DE3642330C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle zum Mahlen, insbesondere zum Trockenmahlen von Pigmenten, mit einem zylindrischen Behälter, in dem sich Mahlkörper befinden und der mit einem Einlaß für das zu mahlende Gut und einem Auslaß für das gemahlene Gut versehen ist, und mit einem in der Achse des Behälters angeordneten, antreibbaren Rührer, dessen wirksame Flächen von der Innenwand des Behälters einen kleineren Abstand haben als der Durchmesser der Mahlkörper.

Es ist bekannt, daß durch Mahlung Pigmentrohwaren zerkleinert und teilweise in eine andere Kristallmodifikation überführt werden können.

Die so hergestellten Mahlprodukte werden dann vielfach einer zusätzlichen Lösungsmittelbehandlung unterzogen bzw. in lösungsmittelhaltige Bindemittelsysteme eingearbeitet, um in Druckfarben, Lacken und Kunststoffen Verwendung zu finden. Bei zahlreichen Pigmentrohwaren wird es durch Mahlung überhaupt erst möglich, sogenannte Pigmentqualitäten, d.h. Teilchen im Bereich von 1 µm und kleiner zu erreichen.

Bei der Mahlung von Pigmentrohwaren sind eine Vielzahl von Mühlen großtechnischer Art, wie Schwingmühle, Trommel- oder Rohrmühle in Gebrauch. Diese Mühlen werden mit einer hohen Volumenfüllung an Mahlkörpern von 50% bis 90% betrieben, so daß die 10- bis 40fache Gewichtsmenge an Mahlkörpern im Verhältnis zur Mahlgutmenge bei der Mahlung bewegt werden muß.

Darüber hinaus werden im Labormaßstab zusätzlich Planetenkugel- bzw. Zentrifugalkugelmühlen für kleinere Versuchsmuster verwendet.

Bei den Planeten- und Zentrifugalkugelmühlen besteht zusätzlich die Notwendigkeit, das äußere Gehäuse des Mahlgefäßes, das zur Kühlung doppelwandig ausgelegt sein kann, in schnelle rotierende Bewegungen oder weithubige Schwingungen mittels exzentrischer Anordnungen zu versetzen. Die schnelle Bewegung großer träger Massen bringt aufgrund der auf­ tretenden Belastungen und Kräfte auf die Lager und Antriebsgetriebe erhebliche Volumenbegrenzungen mit sich.

Alle gebräuchlichen Mühlen haben weiterhin den großen Nachteil, daß die hineingesteckte Mahlenergie überwiegend zur Erwärmung von Mahlkörpern und Mahlgut verbraucht wird und nur zu einem geringen Teil der Zerkleinerungsarbeit der Pigmentrohware dient.

Die auftretende unvermeidliche Erwärmung des Mahlgutes wirkt vielfach der Zerkleinerung bzw. Phasenumwandlung entgegen, so daß bei zu hohen Temperaturen eine Rekristallisation und Vergröberung des Mahlgutes eintritt. Die Tendenz steigender Mahltemperatur begrenzt den Wirkungsgrad der Mühlen und damit ihre Ausbeute. Besonders bei der Mahlung organischer Pigmente ist es oft wünschenswert, das Mahlgut in definierten Temperaturbereichen zu mahlen und eine obere Temperaturbegrenzung vorzunehmen, um eine Produktschädigung zu vermeiden.

Zusätzlich machen die bekannten Mühlen aufgrund ihrer Bau- und Betriebsweise, d.h. Bewegung großer Massen und Temperierung, hohe Investitionen erforderlich.

Eine Verbesserung hinsichtlich der vorstehend aufgezeigten Nachteile kann durch Mühlen erreicht werden, wie sie aus den Schriften CH-PS 4 21 670, US-PS 34 71 093 und DE-AS 12 30 659 bekannt sind. Darin sind Mahltrommeln gezeigt, die teilweise mit Mahlkugeln gefüllt und mit schaufelartigen oder pflugscharähnlichen bis an die Trommelwand reichenden Rührwerkzeugen ausgerüstet sind. Bei derartigen Mühlen ist bei horizontaler Behälteranordnung ein gewisser Umlauf des Mahlgutes und der Mahlkörper gegeben. Die Trommelabschnitte zwischen den Rührwerksflächen bilden jedoch Zonen, in denen der Gut- und Mahlkörperumlauf verlangsamt oder gar unterbrochen wird, so daß entlang der Trommellänge ein unheitliches Mahlprofil und damit eine ungleichmäßige Mahlqualität entsteht. Zur Vermeidung dieses Nachteils sind daher bei der Mahlvorrichtung nach der US-PS 34 71 093 am Innenumfang der Trommel Ablenkbleche vorgesehen.

Eine Mühle, die in vertikaler Anordnung betrieben wird, ist in der DE-PS 9 155 408 gezeigt. Hier ist die Mahltrommel mit einem im Schraubengang verlaufenden Rührwerkzeug ausgestattet, dessen Außenkante einen Abstand von der Behälterwand hat, der größer als die Mahlkörper ist, und durch dessen Bewegung Mahlkörper und Mahlgut nach oben gefördert werden, wobei das fertig gemahlene Gut über ein Trennsieb ausgetragen wird. Infolge der Zentrifugalkraft des mit der Trommel rotierenden Mahlgutes und der Mahlkörper bildet sich eine Gutschicht aus, in der Mahlkörper eingelagert sind. Bei Produkten die zum Anbacken neigen, werden solche Schichten leicht fest und stören somit den übrigen Gut- und Mahlkörperumlauf, wobei die eingelagerten Mahlkörper dem Mahlprozeß entzogen sind und der Produktdurchsatz entsprechend vermindert ist. Die Folge ist eine Abnahme der Mahlqualität. Durch weiteren Schichtaufbau im Verlauf des Mahlbetriebes kann es sogar zum Blockieren der Mühle und Beschädigungen des Rührwerks kommen. Schließlich ist die festgebackene Schicht von der Trommelwand äußerst schwierig zu entfernen.

Es bestand daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Mahlen, insbesondere zum Trockenmahlen von Pigmenten zu entwickeln, die diese Nachteile der bekannten Mühlen vermeidet und im Wirkungsgrad und in der Qualität des Mahlgutes den bekannten Mahlvorrichtungen überlegen ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Rührwerksmühle der eingangs geschilderten Art mit den im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmalen.

In der nachfolgenden Beschreibung mehrerer, in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle ist die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine vertikal angeordnete Rührwerksmühle im Längsschnitt, mit an Armen gehaltenen Rührflächen,

Fig. 2a-c verschiedene Ausführungsformen von Rührwerken im Querschnitt,

Fig. 3 eine horizontal angeordnete Rührwerksmühle im Längsschnitt, mit einer käfigartigen Rührtrommel,

Fig. 4 eine horizontal angeordnete Rührwerksmühle im Längsschnitt, mit an versetzt angeordneten Armen gehaltenen Rührorganen.

Die Rührwerksmühle besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Behälter 1 (Fig. 1), der mit einem Einlaß 2 für das zu mahlende Gut und mit einem verschließbaren Auslaß 3 für das gemahlene Gut ausgestattet ist, und aus einem motorisch antreibbaren Rührer 4. Die an Armen 5 gehaltenen Rührflächen 6 des Rührers erstrecken sich dicht entlang der Innenwand des Behälters, so daß darin befindliche Mahlkörper 7 von den umlaufenden Rührflächen mitgenommen und entlang der Innenwand bewegt werden. Dadurch ist mit Hilfe von Heiz- bzw. Kühleinrichtungen 8, die an den Außenflächen des Behälters 1 angebracht sind, eine ständige Temperierung des Mahlgutes und der Mahlkörper möglich. Die Mahlarbeit findet zwischen den Mahlkörpern bzw. zwischen diesen und der Behälterwand statt. Die Heiz- bzw. Kühleinrichtungen können beispielsweise durch Rohrschlangen oder einen Zwischenraum bildenden Doppelmantel zum Durchfluß eines Heiz- oder Kühlmediums oder aber durch bekannte elektrische Heizeinrichtungen realisiert sein.

In Fig. 2a-c sind verschiedene Ausführungsformen von Rührwerken im Querschnitt schematisch gezeigt. Dabei entspricht die Darstellung in Fig. 2a der in Fig. 1 gezeigten Mühle. Das Rührwerk nach Fig. 2b weist eine Vielzahl von Rührarmen 5, 6 auf, die entlang der Rührerwelle 9 versetzt angeordnet sein können. Durch einen auf der Rührerwelle koaxial angeordneten Zylinder 10 kann, wie in Fig. 2c gezeigt, der Innenraum des Behälters 1 als Ringraum 11 ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, daß auch eine Temperierung des Mahlraumes von innen erfolgen kann, wenn die Rührerwelle innen hohl und mit Zuleitungen für Temperierflüssigkeiten versehen ist.

Als Antrieb der Rührwerke dient gewöhnlich ein in der Drehzahl regelbarer Elektromotor, durch den das Rührwerk aus dem Stillstand langsam auf die gewünschte Enddrehzahl beschleunigt werden kann. Die Mahlkörper werden dabei infolge der Zentrifugalkräfte vom Boden des Behälters an dessen Innenwand bewegt und zerkleinern dabei auch gegeneinander rollend das zu mahlende Gut. Mit steigender Umdrehungszahl des wandnahen Rührers steigen die Mahlkörper durch gegenseitige Verdrängung bei vertikaler Anordnung der Rührerachse an der Innenwand teilweise nach oben, unter Mitführung von Mahlgut, so daß ein ständiger Austausch von gemahlenem und ungemahlenem Produkt erfolgen kann. Die Mahlkörper selbst haben aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion des Rührwerkes die Möglichkeit, in der Anlaufphase der Mühle durch Überrollen der einzelnen Rührarme am Behälterboden sich gleichmäßig hinter die einzelnen Rührarme zu verteilen, so daß keine Unwucht bei vollem Betrieb der Mühle entstehen kann, d.h. wenn die Mahlkörper von den einzelnen Armen des Rührers an der Innenfläche vor sich hergeschoben werden.

Es können aber auch, falls nötig, zwei in der Drehzahl regelbare Elektromotoren an den beiden Enden der Rührerwelle angebracht werden.

Die Rührwerksmühle kann auch geneigt oder horizontal betrieben werden. In diesem Falle ist es zweckmäßig, aber nicht unbedingt erforderlich, den Innenraum des Behälters über auf der Rührerzelle 9 radial angeordnete Metallsiebe oder Lochplatten 12 (Fig. 2b) in einzelne Sektoren zu unterteilen, in die die Mahlkörper entsprechend der gewünschten Flächenbelegung der Behälterwand eingefüllt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Rührwerksmühle besteht darin, daß der Rührer aus einer kafigartigen Trommel 13 (Fig. 3) besteht, die am Umfang achsparallele, dicht entlang der Behälterwand verlaufende, flächige Stege 14 aufweist.

Eine weitere Ausführungsform der Rührwerksmühle (Fig. 4) besteht darin, daß der Rührer mehrere, entlang der Rührerwelle 9 und dem Behälterumfang versetzt angeordnete Arme 15 mit schaufelartigen Rührorganen 16 aufweist, deren Flächen zueinander auf Lücke stehen oder sich teilweise überlappen.

Die Mahlkörper werden mit steigender Drehzahl des Rührers durch die Zentrifugalkräfte auch bei horizontalem Betrieb der Mühle mittels der Schaufeln entlang der Behälterwand geführt, so daß eine gleichmäßige, intensive Mahlung ohne Auftreten von Unwuchterscheinungen gewährleistet ist.

Als Mahlkörper werden beispielsweise Mahlkugeln oder zylindrische Mahlkörper verwendet, deren Durchmesser mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand des Rührblattes von der Innenwand des Behälters. Zweckmäßige Durchmesserbereiche sind 5 bis 80 mm, vorzugsweise von 10 bis 40 mm.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle liegen darin, daß durch das Rührwerk nur die Mahlkörper mit dem Mahlgut bewegt werden und der äußere temperierbare zylindrische Mantel ortsfest bleibt, so daß die eigentliche Mahlung immer im Bereich der temperier- und kühlbaren Wand erfolgt und eine Überhitzung des Mahlgutes vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Mahlkörpermenge auf die teilweise bis vollständige Belegung der äußeren Zylinderfläche beschränkt bleibt und keine hohe Volumenfüllung mit Mahlkörpern notwendig ist wie bei den dem Stand der Technik entsprechenden Mühlen. Dies führt zu günstigen Gewichtsverhältnissen von Pigmentrohware zu Mahlkörpern etwa im Bereich von 1: 6 bis 3:1, wobei überraschend festgestellt wurde, daß man mit größer werdendem Durchmesser der Vorrichtung für die gleiche Phasenumwand­ lungsrate der Kristallmodifikation mit einer relativ zum Mahlgut abnehmenden Mahlkörpermenge auskommt, d.h. mit wachsender Mahlkörperzahl steigt der Wirkungsgrad der Mühle überproportional an. Die Volumenaus­ nutzung ist bei der erfindungsgemäßen Mühle höher als bei den bekannten Vorrichtungen, wobei die Vergrößerung des gesamten Mahlvolumens weniger technische Probleme bereitet als bei den mit dem Behälter bewegten Zentri­ fugalmühlen.

Durch die zwangsweise Bewegung der Mahlkörper sind Probleme des Anschla­ gens oder Anbackens von Mahlgut an der Wand des Behälters besser zu er­ kennen und zu überwinden als bei nur aufgrund ihrer Trägheitskräfte rollenden Mahlkörpern, die leichter anbacken und dann wirkungslos werden können.

Da das Mahlgut vielfach empfindlich auf Temperaturerhöhung reagiert, bietet die erfindungsgemäße Mühle die Möglichkeit, durch Vergrößerung des Durchmessers und/oder Länge des Behälters die für Produktionsanlagen notwendigen großen Kühl- und Temperierflächen zu erreichen, um Mahlgut in großen Mengen (bis zu einigen 100 kg) in einer Mühle zu mahlen und dabei die Produkttemperaturen weitgehend konstant zu halten.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß zum Anbacken neigende Mahlprodukte durch Außenkühlung dennoch mit hoher Mahlenergie, d.h. einer hohen Beschleunigung der Mahlkörper gemahlen werden können, welche bei den bekannten Mühlen nur durch Zusatz von Salz gemahlen werden können und damit den Durchsatz von Mahlgut durch diese Mühlen entsprechend verringern. Das zusätzliche Herauslösen dieser Salzfracht mit seinen Nachteilen für die Umwelt wird dadurch reduziert oder ganz vermieden.

Weiterhin ist von Vorteil, daß die Mahlprodukte nach Beendigung der Trockenmahlung durch Behandlung mit Lösungsmittel und gegebenenfalls Hilfsstoffen in der gleichen Mühle zu fertigen Pigmenten kristallisiert werden können, wobei die Mahlkörper eine Überkristallisation der Pigmente durch die auftretenden Scherkräfte vermeiden helfen.

Ein weiterer, überraschender Unterschied zu den bisher technisch verwendeten Produktionsmühlen ist darin zu sehen, daß mit der erfindungs­ gemäßen Mühle bestimmte hochwertige Kristallmodifikationen spontan gemahlen werden können, die sonst nur über Umwege durch Mahlung erreicht werden, wie z.B. die sehr rotstichige Kristallmodifikation des ε-Kupfer­ phthalocyanins aus der α- oder β-Modifikation als Ausgangssubstanz.

Zu den aufgeführten technischen Vorteilen kommt aufgrund der relativ einfachen Bauweise und der guten Volumenausnutzung ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil.

Claims (6)

1. Rührwerksmühle zum Mahlen, insbesondere zum Trockenmahlen von Pigmenten, mit einem zylindrischen Behälter (1), in dem sich Mahlkörper (7) befinden und der mit einem Einlaß (2) für das zu mahlende Gut und einem Auslaß (3) für das gemahlene Gut versehen ist, und mit einem in der Achse des Behälters angeordneten, antreibbaren Rührer (4), dessen wirksame Flächen (6) von der Innenwand des Behälters einen kleineren Abstand haben als der Durchmesser der Mahlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei wirksame Flächen (6) vorhanden sind, die sich entlang von Mantellinien des Behälters (1) erstrecken und den Behälter in axialer Ausdehnung voll erfassen.

2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer mehrere, entlang der Rührerwelle (9) und dem Behälterumfang versetzt angeordnete, schaufelartige Rührorgane (10) aufweist, deren benachbart sich gegenüberstehende Rührflächen überlappend angeordnet sind.

3. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer aus einer käfigartigen Trommel (13) besteht, die am Umfang achsparallele, in einem Abstand kleiner als der Mahlkörperdurchmesser entlang der Behälterwand (1) verlaufende, flächige Stege (14) aufweist.

4. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer durch auf der Rührerwelle (9) radial angeordnete Sieb- oder Lochbleche (12) in Sektoren geteilt ist.

5. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Behälters (1) durch einen auf der Rührerwelle (9) koaxial angeordneten Zylinder (10) ein Ringraum (11) ist.

6. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) durch auf dessen Außenflächen angebrachte Heiz- bzw. Kühleinrichtungen (8) temperierbar ist.