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Dr. Eberhard Gock
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(Dr.-Ing.) Angerburger Allee 55 1000 Berlin 19 Stefan Michaelis (Dipl.-Ing.)
Röntgenstr. 10 1000 Berlin 10 Klaus Täubert (Maschinenbaumeister) Rothenburgstr.
9 1000 Berlin 41 Drehkammer - Schwingmühle Die Erfindung betrifft die Umgestaltung
des Mahlraums von Schwingmühlen derart, daß mit der Mahlkörperfüllung ein freibeweglicher,
als Kammerrad ausgebildeter Einsatz eingebracht wird, der unter der Voraussetzung
eines ausreichenden Mahlkörperfüllungsgrades beim Mühlenbetrieb synchrone Drehbewegungen
mit der Mahlkörperfüllung ausführt und mit diesem Drehkammereffekt durch ein zusätzliches
Konvektions-Mischen die bei den herkömmlichen Schwingmühlen infolge von ELAM mischungseffekten
stark herabgesetzte Zerkleinerungswirksamkeit aufhebt und den Wirkungsgrad entschoidend
verbessert.
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Wie bekannt ist, bestehen Schwingmühlen aus zylindrischen, trogähnlichen
oder muldenförmigen, auf Gummipuffern oder in Federn aufgehängten Gefäßen, die bei
den üblichen Bauarten durch eine umlaufende Unbalance kreisschwingende Bewegungen
mit mehrfacher Schwerebeschleunigung ausführen. Dabei wird das in den Mahlbehältern
zwischen den Mahlkörpern befindliche Mahlgut vorwiegend stoßend beansprucht und
somit zerkleinert
Die Summe der Stoßenergien der Mahlkörper in einer
Schwingmühle bildet ein Energieverteilungsspektrum. Energiereiche Stöße treten in
den wandnahen Mahlkörperschichten, d. h. in unmittelbarer Nähe der impulserteilenden
Mahlbehälterwände auf. Durch den Energieverlust bei der Impulsfortpflanzung bedingt,
werden die Mahlkörperzusammenstöße zum Zentrum der Mahlkörperpackung hin sowie in
den oberen Mahlkörperschichten energieärmer.
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Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, die Zonen energieärmerer
Mahlkörperzusammenstöße möglichst klein zu halten bzw.
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das Verhältnis der impulserteilenden Wandflächen zur Mahlkörpermasse
groß zu gestalten, da bis heute die Breite des Energieverteilungsspektrums als entscheidende
Ursache für den geringen Wirkungsgrad -von - Schwingmühlen angesehen wird.
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Eine Möglichkeit, Zonen geringer Energieübertragung entgegenzuwirken,
besteht z. B. darin, daß frei bewegliche, große zylindrische Hohlkörper in die Mahlkörpermasse
eingebracht werden (Offenlegungsschrift 2201946). Die Konsequenz dieser Überlegung
war dann, Rohrschwingmühlen statt mit Rohren großer Durchmesser mit mehreren Rohren
kleiner Durchmesser auszurüsten, die parallel oder hintereinandergeschaltet sind
(Gäwmerler, H.: Einrohr- und Sechsrohrschwingmühlen als Begrenzung einer Typenreihe
für den Produktionseinsatz, Aufbereitungstechnik 1973, S. 173/175).
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Ein anderer Weg zur Vermeidung energiearmer Mahlkörperzusammenstöße
im Zentrum der Mahlkörperfüllung wird mit dem Einbau von feststehenden Zentralrohren
in die Mahlbehälter von Schwingmühlen versucht (DP 1607 586.8-23 (S 108055)). Ein
ähnlicher Vorschlag sieht mindestens einen in Richtung der Behälterachse in der
Mahlkörperfüllung angeordneten Erregerkörper vor, der über Stützelemente oder starre
Verbindungen den Kontakt mit der Mahlbehälterwand herstellt (Auslegeschrift 2006789,DP)
bzw. über Stützelemente mit demSchleißbleah fest verbunden ist.
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(Offenlegungsschrift 2260 830, DP).
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Neben dem Einbau von festen Erregerkörpern wird versucht, das Energieverteilungsspektrum
durch den Einbau eines gummierten Deckleitbleches, das den Mahlkörpern zusätzlich
eine Beschleuv nigung erteilt, günstig zu beeinflussen (Patentschrift Nr. 701744,
Deutsches Reichspatentamt). Eine weitergehende Konstruktionsidee ist die Aufteilung
des Mahlraums von Schwingmühlen mit Hilfe einer festen Trennplatte, wobei eine Steuerzone,
die im wesentlichen den Bewegungsablauf der Mah7köxperfüllung beeinflußt und eine
Mahlzone mit schmalem Energieverteilungsspektrum-entstehen (DP 2332515).
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Der entscheidende Nachteil bei allen dargestellten konstrukt ven Veränderungen
des Mahl raums von Schwingmühlen ist, daß diese Maßnahmen ausschließlich auf die
Beeinflussung der Bewegungsvorgänge der Mahlkörpermasse abzielen, ohne daß die Bedingungen
für den Mahlguttransport Berücksichtigung finden.
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Aus Untersuchungen zum Bewegungsablauf in Schwingmühlen ist bekannt,
daß unter der Voraussetzung eines bestimmten Mühlenfüllungsgrades die gesamte Mahlkörpermasse
in eine einheitliche Umlaufbewegung entgegen der Drehrichtung des Schwingungserregers
gerät; jede Kugel dreht sich dabei mehr oder minder schnell um ihre eigene Achse,
am Gefäßrand schneller als in der Mitte des Mühlenquerschnitts (Gründer, W.: Entwicklung
und Arbeitsweise der Kugelschwingmühlen, Bergbau (1940). S. 107 ff; Hochschulfilm
Nr. C 205).
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Es kann vorausgesetzt werden, daß der Mahlguttransport und die Beanspruchungswahrscheinlichkeit
entscheidend von diesem Bewegungsmechanismus abhängig sind. In Gegenwart von festen
Einbauten im Mahlraum von Schwingmühlen wird im allgemeinen der einheitliche Umlaufvorgang
der Mahlkörperrnasse gestört, diese Störung äußert sich entweder durch die Verringerung
der Umlaufgeschwindigkeit oder durch den Übergang zu ungerichteten Bewegungen der
Einzelmahlkörper.
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Vergleicht man den Mahlguttransport in Schwingmühlen mit einem Mischvorgang,
so besteht der Durchmischungseffekt in der Relativbewegung zwischen Mahlkugeln und
Mahlgut. Zur Gewährleistung einer statistischen Beanspruchungswahrscheinlichkeit
müßte es sich bei diesem Mischvorgang um ein Konvektions-Mischen handeln, das einen
groben Konzentrationsäusgleich über das gesamte Mühlenvolumen erzeugte. Die beim
Schwingmühlenbetrieb je nach Erregerrichtung lokalisierte Zone erhöhten Verschleißes
und bevorzugter Anbackungen weist jedoch darauf hin, daß durch erhöhte Konzentration
des Mahlgutes eine lokale Hauptbeanspruchungszone entsteht. Bei Annahme des Vorgangs
eines Konvektions-Mischens ist dann die Ausbildung einer Hauptbeanspruchungs zone
auf Entmischungseffekte zurückzuführen.
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Der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
durch konstruktive Maßnahmen den Mahlguttransport in Schwingmühlen derart zu beeinflussen,
daß ein Konzentrationsausgleich über das gesamte Mühlenvolumen erreicht wird.
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Dies geschieht gemäß dem Gegenstand der Erfindung dadurch, daß mit
der Mahlkörperfüllung ein freibeweglicher, als Kammerrad ausgebildeter Einsatz eingebracht
wird, der unter der Voraussetzung eines ausreichenden Mahlkörperfüllungsgrades beim
Mühlenbetrieb synchrone Drehbewegungen mit der Mahlkörperfüllung ausführt und mit
diesem Drehkammereffekt durch ein zusätzliches Konvektions-Mischen die Herabsetzung
der Beanspruchungswahrscheinlichkeit des Mahlgutes als Folge von-Entmischungsvorgängen
verhindert.
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Aus den in Abb. 1, 2 und 3 dargestellten Schemata ist die Wirkungsweise
zu erkennen. Danach werden in die Behälter von Rohrschwingmühlen (1) Rammerräder
unterschiedlicher Ausbildung eingebracht. Abb. 1 zeigt das Prinzip eines axial angeordneten
Kammerrades mit Y-förmig ausgebildeten-Schaufeln (2).
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Der Umlauf (3) des freibeweglichen Kammerrades erfolgt entsprechend
dem
Durchmesser zentrisch synchron mit der Drehbewegung der Mahlkörperfüllung (4) entgegen
der Drehrichtung des Erregers (5). Das Prinzip einer kleineren Ausführung ist in
Abb. 2 dargestellt. Die Bewegungsbahn (3) dieses frei beweglichen Kammerrades (2)
ist auf Grund der bei der Dreh bewegung der Mahlkörperfüllung (a) herrschenden Zentrifugalkräfte
exzentrisch, so daß bevorzugt der Mahlguttransport im Bereich der Mahlbehälterwand
unterstützt wird Eine dritte Variante zeigt Abb. 3. Dabei ist das Kammerrad (2)
auf zwei kreisringförmige Scheiben (6) reduziert, zwischen denen sich vier Schaufeln
befinden, die im Gegensatz zu den Konstruktionsschemata in Abb. 1 und 2 keinen mittigen
Kontakt besitzen. Die Lage der Bewegungsbahn (3) mit der Drehrichtung der Mahlkörpermasse
(4) wird vom Durchmesser der Scheiben (6) an den Stirnflächen des Kammerrades bestimmt
und kann somit zentrisch oder exzentrisch sein Das Einbringen der beschriebenen
Kammerräder in Rohrschwingmühlen kann ohne Konstruktionsänderungen erfolgen. Zur
Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität in axialen Richtung wird jedoch das
Arbeiten mit einzelnen hintereinander angeordneten Elementen, die eine bestimmte
Länge nicht überschreiten, vorgeschlagen.
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Gegenüber dem herkömmlichen Schwingmühlenbe trieb ergeben sich beim
Einsatz eines freibeweglichen Kammerrades folgende wesentlichen Vorteile: 1. Herabsetzung
des Anergiebedarfs durch den Konzentrationsausgleich des Mahlgutes über das gesamte
Muhlenvolumen 2. Erhöhung des Durchsatzes durch Erhöhung der Beanspruchungswahrscheinlichkeit
des Mahlgutes 3. Vermeidung von Zonen erhöhten Verschleißes und bevorzugter Anbackungen
durch Verhinderung lokaler Entmischungseffekte im Mahlraum.
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4. Erhöhung der Grenze des zulässigen Feuchtigkeitsgehaltes des Mahlgutes
bei der Trockenmahlung als Folge der auftretenden Konvektions-Mischung 5. Gezielte
Beeinflussung der Transportgeschwindigkeit des Mahlgutes in axialer Richtung durch
Form und Größe des Einsatzes.
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Neben den genannten Vorteilen bietet das Drehkammerprinzip die Möglichkeit,
derart ausgerüstete Schwingmühlen auch als Mischer im Feinstkornbereich einzusetzen,
wobei durch die Kombination von Zerkleinerungs- und Mischwirkung ein agglomerationsfreies
Mischen im Kurzzeitbetrieb erfolgen kann.
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Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Drehkammer-Schwingmühle gegenüber
einer herkömmlichen Rohrschwingmühle kann am besten am Energieaufwand für ein speziefisches
Zerkleinerungsziel demonstriert werden. Das Zerkleinerungsziel ist hier der durch
Röntgenfeinstrukturmessungen bestimmbare Beanspruchungsgrad eines Zinkblendekonzentrates
ausgedrückt durch das Verhältnis der Röntgenbeugungsintensitäten an der Gitterebene
111 des durch Schwingmahlung zerkleinerten Materials (I) zum definierten Ausgangsmaterial
(Io). I/Io ist eine Summenkennnzahl, der ein bestimmtes Reaktionsverhalten wie z.
B. eine bestimmte Lösbarkeit in H2S04 mit bestimmter Konzentration in Gegenwart
von Fe -Ionen zugeordnet ist. Einzelheiten zu dieser Meßmethode siehe: Gock, E.:
Maßnahmen zur Verringerung des Energiebedarfs bei der Schwingmahlung, Aufbereitungstechnik
Nr. 6 1979, S. 343 ff.
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Die Untersuchung wurde mit einer Rohrschwingmühle bei einer Erregerdrehzahl
von 1470 min einer Amplitude von 7 mm, einem Mahlkugeldurchmesser von 25 mm und
einer Mahlkörperfüllung von 80 % durchgeführt.
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Tabelle l:
| Mühlentyp Röntgen , Massen- Energieaufwand |
| Intensitäten Verhältnis |
| I/Io M/m+) kWh/t |
| Rohrschwing- |
| mühle 0.4 46.7 276 |
| Drehkammer- |
| Schwingmühle 0.4 46.7 168 |
) M = Mahlkörpermasse m = Mahlgutmasse Aus dem in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnis
geht hervor, daß zum Erreichen des gleichen Zerkleinerungsgrades der Energiebedarf
für die erfindungsgemäße Drehkammer-Schwingmühle ca.
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39 % geringer ist als für eine Rohrschwingmühle herkömmlicher Bauart.
Für eine große Zahl hydrometallurgischer Veredlungsverfahren, für die die Erzeugung
von Aktivierungszuständen Voraussetzung sind, und die bisher wegen des hohen Energiebedarfs
der herkömmlichen Schwingmühlenbauarten wirtschaftlich nicht durchgeführt werden
können, bildet die Anwendung des erfindungswesentlichen Drehkammerprinzips einen
Weg zur Realisierung. Der technische Fortschritt der Drehkammer-Schwingmühle liegt
im wesentlichen in der Erfüllung der Bedingungen zur Erzeugung von Aktivierungszuständen.
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Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele nach dem Gegenstand
der Erfindung für eine Rohrschwingmühle mit einem Mahlrohrdurchmesser von.300 mm
und eine Länge von 2000 mm angegeben.
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Abb. 4 zeigt ein Einsatzelement entsprechend dem in Abb. 1 dargestellten
Prinzip. Die Abmessungen sind: Durchmesser 290 mm (6), Länge 650 mm (7), Anordnung
der Flügel zueinander 120 ,
Pufferdurchmesser an den Stirnflächen
90 mm (9). Für die angegebene Mahlrohrlänge sind insgesamt drei Rammerradelemente
(2) erforderlich.
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Um bei Kammerrädern geringer Durchmesser bei Verwendung mehrerer Elemente
eine gegenseitige Behinderung auszuschließen, erhält entsprechend Abb. 5 bzw. 6
der Einsatz die Form eines Kubus' bzw. einer Kugel; die Kantenlänge (10) beträgt
180 mm, der Durchmesser (all) 150 mm (Prinzip siehe Abb. 2).
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Abb. 7 ist eine Ronstruktion für das in Abb. 3 dargestellte Prinzip.
Die Abmessungen sind folgende: Außen- bzw. Innendurchmesser der kreisringförmigen
Scheiben (12) 270 (13) bzw.
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180 mm (14), Breite der Flügel 90 mm, Anordnung der Flügel zueinander
90 ° (15), Gesamtlänge 1000 mm (16).
Leerseilte