DE3526724A1 - Perlsandmuehle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Perlsandmühlen mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.
Perlsandmühlen mit durch den Mahltrog und Rührzylinder gebildeten Mahlräumen sind bekannt. Es wurde auch schon vorgeschlagen, den ringförmigen Mahlraum durch glattwandige, scheiben- oder kegelmantelförmige Rotor- und Statorimpeller in enge, radiale Mahlspalte zu unterteilen. Die damit erzeilbare Energiedichte ist hervorragend, solange über der Mahlspaltbreite gleiches Geschwindigkeitsgefälle entsprechend einer Couette-Strömung gewährleistet ist. Leider ist diese Voraussetzung bei dem aus Mahlgutfeststoff, Mahlgutflüssigkeit und Mahlkörper bestehenden Mahlgemenge wegen nicht Newtonschen Fleißverhaltens praktisch nicht gegeben. - Weiterhin kann der Mahleffekt auch deshalb nicht voll genutzt werden, weil die Mahlkörper bei den langen Mahlspaltwegen durch die Fließgeschwindigkeit des Mahlgutes zu stark zum Auslaß gedrückt werden, was zu einer die Mühlenfunktion unterbindenden Blockade des Perlsandes führt. Je größer die Durchsatzleistungen bzw. die Mühlen gewählt werden, desto gravierender treten diese Nachteile auf.

Die Erfindung setzt es sich zur Aufgabe, eine Perlsandmühle so zu gestalten, daß die Energiedichte weitgehend unabhängig vom Fließverhalten des Mahlgemenges einheitlich ist, daß Perlsandblockaden trotz der gewollten engen Mahlspalte im praktischen Anwendungsbereich ausgeschlossen sind und daß die Werte von Testmühlen aussagesicher auf große Mühlen übertragbar sind.

Demzufolge wird vorgeschlagen, die Rotor- und Statorimpeller mittels von der Vorder- zur Rückseite reichender Durchlaßöffnungen zu strukturieren. Dadurch wird dem Mahlgemenge einerseits unabhängig von der Viskosität der Mahlgutflüssigkeit und dessen Adhäsion zu den Impellern durch direkte Beaufschlagung der Mahlkörper eine intensive Bewegung aufgezwungen und zum anderen dem Mahlgut die Möglichkeit gegeben, den Mahltrog langsam ohne Perlsand mitzureißen axial zu durchwandern. Die intensive Mahlgemengebewegung im gesamten Mahlspalt garantiert eine hohe, gleichmäßige Energiedichte und die langsame axiale Fließgeschwindigkeit erlaubt, unterstützt durch eine starke Mischbewegung im Mahlspalt, hohe Mahlgutdurchsätze ohne Perlsandblockaden. Die Durchlaßöffnungen sollten etwa 20 bis 60% der Rotor-Statorimpellerflächen ausmachen und relativ gleichmäßig verteilt sein. Die Durchlaßöffnungen können größer als der Mahlkörperdurchmesser und ggf. zur Beeinflussung der Perlsandverteilung auch in bekannter Weise mit Förderimpulsen versehen sein. Die Durchlaßöffnungen können aber auch kleiner als der Mahlkörperdurchmesser sein. Das erlaubt in Verbindung mit einem Wandabstand der Impeller von weniger als dem halben Mahlkörperdurchmesser eine Füllung der Mahlspaltkammern mit dem Mahlfortschritt angepaßten Mahlkörper nach Größe und Wichte. Auch grobkörniges Mahlgut kann so zu längerer Beanspruchungs-Verweilzeit gezwungen werden. Schließlich erübrigt eine solche Gestaltung eine besondere Trennvorrichtung und Rücklaufsicherung für den Perlsand am Mahlgutein- und -auslaß des Mahltroges. Für Modellvergrößerungen werden isokinetische Mahlbewegungen durch Beibehaltung der Mahlspaltweiten, der Durchlaßweiten, des Flächenverhältnisses der Durchlaßöffnungen zum Impeller und der Umfangsgeschwindigkeiten vorgeschlagen. Weitere Einzelheiten sind den Zeichnungen und deren Erläuterungen zu entnehmen.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Perlsandmühle. 1 ist der Mahltrog, 2 der Rührzylinder, angetrieben über die Welle 3. An der Stirnwand 4 befindet sich der Mahlgutzulaufstutzen 5. Über den Spalt zwischen Stirnwand 6 und Scheibe 7, der den Perlsand zurückhält, tritt das Mahlgut aus dem Trog und verläßt über den Auslaßstutzen 8 die Mühle. Der Dirchtring 9 verhindert Mahlgutaustritt an der Welle 3. Im Bild links sind kegelmantelförmige Statorimpeller 10 und Rotorimpeller 11 dargestellt. Im Bild rechts sind ringscheibenförmige Statorimpeller 12 und Rotorimpeller 13 dargestellt. Alle Impeller haben axiale Durchlaßöffnungen. Der Hauptanteil des Mahlgutes fließt deshalb in Richtung der achsparallelen Pfeile und nur ein kleiner Anteil in Richtung der radialen Mahlspalte.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Rotorimpeller mit zwölf Beispielen von Durchlaßöffnungen. Die Darstellung gilt analog auch für Statorimpeller. 15 sind Durchgangslöcher verschiedenen Durchmessers, 16 radiale, 17 tangentiale und 18 konzentrische Langlöcher. 19 sind rechteckige, 20 trapezförmige radiale Blattflügel, 21 rechteckige und 22 trapezförmige tangentiale Blattflügel. 23 sind radiale, 24 gekrümmte ggf. federnde, dünne Stifte. 25 symbolisiert ein Schlitzblechsieb, 26 ein Maschensieb. 27 symbolisiert ein Federringsystem, das ggf. mit Eigenspannung auf den Rührzylinder aufgeschoben oder in den Mahltrog eingeschoben werden kann. 28 zeigt, daß auch ein aus Grobkorn gesinterter Impeller Verwendung finden kann. - 29 zeigt einen Verstärkungsring, der vorwiegend an der Impellerperipherie angeordnet, zur Sicherung von Blatt-, Stift- und anderen Impellern dient.

Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt des ringförmigen Mahlraumes mit elastisch auf die Trogwand gedrückten Gleitelementen. Zur Aktivierung des wandnahen Mahlgemenges und zur Verbesserung des Wärmeüberganges hat man schon Impellerabstände von etwa dem halben Mahlkörperdurchmesser vorgeschlagen. Für kleine Mahlkörper ist dieser Vorschlag aus Toleranzgründen nicht realisierbar. An die Trogwand angepreßte Gleit- bzw. Räumelemente arbeiten auch bei kleinsten Mahlkörperdurchmessern einwandfrei. - 1 ist wieder der Trog, 2 der Rührzylinder und 3 die Welle. Der pflugartige Gleitstein 31 wird mit seinem Haltebolzen 32 in der am Rührzylinder 3 befestigten Buchse 33 geführt und durch die Schraubenfeder 34 gegen den Trog 1 gedrückt. Der Gleitstein 36 wird mit seiner Hülse 37 auf dem Bolzen 38 geführt und mit der Schraubenfeder 39 gegen den Trog gedrückt. - Der Gleitstein 41 wird mit dem vom Rührzylinder 2 kommenden Federstab, der Gleitstein 43 mit dem vom Impeller 45 kommenden Federstab gegen die Trogwand 1 gedrückt. - Der Gleitstein 48 ist an dem Impellerarm im Gelenk 48 drehbeweglich angebracht und wird durch Strömungsdruck gegen die Trogwand 1 gedrückt.

Fig. 4 ist ein Teillängsschnitt einer Mühle für größere Mahlkörper mit drei Impellerbeispielen. 1 ist wieder der Mahltrog und 2 der Rührzylinder. 50 ist ein Rotorstift, der durch den Stürzring 51 gegen Bruch geschützt ist. Der Statorstift 52 trägt den Stürzring 53, der den Rührzylinder 2 in engem Abstand umschließt. Das hat dann Sinn, wenn der Abstand der in Statorimpellerebene liegenden Stifte durch entsprechende Krümmung enger ist als der Mahlkörperdurchmesser. - Der Siebrotorimpeller mit seinem Stützring 55 und der Siebstatorimpeller 56 mit seinem Stützring 57 bilden eine geschlossene Kammer für die Mahlkörper. - Die Statorimpeller 58 bilden mit dem Rotorimpeller 59 zwei Mahlkörperkammern, die hier als Beispiel mit den unterschiedlich großen Mahlkörpern 60 und 61 gefüllt sind.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Perlsandmühle mit stärkerer Nutzung des Zentrifugaleffektes. 65 ist die äußere, 66 die innere Trogwand. Das Mahlgut wird durch den Stutzen 5 zugegeben, durchläuft den Trograum in Richtung der achsparallelen Pfeile und tritt durch den Stutzen 8 wieder aus. Der einseitig offene Rührzylinder 67 teilt in der unteren Bildhälfte den Mahltrog in die eigentliche Mahlkammer mit den Statorimpellern 68 und den Rotorimpellern 69 und einen Rücklaufspalt zwischen Trog 65 und Rührzylinder 67, der sich bei gekühlten Wänden ausgezeichnet zur Rückkühlung verwenden läßt. - In der oberen Bildhälfte ist statt des Rücklaufspaltes eine Nachmahlkammer mit den Statorimpellern 70 und den Rotorimpellern 71 vorgesehen. Die Zentrifugalkräfte in der Hauptmahlkammer lassen sich erheblich mit der Drehzahl des Rührzylinders 67 steigern, wenn der innere Trogmantel 66 als zweiter Rührzylinder ausgebildet mit entsprechender Differenzdrehzahl vor- oder nachläuft.

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine Mühle mit axial ausziehbaren Stator- und Rotorimpellern. Von Ausnahmen abgesehen können bei der Impellergestaltung nach Fig. 2 die Mahltröge nicht ohne Schwierigkeiten vom Rührzylinder getrennt werden. Als Ausweg wird vorgeschlagen, die geteilten Statorimpeller 75 an den in der Trogwand geführten Stäben 76 und die Rotorimpeller 77 an den im Rührzylinder 2 geführten Stäben 78 zu befestigen. Nach Abnahme einer Trogstirnwand lassen sich die Rotor- und Statorimpeller an diesen Stäben leicht für eine Kontrolle, Reinigung oder Erneuerung herausziehen.

Fig. 7 demonstriert eine isokinetische Vergrößerung der Mahltrogquerschnittfläche im Verhältnis 4 : 1. Der Testtrog 80 und sein Rührzylinder 81 sind im Durchmesser gemäß 80 und 81 der gewünschten Größe verdoppelt worden. Die Blattimpeller 82 werden unter Beibehaltung ihres Querschnittes gemäß 82 in der Länge und Anzahl verdoppelt. Die Umfangsgeschwindigkeiten u und u bleiben gleich, ebenfalls der Abstand zwischen den Rotor- und Statorimpellern, was bei gleichen kinetischen Verhältnissen die gleiche Energiedichte und damit für den vierfachen Durchsatz die gleiche Mahlgutfeinheit garantiert.

Claims (22)

1. Perlsandmühle zum kontinuierlichen, nassen Feinstmahlen, bestehend aus einem in beliebiger Lage betreibbaren, ggf. temperierbaren, geschlossenen Mahltrog, in dem ein ggf. temperierbarer Rührzylinder schnell umläuft, Trog und Rührzylinder mit ringscheibenförmigen oder kegelmantelförmigen, dünne Mahlspalte bildenden Rotor- und Statorimpellern versehen, der Trogfreiraum zu 60-95% mit kleinen Mahlkörpern gefüllt, das eine Trogende mit einem Materialzulauf, das andere Trogende mit einem ggf. mit Mahlkörperrückhaltevorrichtung kombinierten Materialauslauf ausgerüstet, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor- und Statorimpeller von der Vorder- zur Rückseite reichende Durchlaßöffnungen besitzen.

2. Perlsandmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Durchlaßöffnungen etwa 20-60% der Ringscheiben- oder Kegelmantelfläche beträgt.

3. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller mit runden Durchlaßöffnungen.

4. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller mit radialen, tangentialen oder konzentrischen Langlöchern.

5. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller aus Schlitzsieben.

6. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller aus Drahtsieben.

7. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller mit radial oder gekrümmt angeordneten, dünnen Stiften.

8. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Blattflügelimpeller.

9. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller aus Drahtfederwindungen.

10. Perlsandmühle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Impeller aus großporigen Sintermaterialien.

11. Perlsandmühle nach Ansprüchen 3 bis 10, gekennzeichnet durch reifenartige, vorwiegend an der Peripherie angeordnete Impellerverstärkungen.

12. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch Impeller mit durch Feder- und/oder Strömungsdruck an die Trog- und/oder Rührzylinderwand angepreßten Gleitelementen.

13. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch Impeller mit Durchlaßöffnungen kleiner als der Mahlkörperdurchmesser.

14. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch Impeller mit einem Abstand von Trog- und/oder Rührzylinderwand kleiner dem halben Mahlkörperdurchmesser.

15. Perlsandmühle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlspaltkammern mit dem Mahlfortschritt angepaßten Mahlkörpern gefüllt sind.

16. Perlsandmühle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe der Mahlspaltkammern den Mahlkörperdurchmessern angepaßt ist.

17. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor- und Statorimpeller an vorzugsweise in Trog- und Rührzylindernuten geführten Stäben befestigt, gemeinsam aus dem Mahltrog ausziehbar sind.

18. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der in Fließrichtung letzte Rotor- und/oder Statorimpeller als Mahlkörperrückhaltevorrichtung ausgebildet ist.

19. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der in Fließrichtung erste Rotor- und/oder Statorimpeller als Sicherung gegen Mahlkörperrückfluß verwendet wird.

20. Perlsandmühle nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig offener Rührzylinder den ringförmigen Mahltrog in zwei nacheinander vom Mahlgut durchflossene Mahlräume unterteilt, von denen zumindest der innere mit Rotor- und Statorimpellern mit Durchlaßöffnungen versehen ist.

21. Perlsandmühle nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Trogzylinder als Rührzylinder mit Differenzdrehzahl ausgebildet ist.

22. Verfahren zur Modellvergrößerung von Rotor-Stator-Perlsandmühlen, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlspaltweiten, die Durchlaßweiten, das Flächenverhältnis von Durchlaßöffnungen zum Impeller und die Differenzgeschwindigkeitsbereiche für alle Maschinengrößen gleich ausgelegt werden.