Antriebswellenstummel 9 von einem nicht dargestellten Motor-Getriebe-Aggregat in Umdrehung gesetzt. Der obere Lagerdeckel 14 ist über den oberen Endring 15 mittels durch strichpunktierte Linien angedeuteten Schrauben mit dem Stator 3 fest verbunden.

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Zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 3 befindet sich der Mahlraum 16 mit Mahlkörperfüllung (nicht gezeigt). Der untere Deckel 12 weist eine Einlassöffnung 17 für das Mahlgut auf. Ein zwischen dem Rotor-Endstück 7 und einer Bohrung einer zwischen dem unteren Deckel 12 und dem unteren Endring 13 fest angeordneten Platte 19 zweckmässig ausgebildeter Trennspalt 18 hat die Aufgabe, die Mahlkugeln am Austritt aus dem' Mahlraum 16 zu hindern, aber das Mahlgut praktisch ungehindert durchtreten zu lassen.

Am oberen Ende des Mahlraumes 16 ist eine Trennvorrichtung angeordnet, über welche das Mahlgut, jedoch keine Mahlkugel, in den Trennraum 21 hindurchtreten kann. Dieser letztere steht mit einer im oberen Lagerdeckel 14 vorgesehenen Austrittsöffnung 22 für das Mahlgut in' Verbindung.

Der Stator 3 weist Stator-Rührorgane 4 tragende, auswechselbare Stator-Ringelemente 24 auf. Diese sind in dem Stator-Führungsrohr 23 aufgereiht, welches an seinen Enden mit diesen fest verbundene, radial nach aussen ragende Flansche besitzt, einen unteren Flansch 25 und einen oberen Flansch 26. Die Stator-Ringelemente 24 sind zwischen dem unteren Endring 13 und dem oberen Endring 15 in Stellung gehalten, wobei einerseits der untere Flansch 25 mit dem unteren Endring 13 und dem unteren Deckel 12 und andererseits der obere Flansch 26 mit dem oberen Endring 15 und dem oberen Lagerdeckel 14, mit durch strichpunktierte Linien angedeuteten Schrauben verbunden sind. Rotor- und Stator-Ringelemente können auch auf bekannte Art, wie in Fig. 2 gezeigt, mittels einer Mehrzahl von achsparallelen Spannschrauben 111 bezw. 140 zusammengespannt werden.

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Die zur Kühlung des Rotors 1 vorgesehene Rotor-Kühlvorrichtung weist einen Zuführkanal 27, einen Rotor-Kühlkanal 28, eine Mehrzahl von diese verbindenden Verbindungskanäle 29 und einen sich an den Rotor-Kühlkanal 28 anschliessenden Abführkanal 30 auf. Der Rotor-Kühlkanal 28 verläuft schraubenlinienförmig um das Rotor-Führungsrohr 5 herum -und ist einerseits durch mit den Rotor-Ringelementen 6 zusammen gegossene, radial nach innen ragende und schraubenlinienförmig verlaufende Rotor-Kühlrippen 31, andererseits durch die Innenflächen der Rotor-Ringelemente 6 begrenzt. Der Abführkanal 30 verläuft zentral in axialer Richtung des Rotors 1 und erstreckt sich.durch den Antriebswellenstummel 9 hindurch, wogegen der Zuführkanal 27 im Antriebswellenstummel 9 als den Abführkanal 30 umgebender Ringkanal ausgebildet ist.

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Die zur Kühlung des Stators 3 vorgesehene Stator-Kühlvorrichtung weist eine im oberen Flansch 26 vorgesehene Zuführbohrung 32, eine im unteren Flansch 25 vorgesehene Abführbohrung 33 und einen mit diesen in Verbindung stehenden, um die Stator-Ringelemente 24 herum schraubenlinienförmig verlaufenden Stator-Kühlkanal 34 auf. Dieser ist einerseits durch die mit den Stator-Ringelementen 24 zusammen gegossene, radial nach aussen ragende und schraubenlinienförmig verlaufende Stator-Kühlrippen 35, andererseits durch die Aussenflächen der Stator-Ringelemente 24 und der Innenfläche des Stator-FUhrungsrohres 23 begrenzt.

Das zur Aufbereitung gelangende Mahlgut wird unter Pumpendruck über die Mahlgut-Einlassöffnung 17 und den-Trennspalt 18 in den Mahlraum 16 gefördert, durchfliesst diesen in vertikaler Richtung zur Trennvorrichtung 20 und verlässt die Mühle über den Trennraum 21 und die Austrittsöffnung 22.

Während des Durchlaufes des Mahlgutes v/erden dessen suspendierte Festbestandteile in der aktivierten Mahlkörperfüllung starken Reib- und Scherbeanspruchungen zwischen den mit hohen Geschwindigkeitsdifferenzen umlaufenden Mahlkugeln ausgesetzt. Zur Aktivierung der Mahlkugeln dienen die mit dem Rotor 1 umlaufenden Rotor-Rührorgane 2 und die entsprechenden, statorseitigen Stator-Rührorgane 4.

Die den ringförmigen Mahlraum 16 umschliessenden Ringelemente

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und 2k sind aus hochverschleissfesten Werkstoffen hergestellt .Mittels den Kühlrippen 31 und 35 werden die Wärmeübertragungsflächen zwischen dem Kühlmittel und dem Rotor 1 bzw. dem Stator 3, vergrössert, damit Rotor- und Statorkühlung trotz der zufolge hoher Mahlleistung vermehrt anfallenden Wärme und des schlechteren Wärmeleitungsvermögens der hochverschleissfesten Werkstoffe intensiv genug wird. Die Ringelemente 6 und 2k lassen sich leicht montieren und ebenso leicht demontieren. Sie können gegenseitig durch Dichtungsmasse auf ihren Stirnflächen oder durch Verlöten abgedichtet sein, um Kühlflüssigkeitsaustritt in den Mahlraum 16 zu verhindern.

In der Fig. 2 ist eine andere Variante der Ausbildung der Ringelemente 106 und 124 und deren Führung an den Führungsrohren 105 und 123 dargestellt. Die Rotor-Ringelemente 106 haben eine glatte zylindrische Innenfläche und die schraubenlinienförmig ausgebildeten Rotor-Kührippen 131 von beispielsweise rundem Querschnitt sind auf das Rotor-Führungsrohr 105 aufgesetzt, mit diesem verlötet oder verschweisst, und bilden zusammen mit den angrenzenden Flächen der Rotor-Ringelemente 106 den schraubenlinienförmig verlaufenden Rotor-Kühlkanal 128. Auf ähnliche Weise haben die Stator-Ringelemente 124 eine glatte zylindrische Aussenfläche und die schraubenlinienförmig ausgebildeten Stator-Kühlrippen 135 von beispielsweise rechteckigem Querschnitt sind in das Stator-Führungsrohr 123 hineingesetzt, mit diesem verlötet oder verschweisst, und bilden

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zusammen mit den angrenzenden Flächen der Stator-Ringelemente 124 den schraubenlinienförmig verlaufenden Stator-Kühlkanal 134.

Es können auch die Rotor-Kühlrippen 131 einen rechteckigen Querschnitt und die Stator-Kühlrippen 135 einen runden oder beliebigen anderen, zweckmässig gewählten Querschnitt aufweisen, und gegebenenfalls aus einem Stück mit dem betreffenden Führungsrohr ausgebildet sein. Ferner können bei beiden Ausführungsvarianten nach Fig. 1 und 2 mehrere schraubenlinienförmig verlaufende Rotor- und/oder Stator-Kühlkanäle vorgesehen sein, die in der Art einer mehrgängigen Schraube ausgebildet sind.

Im Querschnitt nach Fig. 3 sind die Rotor-Rührorgane 2 und die Stator-Rührorgane 4 nach den Fig. 1 und 2 sichtbar. Dabei ist die Drehrichtung des Rotors durch den Pfeil P angedeutet. Die Rührorgane 2 und 4 sind mit ihren betreffenden Ringelementen aus hochverschleissfesten Werkstoffen einteilig gegossen, wobei ihre Querschnitte und Trägheitsmomente in fusseitiger Richtung zunehmen, derart, dass sie erstens giesstechnisch leicht herzustellen sind, zweitens, dass die im Betrieb auftretenden Biegespannungen maximal zulässige Werte nicht überschreiten und drittens, dass ein gutes Wärmeleitvermögen im Uebergang vom Rührorgan zum Ringelement sichergestellt wird. Durch die Aufteilung des Rotors wie auch des Stators in Rührorgane tragende Ringelemente, ist die Möglichkeit gegeben, bei Montage durch einfaches Verdrehen der Ringelemente die Anordnung der Rührorgane vorteilhaft zu verändern. So können die Rührorgane beispielsweise statt in einer achsparallelen Linie angeordnet zu sein wie in Fig. 1.2 gezeigt, in zwei aufeinanderfolgenden Ebenen wechselseitig auf Lücke stehen.

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Da nun die in Drehrichtung gesehen vordere Kante eines Rührorgans einem besonderen hohen Verschleiss ausgesetzt ist, ist es vorteilhaft,diese Kante als auswechselbares Arbeitselement aus noch härterem Werkstoff auszuführen. Ein solches Rotor-Rührorgan 2 ist in der Fig. 4 gezeigt und besteht aus einem Stützzahn 36 und einem auswechselbaren Arbeitselement 37, welch letzteres in radialer Richtung des Rotors verläuft. Die vordere Kante des Stützzahnes 3 6 weist eine in den Fig. 5 und sichtbare Hohlkehle 38 als Auflage- bezw. Befestigungsfläche für das Arbeitselement 37 auf, welches die Form eines geraden Stabes von beispielsweise rundem Querschnitt mit abgerundeter bis flacher Spitze besitzt. Bei diesem Arbeitselement 37,

welches auch für die Stator-Rührorgane 4

vorgesehen sein kann, handelt es sich um besonders sprödharte Werkstoffe, wie Wolframcarbid- oder Molybdäncarbid-Hartmetalle, oder oxidkeramische und sintermetallische Werkstoffe, die mechanisch nicht bearbeitbar sind und nur auf Druck beansprucht werden können.

Die in den Fig. 4 und 5 angedeutete Befestigungsmethode durch Auflöten oder Kleben in die Hohlkehle 38 des Stützzahnes 3 6 kommt diesen Bedingungen in idealer Weise entgegen. Im Rotor-Ringelement ist für die Aufnahme des Arbeitselementes 37 eine Ansenkung 39 vorgesehen, damit keine Unterspülung desselben durch Erosionswirkung von Mahlkörpern und Mahlgut an seiner Auflagegrundfläche auftreten kann.

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Anstelle der Lot- oder Klebebefestigung kann das Arbeitselement 37 auf dem Stützzahn 36 mittels einer oder mehrerer Nieten befestigt sein. In der Fig. 6 ist eine solche lösbare Verbindung dargestellt, bei welcher der in das Arbeitselement 37 eingelötete Nietbolzen 40 durch eine Bohrung des Stützzahnes hindurchragt und am anderen Ende des letzteren vernietet ist. Demnach wird das Arbeitselement 37 bereits bei seiner Herstellung im Sinterverfahren mit dem Sackloch für die Aufnahme des Nietbolzens 40 versehen, und dieser im Sackloch eingelötet.

Die Kombination Arbeitselement-Bolzen entspricht dem Anlieferzustand als Ersatzteil zur Neubestückung einer Mühle. Für den Mühlenbenützer ist es alsdann sehr einfach, durch Wegbohren des Nietkopfes das alte, verschlissene Arbeitselement zu entfernen, das neue Arbeitselement mit seinen Bolzen aufzustecken und die Bolzenköpfe im Senkloch des Stützzahnes anzustauchen.

Der Querschnitt nach der F;Lg. 7 zeigt, wie auch symetrisch gebaute Rührorgane mit auswechselbaren Arbeitselernenten versehen sein können. Die Arbeitselemente 37 sind dann nicht mehr radial gestellt, sondern in einem spitzen Winkel zur Radialstellung geneigt. Dies ist notwendig, wenn das Rührorgan bei seiner Drehbewegung dem Mahlgut und den Mahl kugeln nicht nur eine tangentiale, sondern auch eine radiale Bewegungskomponente erteilen soll, was für bestimmte Zwecke von Vorteil sein kann.

In der Fig. 8 ist eine weitere Variante des Stators dargestellt, welche ein Ringelement 224 aus einem tragfähigen Stück aufweist, welches beispielsweise in rostfreiem, verschleissfestem Material, im Sandgussverfahren hergestellt ist, an seiner Aussenflache

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- ν

eingegossene, schraubenlinienförmig verlaufende Stator-Kühlrippen 235 besitzt und von einem äusseren Kühlmantel 223 umgeben ist. Das Ringelement 224 umschliesst mit dem Kühlmantel 223 einen oder mehrere schraubenlinienförmig verlaufende Stator-Kühlkanäle 234, die mit der Eintrittsöffnung 32 und der Austrittsöffnung 33 kommunizieren. Der Kühlmantel 223 ist mit dem Ringelement 224 an beiden Stirnseiten gegen Kühlmittelaustritt dicht verlötet.

Das Ringelement 224 ist mit einer Vielzahl von in radialer Richtung nach innen ragenden zylindrischen Rührstäben 236 237, 238 bestückt, von denen drei mit verschiedenen Befestigungsvarianten gezeigt sind, und die zwischen den Rotor-Rührorganen (nicht gezeigt) in verschiedenen Ebenen rechtwinklig zur Statorachse angeordnet sein können. Sie können aus mechanisch bearbeitbaren und härtbaren hochverschleissfesten Stahlsorten hergestellt sein. Für die Aufnahme der Rührstäbe ist auch hier eine Ansenkung 23 9 im Stator-Ringelement 224 vorgesehen, um eine Unterspülung durch Erosionswirkung von Mahlkörpern und Mahlgut an den Auflagegrundflächen der Rührstäbe zu vermeiden. Der Rührstab 237 ist beispielsweise mit einem Aussengewinde im Statorzylinder 224 eingeschraubt. Der Rührstab 236 zeigt eine Befestigungsvariante mit eingelötetem Gesindestift 240, der seinerseits in den Statorzylinder eingeschraubt ist. Schliesslich ist die Verbindung auch umgekehrt lösbar, indem der Gewindestift 241 in den Statorzylinder eingeschweisst und der Rührstab 238 mit seinem Innengewinde aufgeschraubt wird.

Gegebenenfalls kann das Ringelement 224 eine glatte Aussen-

fläche aufweisen und die Kühlrippen 235 von rundem oder rechtkönnen
eckigem QuerschnittMnit dem Kühlmantel 223 oder dem Ringelement 224 verlötet oder verschweisst sein, wie dies schon bei der Variante nach der Fig. 2 gezeigt wurde. Ferner können anstelle

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der Rührstäbe 236, 237, 238 eingegossene Rührorgane wie diejenigen nach der Fig. 3 oder Rührorgane mit Stützzähnen und Arbeitselementen wie diejenigen nach den Fig. 4 bis 7 bezüglich ihrer Konstruktion und ihre , Werkstoffe . vorgesehen sein.

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Claims

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PATE NTANWALTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

GEBRÜDER BÜHLER AG München, den 30.3.197 8

CH-9240 Uzwil ' S/Sv-B 2069

Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle

Patentansprüche :

r\ J Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle zum kontinuierlichen Feinmahlen und Dispergieren von in einer Flüssigkeit suspendiertem Mahlgut, mit einem drehbar angeordneten Rotor (1) mit radial nach außen ragenden Rotor-Rührorganen (2), einem den Rotor (1) umgebenden, feststehend angeordneten Stator (3) mit radial nach innen ragenden Stator-RührOrganen (4), einem zwischen dem Rotor (1) und dem Stator (3) angeordneten, mindestens teilweise mit Mahlkörpern gefüllten Mahlraum (16), einer Rotor-Kühlvorrichtung zur Kühlung des Rotors (1) und einer Stator-Kühlvorrichtung zur Kühlung des Stators (3), dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor (1) Rotor-Rührorgane (2) tragende Rotor-Ringelemente (6, 106) aufweist, welche aufeinandergereiht und auswechselbar sind und an ihren mit der Mahlkörperfüllung und dem Mahlgut in Berührung stehenden Flächen hochverschleißfeste Werkstoffe aufweisen, und daß die Rotor-Kühlvorrichtung Kühlrippen (31, 131) aufweist, welche mindestens teilweise durch die Oberfläche der Ringelemente begrenzt sind und Rotor-Kühlkanäle (28, 128) begrenzen.

2. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rotor-Ringelemente (6, 106) auf einem zylindrischen Rotor-Führungsrohr (5, 105) auf-■ gereiht sind, welches die Rotor-Kühlkanäle (28, 128) an deren Innenseite begrenzt. . _{Q Q}

DR. C. MANITZ · DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIPL.-INO. W. ORAMKOW ZENTBALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

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3. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

das Rotor-Führungsrohr (5, 105) als Zugorgan ausgebildet ist, welches unter Zugbeanspruchung die zur Zusammenpressung der Rotor-Ringelemente (6, 106) notwendige Druckkraft liefert.

4. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Stator (3) Stator-Rührorgane (4) tragende Stator-Ringelemente (24, 124) aufweist, welche aufeinandergereiht und auswechselbar sind.

5. Hochleistungs-Rührverkskugelmuhle nach Patentanspruch 2 +' 4 dadurch gekennzeichnet, dass

die Rotor- bezw. Statorringelemente so angeordnet sind, dass abwechslungsweise auf ein, Rührorgane tragendes Ringelement, ein solches ohne Rührorgane folgt.

6. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 2+4 dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander folgenden, Rühr-; organe tragenden Rotor- und /oder Stator-Ringelemente in ihrer Winkellage so gegeneinander verdreht sind, dass die Rührorgane des folgenden Ringes gegenüber dem vorausgehenden Ring auf Lücke stehen.

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1. ^oc^ileisVungs-Ru'hrwerkskugelmühle nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die Stator-Ringelemente (24, 124) in einem zylindrischen Stator-Führungsrohr (23, 123) aufgereiht sind, welches die Stator-Kühlkanäle (34, 134) an deren Aussenseite begrenzt.

8. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Stator (3) ein die Stator-Rührorgane (4) tragendes einteilig gegossenes Stator-Ringelement (224) aufweist.

9. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 8, gekennzeichnet durch

ein das einteilig gegossene Stator-Ring-Element (224) um gebendes zylindrisches Mantelblech (223), welches die Stator-Kühlkanäle (234) an deren Aussenseite begrenzt.

10. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach einem der Patentansprüche 4 und 7,
dadurch gekennzeichnet, dass

die Stator-Ring-Elemente (24, 124) bezw. das einteilig gegossene Stator-Ringelement (224) an ihren mit der Mahlkörperfüllung und dem Mahlgut in Berührung stehenden Flächen hochverschleissfeste Werkstoffe aufweisen.

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11. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rotor-Ringelemente (6, 106) mit ihren Rotor-Rührorganen (2) aus gegossenen hochverschleissfesten Werkstoffen bestehen.

12. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach den Patentansprüchen 4 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stator-Ringelemente (24, 124, 224) mit ihren Stator-Rührorganen (4) aus gegossenen hochverschleissfesten Werkstoffen bestehen.

13. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach einem der beiden Patentansprüche 11 und 12,

gekennzeichnet durch

Rührorgane (2, 4) deren hochbeanspruchte Teile im Betrieb nur unter geringer mech. Beanspruchung stehen und aus sprödharten Werkstoffen bestehen.

14. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens einige der Rührorgane (2,4) auf Stützzähnen (36) befestigte Arbeitselemente (37) aufweisen, deren Werkstoff härter als derjenige der Stützzähne (36) ist.

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15. Hochleistung.s-Rünrwerkskugeimühle nach Patentanspruch Ί.4, ' dadurch gekennzeichnet, dass

die Arbeitselemente (37) unter einem spitzen Winkel, der auch null sein kann, gegen die radiale Richtung geneigt sind.

16. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass

die Arbeitselemente (37) Rundstäbe sind.

17. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass

die Rundstäbe stirnseitig gerundet, flach oder gefast: sind.

18. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rundstäbe aus Hartmetall hergestellt sind, dessen Vickershärte den Wert HV = 1750 übersteigt.

19. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass

die Arbeitselemente (37) aus einem Werkstoff bestehen, welcher aus einer Gruppe gewählt ist, die die oxidkeramischen Werkstoffe und die gesinterten Metall-Karbidischen Mischwerkstoffe umfasst.

20. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 14, gekennzeichnet durch

eine Verbindungsart zwischen den Arbeitselementen (37) und ihren Stützzähnen (36) , die aus einer Gruppe gewählt ist, die die gelötete, die geklebte und die mechanische Verbindung umfasst.

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21. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass

das Arbeitselement (37) in einer Hohlkehle (38) ihres Stützzahnes (36) aufliegend befestigt ist.

22. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 14, gekennzeichnet durch

Arbeitselemente (37), die zur Vermeidung ihrer Unterspülung an ihrem fusseitigen Ende in eine Ansenkung (3 9) ihres Ringelementes eingelassen sind.

23. Hochleistung-Rührwerkskugelmühle nach PatentansDruch 8, gekennzeichnet durch

eine Vielzahl von als Stator-Rühroraane vorgesehene, in radialer Richtuna nach innen ragenden, zwischen die Rotor-Rührorgane eingreifenden zylindrischen Rührstäben (237), die in die Wand des einteilig gegossenen Stator-Ringelementes (224) eingeschraubt, und zur Vermeidung ihrer Unterspülung in eine in der Wand vorgesehene Ansenkung (239) eingelassen sind.

24. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rührstäbe (236) auf zylindrische Gewindebolzen (240) aufgelötet sind, die ihrerseits in die Wand des Stator-Ringelements (224) eingeschraubt werden.

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25. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rührstäbe (238) mit Innengewinde angeschraubt sind an nach innen vorstehenden Gewindebolzen (241), welche ihrerseits in der Wand des Stator-Ringelementes (224) befestigt sind.

26. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 1 und einem oder mehreren der Patentansprüche 2, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine der Kühlvorrichtungen mindestens einen von flüssigem Kühlmittel durchströmten schraubenlinienförmig verlaufenden Kühlkanal (28, 34; 128,134; 234) aufweist, der durch die Kühlrippen, die Wände der Ringelemente und ein Führungsrohr (5, 23; 105, 123) bezw. Mantelrohr (223) begrenzt ist.

27. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 26, gekennzeichnet durch

mit ihren Ringelementen aus einem Stück gegossene Kühlrippen.

28. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 26, gekennzeichnet durch

mit ihren Ringelementen verlötete oder verklebte Kühlrippen.

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29. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 26, gekennzeichnet durch mit einem Führungsrohr bezw. Mantelrohr aus einem Stück gegossene Kühlrippen.

30. Hochleistungs-Rührwerkskugelmühle nach Patentanspruch 26, gekennzeichnet durch mit einem Führungsrohr bezw. Mantelrohr verlötete oder verschweisste Kühlrippen.

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