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Die
Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
derartigen Rührwerksmühlen sind
insbesondere die den Mahlraum begrenzenden Rotor- und Statorwände sowie
die Rührwerkzeuge
durch das eingebrachte Mahlgut-Mahlkörpergemisch größten Belastungen
ausgesetzt. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, flügelartige
Rotorwerkzeuge sowie den Mahlbehälter
aus keramischen oder Sintermaterialien herzustellen, die relativ
hart und abriebfest sind (
DE-OS
26 26 757 ). Trotz dieses relativ lange zurückliegenden
Vorschlags sind bis heute nur relativ wenige aus derartigen Materialien
gefertigte Rührwerksmühlen auf
dem Markt erschienen. Maßgeblich
dafür dürften die
im Zusammenhang mit der Verwendung von Mühlenteilen aus unterschiedlichem
Material mit insbesondere unterschiedlichern Wärmeausdehnungskoeffizienten
auftretenden Probleme sein. Harte Materialien sind nämlich im
allgemeinen relativ spröde
und weisen zudem einen von dem des Metalls abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf. Hierbei ist zu berücksichtigen,
dass die restlichen Teile der Rührwerksmühle in der
Regel größtenteils
aus Metall bestehen und sämtliche
Teile der Mühle
während
des Betriebs einer gewissen Wärmebeanspruchung
ausgesetzt sind. Daraus folgt, dass zwischen den einzelnen Materialien
unterschiedlicher Art Spannungen auftreten können, die u.U. zu Rissen oder
Materialbrüchen
führen.
Dies gilt vor allem dann, wenn es sich um rotationssymmetrische Teile
handelt.
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Bei
einer gattungsgemäßen Rührwerksmühle (
DE-OS 28 13 781 ) sind die
dem Mahlraum zugewandten Mäntel
von Stator und Rotor aus einzelnen Ringen aufgebaut, die aus hoch
verschleißfestem Werkstoff,
nämlich
Hartguss, bestehen. Im Bereich der Auslass-Trenneinrichtung sind
der Stator und der Rotor durch Ringe abgeschlossen, die üblicherweise aus
gehärtetem
Stahl gefertigt sind.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, eine Rührwerksmühle der eingangs genannten
Gattung zu schaffen, bei der die unmittelbar dem im Mahlraum aufgenommenen
Mahlgut-Mahlkörpergemisch ausgesetzten
Mühlenteile
von auf Wärmedehnungsunterschieden
zwischen diesen Mühlenteilen
einerseits und Deckel und Wellenflansch andererseits beruhenden,
unzulässig
hohen Kräften
freigehalten werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen;
eine entsprechende Ausbildung im Bereich des Mahlguteinlasses ist
durch den Patentanspruch 2 definiert.
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Aufgrund
dieser Ausbildung sind die dem Mahlraum zugewandte Stator- bzw. Rotormäntel besonders
abriebfest, ohne dass dies zu unerwünschten Wärmedehnungsunterschieden führt, so
dass die spröden
Werkstoffe, wie insbesondere Keramik zuverlässig von unzulässig hohen
Kräften
freigehalten werden.
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Aufgrund
des Umstands, dass die Ausgleichselemente aus relativ hartem Material
gefertigt sind, können
gemäß Anspruch
3 im Druckring Mahlguteinlass und/oder Kühlwasserauslass oder -einlass
vorgesehen sein.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 4 ist der Außenmantel
aus weichem Material zugbelastet. Hierbei wird der Umstand ausgenützt, dass
weichere, insbesondere metallische Werkstoffe im Vergleich beispielsweise
zu keramischen Stoffen bei Zugspannungen wesentlich höhere Verformungsgrade
ertragen können,
ehe in ihnen Brüche
auftreten. Hierbei ist vorzugsweise zumindest eines der Ausgleichselemente
mit dem Außenmantel
unter Erzeugung einer Zugspannung verbunden, wie das in Anspruch
5 definiert ist, Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform
entnimmt man Anspruch 6. Auf diese Weise ist der aus hartem Material
bestehende, dem Mahlraum zugewandte Mantel druckbelastet, während der
aus weichem, beispielsweise metallischem Material bestehende, vom
Mahlraum abgewandte Außenmantel zugbelastet
ist. Zweckmäßigerweise
ist hierbei der Außenmantel
gemäß Anspruch
7 kürzer
als der Innenmantel, so dass beispielsweise eine besondere Abstufung
des betreffenden Ausgleichselements entfallen kann.
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Eine
entsprechende Ausbildung am Rotor ist durch Anspruch 8 definiert.
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Von
besonderem Vorteil ist die Ausführungsform
nach Anspruch 9.
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Der
dem Mahlraum zugewandte Mantel des Rotors ist zweckmäßigerweise
nach Anspruch 10 ausgebildet.
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Weitere
vorteilhafte Ausbildungen entnimmt man den Ansprüchen 11 bis 15.
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Die
Ausführungsform
nach Anspruch 16 hat den Vorteil, dass die Ausgleichselemente gleichzeitig die
Auslasstrennvorrichtung bilden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugaufnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert;
in dieser zeigt:
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1 einen Längsschnitt
durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Rührwerksmühle,
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2 eine Ansicht, teilweise
im Schnitt, entsprechend den Pfeilen II-II in 1,
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3 einen 1 vergleichbaren Längsschnitt durch eine weitere
Ausführungsvariante
der Rührwerksmühle, und
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4 einen Schnitt nach der
Linie IV-IV in 3.
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Gemäß 1 ist an einem Lagerteil
B1 ein Mahlbehälterdeckel
B2 mittels Schrauben B3, von denen nur eine gezeigt ist, befestigt.
Der Deckel B2 weist eine Bohrung B4 für den Zulauf von Kühlwasser zu
einem einen Mahlbehälter
B5 bildenden Stator auf. Ferner ist im Deckel B2 eine Auslassbohrung
B6 für
das von Mahlkörpern
getrennte Mahlgut vorgesehen.
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An
diesem Deckel B2 ist mittels Schrauben B7 ein aus Metall bestehender
Außenmantel
B8 des Mahlbehälters
bzw. Stators B5 befestigt. Der Stator B5 umfasst ferner einen dicht
am Außenmantel
B8 anliegenden Innenmantel B9, der aus hartem, im allgemeinen sprödem Material,
insbesondere aus Keramik, besteht, und ggf. aus einzelnen Ringen
zusammengesetzt sein kann. Die beiden unterschiedlichen Materialien
der Mäntel
B8 und B9 des Mahlbehälters B5
weisen damit unterschiedliche Wärmedehnungswerte,
d.h. insbesondere unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf. In Radialrichtung können
die sich ergebenden Wärmedehnungsunterschiede
von Innen- und Außenmantel
dadurch aufgefangen werden, dass zwischen dem Innenmantel B9 und
dem Außenmantel
B8 ein elastischer Mantel B31, insbesondere ein Gummimantel angeordnet
ist, in welchem Falle die Kühlkanäle B32 zweckmäßig im Innenteilmantel B9
ausgebildet werden, um nicht zwischen Kühlmantel und Innenteil den
isolierenden Gummi zu haben. Dies gilt analog für die Ausbildung des Rotors,
wobei in diesem Falle jedoch Innen- und Außenmantel zu vertauschen wären.
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Um
einen Ausgleich von Wärmedehnungsunterschieden
zu ermöglichen,
sind die folgenden weiteren Maßnahmen
vorgesehen, die einzeln oder in Kombination getroffen werden können. Zum
einen ist zwischen den Deckel B2 und den Innenmantel B9 des Stators
B5 als Ausgleichselement eine Ringscheibe B10 geklemmt, deren Material
und insbesondere Wärmedehnungsquotient
bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient
im Sinne eines Dehnungsausgleichs gewählt ist. Beispielsweise kann
als Material für
das Ausgleichselement heißisostatisch
gepresste Hochqualitäts-Keramik
gewählt
sein. Diese weist zwar den Wärmedehnungsquotienten
oder Wärmedehnungskoeffizienten
von Keramik auf, besitzt jedoch eine hohe Bruchzähigkeit. Als geeignetes Material
kommt jedoch z.B. auch Hartmetall in Frage. Damit kann zumindest
ein Teil der entstehenden Kräfte und
Spannungen aufgenommen werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Ringscheibe
B10 aus relativ hartem Material besteht, kann diese gleichzeitig
auch als Stator-Trennring dienen.
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Unabhängig von
oder in Kombination mit der oben beschriebenen Maßnahme kann
als unterer Abschluss des Stators B5 ein Druckring B11 vorgesehen
sein, der als zwischen dem Stator B5 und einem sich axial anschließenden Mantelteil
B46 angeordnetes Ausgleichselement dient und beispielsweise einen
Mahlguteinlass B12 sowie einen Kühlwasserauslass
B13 aufweist. Dieser Druckring B11 ist über Schrauben B14 mit dem Außenmantel
B8 auf Zug verbunden, während
er sich mit einer radial weiter innenliegenden ringförmigen Druckfläche B15
am Innenmantel B9 abstützt
und diesen unter Druck setzt. Der Außenmantel B8 ist gegenüber dem
Innenmantel B9 um einen Betrag s kürzer. Der Druckring B11 übergreift
den Außenmantel
B8 von außen,
wobei zwischen diesen beiden Teilen zweckmäßigerweise eine Dichtung B16
vorgesehen ist. Diese Dichtung B16 verhindert einen sonst möglicherweise
auftretenden Kühlwasserverlust.
Die Verbindung zwischen dem Druckring 11 und dem Außenmantel
B8 kann elastisch nachgiebig sein. Dazu können die Schrauben B14 beispielsweise über zwischengelegte
Tellerfeder angreifen.
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Eine ähnliche
Konstruktion ist an einem Rotor B17 vorgesehen, wobei dieser, wie
später
erläutert
wird, zwischen einem Innen- und einem Außenmantel B26, B38 einen Gummimantel
B31 umfasst.
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Ein
Wellenflansch B18 einer Rotorwelle B19 weist eine zylinderförmige Zentrier-
und Orientierungsfläche
B20 für
einen als Ausgleichselement dienenden ersten Ring B21 einer Reihe
von rotationssymmetrischen, an der Rührwerksachse BA aufgefädelten Teilen
auf. Der Ring B21 erfüllt
dieselbe Funktion wie die Ringscheibe B10. Er ist demnach aus demselben
Material gefertigt und dient wiederum zum Ausgleich von Wärmedehnungsunterschieden. Er
ist zweckmäßigerweise
als Rotor-Trennring ausgebildet. Es ist daher von Vorteil, außer dem
Ausgleichsring B21 einen zweiten derartigen Ring B22 am gegenüberliegenden
Ende des Rotors B17 vorzusehen. Dieser weitere Ausgleichsring B22
ist zweckmäßigerweise
ebenso ausgebildet wie der Ring B21, so dass er als Ersatz-Trennring
verwendet werden kann.
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Die
Anordnung von Ausgleichsringen B21 auf dem Rotor und/oder von Ringen
B10 bzw. B11 am Stator ist unabhängig
von der Rotor- und der Statorgeometrie und deren Bestückung mit
Werkzeugen, Insofern ist das gezeigte Ausführungsbeispiel also beliebig
variierbar. Beispielsweise können
Werkzeuge auch völlig
fehlen (sog. Spaltrührwerk),
wobei es dennoch vorteilhaft sein mag, den an sich glatten Rotor
bzw. Stator aus einzelnen Ringen auzubauen.
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Der
Rotorflansch B18 umfasst zweckmäßigerweise
eine weitere, vorzugsweise wiederum zylinderförmige Zentrier- und Orientierungsfläche B23
für einen
sich an den Trennring B21 anschließenden Umfangsring B24, welcher
einen Teil eines an den Mahlraum B44 angrenzenden Außenmantels
B48 des Rotors B17 bildet.
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Daran
schließt
sich ein scheibenförmiges Rührwerkzeug
B25 an. Es sind abwechselnd weitere Umfangsringe und Rührscheiben
vorgesehen, deren Anzahl von der jeweiligen axialen Länge des
Rotors B17 abhängt.
Die Rührscheiben
B25 weisen vorzugsweise eine sich nach außen hin verjüngenden Querschnitt
auf, dessen Zweck später
anhand 3 näher erläutert wird.
Der Aufbau aus einzelnen Ringen entspricht im Wesentlichen demjenigen
gemäß der DE-PS
28 13 781.
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Mit
der Rotorwelle B19 ist einerseits ein Innenmantel B25 des Rotors
B17 und andererseits eine Wellenverlängerung B27 drehfest verbunden. Die
Wellenverlängerung
B27 dient als Anker für
einen mittels einer einzigen Schraube B28 befestigbaren Rotordeckel
B29, der die einzelnen Teile des Rotors B17 unter Druck setzt. Eine
elastische Befestigung über
Federn ist hier aufgrund der besonderen Belastung des Rotors B17
nicht möglich.
Schon daher ist es zweckmäßig, zumindest
zwei Ausgleichsringe B21, B22 vorzusehen. Wesentlich ist hierbei, dass
alle durch den Rotordeckel B29 unter Druck gesetzten Teile ausschließlich reibungsschlüssig zur Drehung
mitgenommen werden, da bei den verwendeten Materialien die üblichen
ineirandergreifenden Keilverbindungen im allgemeinen nicht zulässig sind. Es
können
jedoch reibungserhöhende
Mittel wie beispielsweise eine sanfte Oberflächenwellung der einzelnen Teile
vorgesehen sein. Eine solche Oberflächenwellung müsste allerdings
wieder so ausgebildet sein, dass die Wellen genau ineinander passen.
Eine besondere Art einer formschlüssigen Drehungsmitnahme wird
weiter unten anhand der 3 erläutert.
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Um
auch in radialer Richtung einen Ausgleich von Wärmedehnungsunterschieden zwischen Innen-
und Außenmantel
zu ermöglichen
und gleichzeitig die Dichtung zwischen dem Innenmantel B26 und den
Umfangsringen B24 zur Abdichtung von Kühlkanälen B30 sicherzustellen, ist
zwischen dem Innenmantel B25 und den Kühlkanälen B30 ein Gummimantel B31
angeordnet. Dasselbe ist auch für
den Stator möglich.
Allerdings besteht zwischen der Ausbildung von Kühlkanälen B32 des Stators B5 und
den Kühlkanälen B30
des Rotors B17 der folgende Unterschied:
Während die Kanäle B2 des
Mahlbehälters
B5 in bekannter Weise schraubenlinienförmig verlaufen, ist dies im
Fall der Kühlkanäle B30 des
Rotors B17 nicht möglich.
Die Scheibenwerkzeuge B25 unterteilen nämlich den zwischen dem Gummimantel
B31 und den Umfangsringen B24 verbleibenden Raum. Um dennoch einen
ungestörten
Kühlmittelfluss
von einen Kanal B30 zum anderen zu gewährleisten, sind im Gummimantel
B31 über
den Umfang versetzte Ausnehmungen B33 vorgesehen.
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Eine
solche Ausnehmung B33 ist anhand einer Schnittdarstellung entsprechend
den Pfeilen II-II der 1 in 2 dargestellt. Ein jeweiliger
Kanal B30 ist durch eine betreffende Ringrippe B34 eines Umfangsringes
B24 in zwei einander benachbarte, über den Umfang des Rotors B17
verlaufende Kühlkanäle B30a,
B30b unterteilt. Das Kühlwasser,
das über
Schrägkanäle B35 aus
einem Ringraum B35 der Rotorwelle B19 zufließt, gelangt jeweils über eine Ausnehmung
B33 des Gummimantels B31 in den darunterliegenden ringförmigen Kühlkanal
B30.
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Um
sicherzustellen, dass das Kühlwasser dabei
jeweils den ganzen Ringkanal B30 umrunden muss und nicht von einer
Ausnehmung B33 zur nächsten
im Kurzschluss geführt
ist, sind die Ausnehmungen B33 über
den Umfang des Gummimantels B31 schraubenlinienförmig versetzt.
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Gemäß 2 verlaufen die Ausnehmungen B33
schräg
zu den Ringrippen B34, wobei eine jeweilige Ringrippe B34 zweckmäßigerweise
mit Leitwand- bzw.
Trennwandfortsätzen
B37 zu beiden Seiten der Ausnehmung B33 versehen ist. Auf diese Weise
gelangt das Kühlwasser
von einem Kühlkanal B30
zum nächsten,
d.h. gemäß 2 vom Kühlkanal B30a in den Kühlkanal
B30b und von diesem in einen darunterliegenden Verbindungsraum B38,
der mit dem Inneren des Innenmantels B26 verbunden ist, der seinerseits
mit einer mittigen Bohrung bzw. dem Innern eines Rohres B39 der
Rotorwelle B19 in Verbindung steht (vgl. auch 1).
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3 zeigt eine Variante der
Rührwerksmühle mit
insbesondere einer verbesserten Rotorgeometrie. Diese Rotorgeometrie
ist insbesondere auch unabhängig
von der Art des verwendeten Materials und des jeweiligen Mühlenaufbaus
von besonderem Vorteil.
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Der
Winkel α an
den Stellen größten Durchmessers
des Rotors B17 bzw. B117 (vgl. 3)
ist kleiner als 60°.
Dies trifft auch bei der Ausbildung gemäß 1 zu. Vorzugsweise liegt dieser Winkel α in einem
Bereich zwischen 10° und
30° und
beispielsweise bei 15°.
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Vorteilhafterweise
ist eine der abgerundeten Wirbelform angepasste Außengeometrie
des Rotors B117 vorgesehen. Hierzu weisen die Umfangsringe B124
des Außenmantels
B48 außen
jeweils eine konkave Krümmung
auf.
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Der
Radius BR dieser Krümmung
ist zweckmäßigerweise
so gewählt,
dass sich zusammen mit den einen Doppelkonus bildenden Schrägflächen B40
der Rührwerkscheiben
B125 im Längsschnitt
der Radius BR größer als
der Radius BR der vorzugsweise vorgesehenen Abrundung zwischen den
konvergierenden Schrägflächen B40
einer jeweiligen Rührwerkscheibe
B125 zu wählen.
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Gemäß 4 erfüllt der Gummimantel B31 sowohl
gegenüber
den Werkzeugscheiben B125 als auch gegenüber den an den Umfangsringen
B124 vorgesehenen Innenrippen B134 (vgl. 3) eine Dichtungsaufgabe.
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Darüber hinaus
zeigt 4 auch eine Möglichkeit,
trotz der Verwendung eines spröden
Materials für
die Rührwerkscheiben
B125 ggf. eine formschlüssige
Verbindung zur Rotorwelle V19 (vgl. 3) über den
Innenmantel B25 des Rotors B117 herzustellen. Zu diesem Zweck können die
Rührwerkscheiben
B125 und/oder die Ringrippen B134 geringe, vorzugsweise abgerundete
Ausnehmungen B41 aufweisen, in die am Innenmantel B26 befestigte,
den Gummimantel B31 durchsetzende Mitnahmestifte B41 eingreifen.
Vorteilhafterweise sind mehrere solcher Stifte über den Umfang des Rotors verteilt.