DE3819138A1 - Kolloidmuehle mit kegelrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kolloidmühlen nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1. Kolloidmühlen mit Kegelrotoren be­ werkstelligen die Zerkleinerung mit den unterschiedlichsten Ver­ zahnungen auf Stator und/oder Rotor. Die Kegellänge ist etwa gleich dem größeren Rotordurchmesser. Das fließfähige Mahlgut läuft den bekannten Mühlen entweder im freien Fall zu oder wird mit niedrigem Druck, normalerweise unter 3 bar, zugedrückt. Der Kegelspalt zwischen Rotor und Stator bzw. zwischen deren Ver­ zahnungsköpfen ist über axiale Verstellung des Rotors zum Stator in seiner Weite einstellbar. Die freien Spaltquerschnitte müssen ausreichend groß sein, um wirtschaftlich tragbare Durchsatz­ leistungen zu ermöglichen. Die Produktzerkleinerung erfolgt des­ halb nur im Grobbereich über 200 µm durch unmittelbare Zahn­ scherung, im Feinheitsbereich nur durch Flüssigkeitsreibung in­ folge Produktverwirbelung. Mit solchen Mühlenkonstellationen ist die erreichbare Kornfeinheit einerseits mit einer großen Streu­ breite behaftet und andererseits auch noch sehr begrenzt. So werden bei Agglomeratzerteilungen kaum Werte unter 75 µm und bei Primärkornzerteilungen kaum solche unter 150 µm erreicht. Für schwierige Feinstmahlungen sind diese Kolloidmühlen wegen unver­ meidbar verbleibender Überkörner gar nicht einsetzbar.

Die Erfindung setzt es sich zur Aufgabe, eine Kolloidmühle für die Feinstmahlung zu schaffen, die ein enges Kornspektrum er­ zielt und zwangsläufig ein Überkorn ausschließt. Zu diesem Zweck wird eine Kolloidmühle vorgeschlagen, deren die Feinheit be­ stimmender Mahlspalt sehr kurz und glattwandig ist und deren radiale Spaltweite in Fließrichtung bis auf eine Weite, die dem zulässigen Maximalkorn entspricht, einstellbar ist.

Mit dieser Lösung wird durch den engen Mahlspalt das Maximal­ korn zwangsläufig bestimmt und hängt nicht mehr von der Wahr­ scheinlichkeitsbeanspruchung ab. Eine bevorzugte Verjüngung des Mahlspaltes ergibt sich z.B. mit einer Kegelsteigung des Rotors zwischen 5 bis 10% und einem zylindrischen Rotor. Diese Mühle eignet sich damit ausgezeichnet für die Feinstmahlung unter 50 µm, auch für schwierige Mahlaufgaben. Die übliche Verzahnung der Kolloidmühlen nach dem Stande der Technik, ist hier wirkungslos und bringt nur unnütze Wärme.

Dem erfindungsgemäßen Mahlspalt wird das Mahlgut, dessen Ausgangs­ grobkorn die Spalteingangsweite nicht überschreiten sollte, mit Druck zugeführt, wobei abhängig von der Produktkonvenienz zur Er­ reichung ausreichender Durchsätze Drücke von 10 bar bis einige hundert bar erforderlich sein können. Damit dabei der Mahlspalt nicht verstopft, wird weiterhin vorgeschlagen, den Rotor mit extrem größer Umfangsgeschwindigkeit zu betreiben. Geschwindig­ keiten von 50 m/s bis weit über 200 m/s können erforderlich sein. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß unter diesen Be­ dingungen der glattwandige Kegelspalt optimal geeignet ist, auch schwieriges Mahlgut im Zwangsdurchlauf zu zerkleinern.

Die hohen Materialzufuhrdrücke würden extreme Lagerbelastungen zur Folge haben. Es wird deshalb vorgeschlagen, einen Ent­ lastungskolben mit Labyrinthdichtung, fest mit dem Kegelrotor verbunden, mit umlaufen zu lassen. Die unvermeidbare Leckage unvermahlenen Gutes wird dem Ausgangsmaterial wieder zugeführt.

Eine bevorzugte Lösung des Axialkraftausgleiches ist erfindungs­ gemäß dann gegeben, wenn man zwei Mahlspalte spiegelbildlich auf einer Welle in einem gemeinsamen Gehäuse anordnet.

Schließlich wird zur Unterstützung für die Zufuhr des Mahl­ gutes vorgeschlagen, den Kegelrotoren auf gleicher Welle mit­ umlaufende Axialschraubenpumpen vorzuschalten. Bei den vorge­ schlagenen hohen Drehzahlen sind mit einfachen Axialschrauben­ pumpen je nach Produkt weit über 100 bar Förderdruck zu er­ zielen.

In den Zeichnungen ist die Erfindung dargestellt, wobei im einzelnen zeigen:

Fig. 1 Kolloidmühle mit Kegelspalt und Druckausgleichskolben,

Fig. 2 Zwillingskolloidmühle für automatischen Druckausgleich und

Fig. 3 Zwillingskolloidmühle mit vorgeschalteten Axialschrauben­ pumpen.

In der Fig. 1 ist auf der Welle 1 der Kegelrotor 2 angebracht, dessen kegeliger Außenring 3 aus einem verschleißfesten Material, bevorzugt aus Hartmetall, besteht. Der Kegelring 3 bildet mit dem Gegenring 4 den Arbeitsspalt. Der Gegenring 4 ist im Gehäuse 5 an­ geordnet, welches über Gewinde 6 mit dem Stirnflansch 7 verbunden ist, in welchem auch die Welle 1 gelagert ist. Das Gewinde 6 dient auch zur Spaltweiteneinstellung. Auf der Welle 1 befindet sich noch der Ausgleichskolben 8 mit Labyrinthdichtung 9. Die Welle 1 wird extrem hochtourig angetrieben von einem hier nicht dargestellten Antriebsaggregat. Das Mahlgut wird dem Gehäuse 5 durch den Stutzen 10 zugedrückt und verläßt die Mühle nach Passieren des von den Ringen 3 und 4 gebildeten Mahlspaltes durch den Stutzen 11 in der Stirnwand 7. Der Leckverlust in der Labyrinthdichtung 9 wird zum Ausgangsmaterial über den Stutzen 12 zurückgeführt.

In Fig. 2, einer spiegelbildlichen Zwillingsanordnung der er­ findungsgemäßen Mühle, wird die Mühlenwelle 21 wiederum extrem hochtourig angetrieben. Auf dieser Welle sind die Kegelrotoren 22 und 23 mit einem Zwischenstück 24 fest angeordnet. Die Kegel­ rotoren 22 und 23 bilden mit den Statorringen 25 und 26, die ihrerseits in den Statoren 27 und 28 angeordnet sind, die eigentlichen Mahlspalte. Die Statoren 27 und 28 sind über das Gewinde 29 verbunden, das auch der Spalteinstellung dient. In den Stirnwänden 30 und 31 der Statoren 27 und 28 ist die Welle 21 axial verschiebbar gelagert. Das Mahlgut wird der Mühle über den Stutzen 32 zugedrückt, passiert die von den Rotoren 22 und 23 und den Gegenringen 25 und 26 gebildeten Mahlspalte und tritt durch die Stutzen 33 und 34 wieder aus.

Die gleichmäßige Einstellung der beiden Mahlspalte wird durch Vergleich der aus den Stutzen 33 und 34 austretenden Mahlgut­ ströme kontrolliert und erforderlichenfalls über die Doppelge­ windemutter 35 nachgeregelt, wobei vorteilhafter Weise die Ge­ windebuchsen 36 und 37 zur feinfühligen Einstellbarkeit nur leicht unterschiedliche gleichsinnige Steigungen besitzen. Die Gewindebuchse 37 ist gegenüber der Welle 1 axial nicht ver­ schiebbar.

In Fig. 3 ist eine vertikale Zwillingsanordnung mit zusätz­ licher Anordnung von Axialschraubenpumpen dargestellt. Die Mühlenwelle 41 ist axial fixiert gelagert in dem Gehäuse 42. Auf der Welle 41 sind die Kegelrotoren 43 und 44 angeordnet, die mit dem Gegenring 45 und 46 in den Statoren 47 und 48 den Mahlspalt bilden. Die Statoren sind über das Gewinde 49, welches auch zur Spaltweiteneinstellung dient, miteinander ver­ bunden. In der Stirnwand 49 des Stators 47 ist die Welle 41 zusätzlich gelagert.

Zwischen den Kegelrotoren 43 und 44 befinden sich die Kegel­ körper 51 und 52, die mit dem Schraubengewinde 53 und 54 ver­ sehen sind. Die Schraubengewinde können steigungs- oder tiefen­ progressive Gestaltung haben. Das Mahlgut wird der Mühle über den Stutzen 55 zugedrückt, erfährt über die Schraubengewinde 53 und 54 eine weitere Drucksteigerung, passiert die Mahl­ spalte und verläßt die Mühle durch die Stutzen 56 und 57. Die gleichmäßige Einstellung der Mahlspalte wird wieder über den Mahlgutaustritt aus den Stutzen 56 und 57 kontrolliert und ggf. über die Doppelgewindemutter, die den Flansch 42 und den Stutzen 50 verbindet, mit Differenzgewinde nachgeregelt. - Die hängende Ausführung hat den Vorteil, daß durch Selbstzentrierung des Rotors im Stator mit dem Mahlgut als Trennmittel eine ein­ seitige Lagerung der Welle möglich ist.

Selbstverständlich können bei Bedarf sowohl die Statoren als auch die Rotoren gekühlt werden. Eine Anpassung der Mühlen­ materialien an die Produktanforderung ist in weiten Grenzen möglich.

Claims (7)

1. Kolloidmühle mit Kegelrotor zum Feinstmahlen, Dispergieren und Emulgieren von Feststoffen in Flüssigkeiten mit in einem Stator laufendem Kegelrotor, zwischen denen ein Mahlspalt ein­ stellbar ist und der das Mahlgut auf der einen Seite zugeführt wird, um sie auf der anderen Seite nach Passieren des Mahl­ spaltes zu verlassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlspalt sehr kurz und glattwandig ist und sich in Fließrichtung bis auf eine Weite verjüngt, die dem zulässigen Maximalkorn des Mahlgutes entspricht.

2. Kolloidmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor konisch und der Stator zylindrich gestaltet ist.

3. Kolloidmühle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 50 m/s umläuft und der Zufuhrdruck des Mahlgutes zum Mahlspalt 10 bar übersteigt.

4. Kolloidmühle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 100 m/s umläuft und der Zufuhrdruck des Mahlgutes zum Mahlspalt 30 bar übersteigt.

5. Kolloidmühle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 200 m/s umläuft und der Zufuhrdruck des Mahlgutes zum Mahlspalt 100 bar übersteigt.

6. Kolloidmühle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrdruck des Mahlgutes zum Mahlspalt durch auf der Rotorwelle angeordnete Axialschraubenpumpen verstärkt wird.

7. Kolloidmühle nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei erfindungsgemäße Kolloidmühlen spiegelbildlich auf einer Welle und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.