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Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlmühle mit einem
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flachzylindrischen Mahlraum, und Treibgasdüsen in der Mahlraumwandung,
einer Abströmöffnung im Mahlraumdeckel und einer zentrischen Kammer mit kreisförmigem
Querschnitt.
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Mühlen dieser Art sind aus der US-Patentschrift 2 032 827 bekannt
und bestehen aus einem flachzylindrischen Mahlraum mit einem peripheren Düsenring.
Dabei kann der Mahlraum so bemessen sein, daß die Höhe der Umfangswandung nur einen
geringen Bruchteil des Mahlraumdurchmessersaismacht. Den Düsenring umgibt üblicherweise
ein Verteiler, der mehrere über den Düsenring verteilte Düsen mit einem Treibgas
hohen Drucks versorgt. Diese Düsen sind derart geneigt, daß der sich bildende Gasstrom
des Mahlguts sowohl mit einer Umfangsals auch mit einer radialen Bewegungskomponente
vorantreibt und sich in dem Mahlraum eine Wirbelströmung ergibt. Die Zerkleinerung
des Mahlguts wird mindestens zum Teil von den aus den Düsen austretenden Gasstrahlen
bewirkt, weil diese die schwereren Mahlgutteilchen von der Außenseite wieder in
die Wirbelströmung hineinbringen und auf diese Weise eine Prall- und Abriebzerkleinerung
der Teilchen bewirken.
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Die bei der Verwendung von Schneckenförderern zum Einspeisen auftretenden
Probleme resultieren aus der Tatsache, daß die im Mahlraum zirkulierende Wirbelströmung
nur ein kleines oder auch gar kein Drehmoment besitzt. Zudem führt das Einspeisen
des Aufgabeguts im statischen Zustand zu einer schlagartigen örtlichen Störung der
Gleichströmung der Wirbelströmung beim Beschleunigen des Aufgabeguts bis auf die
gegebene Umfangsgeschwindigkeit.
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Üblicherweise wird das Aufgabegut mit Hilfe von an der Kammerperipherie
angeordneten Venturidüsen pneumatisch in den Mahlraum eingespeist.
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Das Einspeisen des Aufgabeguts in den Mahlraum war von Anfang an ein
schwieriges Problem. Im einzelnen ergibt sich das aus der US-Patentschrift 4 018
388; dies gilt insbesondere für die mahlgerechte Verteilung des Aufgabeguts und
dessen Wirkung auf die Wirbelströmung im Mahlraum.
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Das Einspeisen mittels Aufgabeinjektoren zielt auf eine gleichmäßigere
Verteilung des Aufgabeguts im Mahlraum, wenngleich sie auch dem Aufgabegut und dem
Treibmittel eine bestimmte Anfangsgeschwindigkeit verleihen. Injektoren eignen sich
insbesondere zum Zerkleinern freifließender Stoffe, während feuchte, viskose oder
Ausfällungsprodukte häufig zum Verstopfen der Mühle neigen.
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Die vorerwähnte Strahlmühle hat sich wegen der besseren Verteilung
des Aufgabeguts in der Praxis bewährt; sie besitzt gegenüber der Abströmöffnung
im Boden des Mahlraums eine konische Kammer, in die das Aufgabegut axial eingespeist
wird, um von der Kegelspitze radial-axial in die Sichtungszone der Wirbelströmung
zu gelangen. Auf diese Weise nimmt der zirkulierende Wirbel das Aufgabegut auf und
erstreckt sich die Wirbelströmung bis in die konische Ausnehmung. Die Folge davon
ist eine gute Durchmischung und gleichmäßige Verteilung des Aufgabeguts in der Sichtungszone.
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Obgleich die bekannte Strahlmühle eine wesentliche Verbesserung der
Aufgabegutverteilung im Mahlraum mit sich bringt, bleibt die Tatsache bestehen,
daß das Treibgas und das Aufgabegut radial und axial, gleichwohl aber wahllos und
ohne in die Zirkulationsrichtung fallend eingespetst wird. Demzufolge geht der Wirbelströmung
derjenigen Energie verlustig, die zum Beschleunigen des Aufgabeguts auf die Umlaufgeschwindigkeit
des Wirbels erforderlich ist. Nach der vorerwähnten
US-Patentschrift
soll die Wirbelströmung das Aufgabegut sogar auf eine Geschwindigkeit beschleunigen,
die größer ist als das rotierende Mahlgut im Bereich der inneren Nühlenwandung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlmühle zu
schaffen, bei der das Aufgabegut nicht mit Hilfe der Energie der Wirbelströmung
im Mahlraum beschleunigt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, das Aufgabegut
mit Hilfe eines Trägergases in eine Rotationsbewegung zu versetzen und seine kinetische
Energie auf die Wirbelströmung zu übertragen, um auf diese Weise eher mit einem
Zugewinn als mit einem Verlust an Wirbelstromenergie zu arbeiten.
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Im einzelnen besteht die Lösung darin, daß sich bei einer Strahlmühle
der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß an eine Zwischenkammer eine Speisekammer
mit einem tangential mündenden AufgabeinJektor anschließt.
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Bei der erfindungsgemäßen Strahlmühle kann ein Aufgabeguttrichter
zwischen einer Düse und einer Venturi-Düse in eine Speiseleitung münden und/oder
eine Repetierleitung zwischen dem Mahlraum und der Speisekammer verlaufen, um eine
Nachzerkleinerung zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist eine mit mindestens
einer Zuleitung versehene Vorzerkleinerungskammer, in die sowohl das Aufgabegut
als auch das Repetiergut eingeleitet werden kann. Ein Prallkörper in der Vorzerkleinerungskammer
bewirkt eine Nachzerkleinerung des Repetierguts und/oder eine Vorzerkleinerung des
Aufgabeguts. Dazu können in die Vorzerkleinerungskammer eine Repetiergutleitung
und eine Aufgabegutleitung münden.
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Die Strahlmühle kann eine kegelstumpfförmige Speisekammer mit obenliegendem
kleinstem Durchmesser und einen innenliegenden
Kragen am Ubergang
zwischen den beiden Kammern aufweisen, um unerwünschte Verunreinigungen abscheiden
zu können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch
eine erfindungsgemäße Strahlmühle, Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie
2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Horizontalschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, Fig.
4 eine Strahlmühle mit einem Teilschnitt durch eine Vorzerkleinerungskammer, Fig.
5 einen Teilschnitt durch eine andere Strahlmühle mit einer Mahlgutrückführung in
die Vorzerkleinerungskammer, Fig. 6 einen Vertikalschnitt nach der Linie 6-6 in
Fig. 5 und Fig. 7 eine weitere Strahlmühle mit einem vertikalen Teilschnitt.
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Die in Fig. 1 dargestellte Strahlmühle 10 besteht im wesentlichen
aus einem Mahlraum 12 mit einer Außenwandung bzw. einem Düsenring 14, einem Boden
16 und einem Deckel 18. Die Wandung 14, der Boden 16 und der Deckel 18 sind lösbar
mit Hilfe C-förmiger Klammern 20, 22 miteinander verklammert, um ein hohes Maß an
Wartungsfreundlichkeit zu erreichen.
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Die Mahlraumwandung 14 besitzt mehrere, gleichmäßig über den Umfang
verteilte Düsen 24, deren Längsachsen in der Horizontalen geneigt in bezug auf den
Mahlraumdurchmesser verlaufen. Demzufolge bewegt sich das durch die Düsen 24 eintretende
Treibgas mit einer Radial- und einer Umfangskomponente, so daß es im Mahlraum 12
zu einer Wirbelströmung kommt.
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Der Düsenring 14 ist von einem über eine Leitung 28 an eine Treibmittelquelle
angeschlossenen Verteiler 26 umgeben, während von dem Mahlraum 12 durch den Deckel
18 hindurch ein Abströmrohr 30 für das Mahlgut abgeht. Die Abströmöffnung liegt
dabei koaxial in bezug auf den Mahlraum 12.
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Der Mahlraumboden 16 geht in eine zentrische kegelstumpfförmige Zwischenkammer
32 über, deren größter Durchmesser in die Ebene des Mahlraumbodens 16 fällt. An
die Zwischenkammer 32 schließt sich nach unten eine Speisekammer mit einer zylindrischen
Wandung 36 und einem Boden 38 an, deren Achse vorzugsweise mit der Achse der Zwischenkammer
32 bzw. des Mahlraums 12 zusammenfällt. Die Speisekammer 34 besitzt in ihrer Wandung
36 eine Einlaß öffnung 40 mit einer tangential mündenden bzw. verlaufenden Speiseleitung
42.
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Das Aufgabegut wird aus einem Trichter 44 mit Hilfe eines aus einer
an eine nicht dargestellte Trägergasquelle angeschlossene Düse 46 strömenden Trägergasstrahls
gefördert und in einer Venturidüse 48 beschleunigt; es gelangt durch die Speiseleitung
42 bzw. die Eintrittsöffnung 40 in die Speisekammer 34.
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Der Durchmesser der Speisekammer 34 steht in einem bestimmten Verhältnis
zu der Trägergas- und der Aufgabegutmenge. Die Aufgabegut/Trägergas-Suspension tritt
tangential in die Kammer 34 ein und gelangt von dort mit einer Geschwindigkeit in
die konische Zwischenkammer 32, deren Rotationskomponente
größer
als die Vertikalkomponente ist. In zahlreichen Fällen hat sich eine Speisekammer
bewährt, deren Höhe und Durchmesser gleich sind. Andererseits sollte aber der Kammerdurchmesser
auch auf die Abmessungen der Zwischenkammer 32 abgestimmt sein, Das ist beispielsweise
der Fall, wenn der Kammerdurchmesser etwa die Hälfte des größten Kegeldurchmessers
ausmacht. Abweichungen hiervon ergeben sich beispielsweise, wenn es darauf ankommt,
unerwünschte Verunreinigungen abzuscheiden oder wenn das Trägergas Repetiergut enthält.
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Die in die Speisekammer 34 eintretende Suspension aus Trägergas und
Aufgabegut wird von der Kammerwandung 36 in eine Rotationsbewegung versetzt und
bewegt sich gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit spiralförmig nach oben in die
Zwischenkammer 32, um dort ihre Rotationsbewegung fortzusetzen und in die Wirbelströmung
des Mahlraums 12 überzugehen. Auf diese Weise addieren sich die kinetischen Energien
des ankommenden Suspensionsstroms und der Wirbelströmung im Mahlraum 12. Dabei übersteigt
die Rotationsgeschwindigkeit in der Sichtungszone naturgemäß die Umlaufgeschwindigkeit
am Rande der Eintrittsöffnung des Mahlraums. Darüber hinaus gewährleistet das axiale
Einspeisen des Aufgabeguts in die konische, zentrisch in bezug auf den Mahlraum
12 angeordnete Zwischenkammer 32 eine gleichmäßige radiale und axiale Verteilung
des Aufgabeguts in der Sichtungszone.
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Je nach Beschaffenheit des Aufgabeguts kann es vorteilhaft sein, einen
Teil des rotierenden Mahlguts abzuziehen und zu repetieren bzw. dem Aufgabegut beizumischen,
wie das in den Fig. 5 und 6 anhand einer ansonsten mit den Darstellungen in den
Fig. 1 bis 3 übereinstimmenden Strahlmühle dargestellt ist.
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Im Falle eines Mahlgutrepetierens geht von dem flachzylindrischen
Mahlraum 12' peripher eine Repetierleitung 62 ab. Über diese
Leitung
gelangt ein Teil der Treibgas/Mahlgut-Suspension aus der Wirbelströmung in dem Mahlraum
12' vor die Austrittsöffnung einer Düse 64 in einer Trägergasleitung. Das Trägergas
übernimmt und beschleunigt die Suspension in einer Venturidüse 66, von wo sie mit
hoher Geschwindigkeit in eine Vorzerkleinerungskammer 68 gelangt. Die Kammer 68
enthält einen zentrischen Prallkörper mit einer Oberfläche aus einem gehärteten
Werkstoff, beispielsweise aus Wolframkarbid, und bewirkt ein zusätzliches Aufmahlen
des Repetierguts.
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Das Aufgabegut gelangt hingegen aus einem Aufgabetrichter 72 in einen
aus einer Düse 74 austretenden Trägergasstrom und wird in einer Venturidüse 76 beschleunigt,
bis es schließlich auf den Prallkörper 70 trifft und dort vorzerkleinert wird. Das
vorzerkleinerte Mahlgut strömt mit dem Trägergas durch eine Speiseleitung 42' tangential
und mit hoher Geschwindigkeit in eine Speisekammer 34' und von dort spiralförmig
nach oben in eine Zwischenkammer 32'.
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Im Falle eines Mahlgutrepetierens sollte der Durchmesser der Speisekammer
etwa geringer sein als der größte Durchmesser der kegelstumpfförmigen Zwischenkammer
32'. Dies gilt insbesondere dann, wenn 2/5 des gesamten Gasvolumens in die Speisekammer
34' eingespeist werden. Das Gasvolumen setzt sich im allgemeinen aus dem Trägergas
für das Aufgabegut, dem über die Leitung 62 zirkulierenden Treibgasstrom und dem
durch die Düse 64 zugeführten Treibgas zusammen.
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Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Vorzerkleinerung läßt sich auch
ohne ein Repetieren von Mahlgut anwenden. In diesem Falle entfallen die Leitung
62 sowie die Düsen 64 und 66 mit der zugehörigen Leitung. Dieser Anwendungsfall
ist in Fig. 4 dargestellt; hierbei gelangt das Aufgabegut aus einem Trichter 80
in einen aus einer Düse 82 austretenden Trägergasstrom und wird in einer Venturidüse
84 so beschleunigt,
daß es mit hoher Geschwindigkeit auf einen
Prallkörper 86 mit einer gehärteten Oberfläche, beispielsweise aus Wolframkarbid,
in einer Vorzerkleinerungskammer 88 trifft. Von der Vorzerkleinerungskammer 88 gelangt
der Suspensionstrom über eine Leitung 42?? tangential in eine Speisekammer 34" und
von dort in der bereits beschriebenen Weise in eine Zwischenkammer 32".
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Bei der Verwendung von Wasserdampf als Treibmittel empfiehlt sich
im Falle einer Vorzerkleinerung eine gewisse Überhitzung.
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Beim Betrieb einer Strahlmühle der in den Fig. 5 und 6 dargestellten
Art sollte die Menge des repetierten Mahlguts größer als die Menge des Aufgabeguts
sein. Demzufolge ist auch die kinetische Energie für die Vorzerkleinerung des repetierten
Mahlguts mit Hilfe des Prallkörpers 70 größer als die kinetische Energie des Trägergases
für das Aufgabegut. Auf diese Weise ergibt sich gleichzeitig eine beträchtliche
Trocknung des Aufgabeguts mit Hilfe der trocknen, im Kreislauf geführten Suspension.
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Manch feuchtes Mahlgut neigt zu einer Ansatzbildung am Prallkörper
und schließlich zu einem klumpenförmigen Ablösen und Verstopfen der Speiseleitung
42'. In diesem Falle sollte der Prallkörper 70 entfallen und die beiden Suspensionsströme
in der Vorzerkleinerungskammer in der aus der US-Patentschrift 697 505 bekannten
Weise aufeinanderprallen.
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Dampfbetriebene Micronizer und andere Strahlmühlen lassen sich auch
zum Entfernen von Flintstein aus Kaolin im Wege eines peripheren Abziehens einsetzen.
Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß mit dem Flintstein allzuviel Kaolin verloren
geht.
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Von dem im Mahlraum zirkulierenden Mahlgut sammeln sich die Partikel
mit dem höchsten spezifischen Gewicht, dem s-chlechtesten
Zerkleinerungsvermögen
und dem größten Teilchendurchmesser an der Peripherie. Wegen der Begrenzung durch
den Düsenring 14 besitzt der Mahlgutstrom eine beträhtliche radiale Ausdehnung.
Dies ist unerläßlich, um einen ausreichenden Materialstrom vor den Düsenmündungen
zu gewährleisten, dessen Teilchen von den Treibgasstrahlen im Bereich des Düsenrings
erfaßt und während der Rotation im Mahlraum einer Zerkleinerung durch Prall und
Abrieb unterliegen. Wegen der notwendigen radialen Breite des Materialstroms läßt
sich beim peripheren Abziehen mittels herkömmlicher Strahlmühlen kein ausreichend
scharfer Selektionsschnitt ohne ein periodisches Unterbrechen der Materialzufuhr
legen. Die Unterbrechung dient dazu, unter Belassung der Verunreinigungen in der
Mühle das Mahlprodukt selektiv zu entfernen. Darüber hinaus ergeben sich Schwierigkeiten
beim Automatisieren großer, mit Dampf hoher Temperatur betriebener Strahlmühlen
einschließlich der Gefahr eines ungleichmäßigen Mahlguts. Gerade ein gleichmäßiges
Einspeisen des Aufgabeguts ist eine unerläßliche Voraussetzung für ein weitestgehend
gleichmäßiges Mahlgutkorn.
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Um auch Verunreinigungen möglichst verlustfrei abtrennen zu können,
besitzt die in Fig. 7 dargestellte Strahlmühle 90 der im Zusammenhang mit den Fig.
5 und 6 beschriebenen Art eine Repetierleitung 92 zwischen einem Mahlraum 12"' und
einer Vorzerkleinerungskammer 94. Von ihr gelangt der Suspensionsstrom über eine
Speiseleitung 42"' tangential in eine Speisekammer 100, in der er entlang der Kammerwandung
102 spiralförmig bis zu einer konischen Zwischenkammer 32''' aufsteigt.
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Bei der Strahlmühle 90 liegt die Einlaßöffnung der Repetiergutleitung
92 im Unterschied zu der Repetiergutleitung 62 der Strahlmühle 60 in einem gewissen
Abstand von dem Düsenring. Dieser Abstand gewährleistet eine geringere mittlere
Teilchengröße
des Repetierguts und verringert die Menge des mit den Verunreinigungen abgehenden
Mahlguts. In diesem Sinne wirkt auch ein anfängliches direktes Beschicken des Mahlraums
12t't mit Aufgabegut aus einem Trichter 106 mit Hilfe eines eine Düse 108 und eine
Venturi-Düse 110 durchströmenden und durch den Deckel 18"' in den Mahlraum 12" geführten
Suspensionsstroms.
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Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei höherer Gutfeuchte,
läßt sich das Aufgabegut auch tangential beispielsweise in die Öffnung einer Zwischenkammer
32"' einspeisen.
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Dies kann mit Hilfe eines Aufgabetrichters, zweier Düsen 114, 116
der bereits beschriebenen Art, einer Vorzerkleinerungskammer 118 mit einem Prallkörper
120 und einer Speiseleitung 122 in der im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen
Weise geschehen. Das Aufgabegut wird in der Kammer 118 vorzerkleinert und gelangt
über die Leitung 122 in die Zwischenkammer 32'''.
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Die Speisekammer 100 der Fig. 7 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen
Speisekammern dadurch, daß ihre Wandung 102 einen Kegelstumpf mit obenliegendem
kleinstem Durchmesser bildet. Dabei ist die obere Öffnung des Kegelstumpfs etwas
größer als die benachbarte Öffnung der Zwischenkammer 32"'.
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Auf diese Weise ergibt sich in der Berührungszone ein Innenkragen
130 zum Ableiten unerwünschter Teilchen, bzw. Verunreinigungen, die aus dem Ringschlitz
zwischen dem Kragen 130 und der Kammerwandung 100 über an ein Saugzuggebläse angeschlossene
gekrümmte Schlitze abgesaugt werden.
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Die Strahlmühle 90 läßt sich etwas einfacher betreiben als die Strahlmühle
60. Im einzelnen gelangt das Repetiergut über die Leitung 92 in die Vorzerkleinerungskammer
94 sowie von dort über eine Leitung 42"' in die Speisekammer 100.
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Die konische Speisekammer 100 und der Innenkragen 130 eignen sich
besonders zum Entfernen geringer Mengen an Verunreinigungen, wie beispielsweise
Flintstein aus Kaolin oder unerwünschten Schwefels aus Pyriten oder veraschenden
Begleitstoffen von Kohle. Vorzugsweise entspricht die Höhe der konischen Speisekammer
100 mindestens etwa dem Zweifachen ihres größten Durchmessers.
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Da das Repetiergut in die Speisekammer 100 bodenseitig und tangential
eingespeist wird, breitet es sich wä-hrend des spiralförmigen Aufsteigens in der
Kammer aus. Demgemäß ergibt sich eine sehr geringe radiale Breite des Gutstroms
an der Kammerwandung 102 wie im Falle eines peripheren Abziehens bei einer Strahlmühle
der in Fig. 5 dargestellten Art.
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Da der Suspensionsstrom infolge der Kammerkonizität nach oben hin
konvergiert, kommt es zu einer Sichtung, wenn an den Schlitzen 132 ein Unterdruck
wirksam wird. Dies ergibt sich daraus, daß sich die Teilchen mit höherem spezifischen
Gewicht und größerem Durchmesser in dünner Schicht an der Kammerwandung 102 sammeln,
während sich die feineren Teilchen im Zentrum des Suspensionsstroms sammeln und
in die Zwischenkammer 32''' gelangen. Aus diesem Grunde ist die radiale Ausdehnung
des Innenkragens 130 begrenzt, um zu verhindern, daß allzuviel Mahlgut mit den Verunreinigungen
abgezogen wird.
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Auf diese Weise erlaubt die Strahlmühle ein selektives Entfernen von
das Mahlgut begleitenden Verunreinigungen. Grundsätzlich sollte mit zunehmender
Größe der Strahlmühle auch die radiale Erstreckung des Innenkragens 130 zunehmen.
So kann beispielsweise eine auf einen Durchsatz von 1 t/h ausgelegte Strahlmühle
mit einem Mahlraumdurchmesser von 61 cm für ein Aufgabegut mit 8,' Verunreinigungen
einen 9,5 cm breiten Innenkragen aufweisen.