DE4216939C2 - Rührwerksmühle mit dynamischer Mahlkörperabtrennung - Google Patents
Rührwerksmühle mit dynamischer MahlkörperabtrennungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 (DE-OS 27 02 477).
Bei einer anderen bekannten Rührwerksmühle dieser Gattung (DE-OS 36 31 375)
ist als Trenneinrichtung ein separat angetriebenes Rohrstück vorgesehen,
in dem ein rundes Sieb zentrisch zur Drehachse angebracht ist. Die
DE-OS 27 02 477 beschreibt als Trenneinrichtung ein zylindrisches,
axial angeordnetes Sieb mit einem Spalt, deren Durchmesser
ungefähr demjenigen der Antriebswelle entspricht.
Weitere Trenneinrichtungen verschiedenster Art sind bekannt (DE-PS 20 37 258,
DE-OS 34 37 866, DE-PS 38 44 380, DE-PS 14 82 391,
die in Rührwerkskugelmühlen der genannten Gattung verwendet werden.
Üblicherweise arbeiten diese Rührwerkskugelmühlen derart, daß am Auslaß
ein feststehendes Sieb, Siebe bzw. Siebpatronen oder eine drehbar
angeordnete Siebpatrone angebracht ist bzw. sind, die axial im Mahlraum angeordnet ist, so daß
die wirksame Fläche einen Zylinder bildet, der parallel zur Rührwelle
angebracht ist. Bekannt sind auch geschlitzte Antriebswellen.
Unvermeidlich bei diesen Rührwerkskugeln ist, daß, insbesondere bei der
Verwendung von kleinen Mahlhilfskörpern, diese durch das strömende
Mahlgut (Strömungskraft) mit zum Auslaß der Rührwerksmühle gefördert
werden. Üblicherweise arbeiten alle Rührwerkskugelmühlen derart, daß
die Anschwemmkräfte durch über das Rührwerk eingebrachte
Zentrifugalkräfte, bei vertikaler Anordnung der Rührwerkskugelmühle
zuzüglich der Schwerkraft, ausgeglichen werde. Dieser Ausgleich ist
geradezu ein Kriterium für die maximale Durchsatzleistung. Übersteigt
die Anschwemmleistung, sei es bedingt durch sehr kleine Mahlhilfskörper,
durch die Höhe der durchgepumten Mahlgutmenge oder durch eine
entsprechende Erhöhung der Viskosität, die oben genannten Kräfte, so
werden Mahlhilfskörper an der Trenneinrichtung verdichtet, was zu hohem
Verschleiß am Rührwerk sowie an den Mahlhilfskörpern führt und auch zur
völligen Blockierung der Rührwerkskugelmühe führen kann. Bei festehenden
Sieben bzw. Siebpatronen können daher Viskositätserhöhungen sowie
Thixotrophie die Wirkung der Trenneinrichtung in Frage stellen. Auch
werden in erhöhtem Maße Mahlhilfskörper an diesen Siebpatronen bzw.
Sieben gebrochen. Besteht die Trenneinrichtung aus einem umlaufenden
Scheibenelement und einem am Mahlbehälter befestigten Gegenring
gebildeten Ringspalt, so muß die Spalthöhe, bedingt durch die heute
üblicherweise eingesetzten Mahlhilfskörper (< 0,2 mm), sehr klein
gestaltet werden. Nachteilig ist bei dieser Anordnung die
verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit, und damit hohe
Anschwemmkräfte, am Spalteingang, die bevorzugt gebrochene, sowie durch
Abrieb klein gewordene Mahlhilfskörper in den Spalt befördert,
sie dort zerkleinert und somit zu einem verstärkten Verschleiß des
dynamischen Spaltes beiträgt und den Einsatz von Mikromahlkörpern
unmöglich macht.
Die Erfindung strebt nun eine Lösung zur Trennung von Mahlgut und
Mahlhilfskörpern an, die die vorbeschriebenen Nachteile bei der einleitend
bezeichneten Rührwerkskugelmühle vermeidet.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Rührwerksmühle
durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Diese Anordnung ermöglicht es, kleinste Mahlhilfskörper mit einer
dynamischen Trenneinrichtung betriebssicher einzusetzen. Da die wirksame
Fläche, die durch das Sieb bzw. Siebe gegeben ist, um ein vielfaches
größer ist, als diejenige des Ringspaltes, tritt die Mahlgutsuspension,
aufgrund des unterschiedlichen Fließwiderstandes, bevorzugt durch die Siebe
aus. Aus diesem Grund ist es möglich, die Spalthöhe des Ringspaltes zu
minimieren, so daß kleinste Mahlhilfskörper eingesetzt werden können,
die dann direkt am Trennspalt keinen hohen Strömungskräften unterworfen
sind. Aus den vorgenannten Gründen hat die Trenneinrichtung zusätzlich
den Vorteil, daß gebrochene wie zu klein gewordene Mahlhilfskörper
nicht in den Ringspalt gefördert werden, wodurch das Verschleißverhalten
des Ringspaltes wesentlich verbessert wird. Besonders effektiv ist das
oben genannte Verhalten, wenn der Durchmesser des Ringspaltes ungefähr
gleich demjenigen des größten Rührwerksdurchmessers ist. Aufgrund der
massenproportionalen Zentrifugalkraft bewegen sich bevorzugt große
Mahlhilfskörper der eingesetzten Mahlhilfskörperfraktion am Ringspalt,
die nicht in den Ringspalt hineingefördert werden können. Diejenigen
Mahlhilfskörper, die mit der Strömung an die wirksame Siebfläche
gefördert werden, sind verschiedenen Kräften ausgesetzt. Aufgrund der
Einzugsbedingung wirkt die Strömungskraft senkrecht zur wirksamen
Fläche, die senkrecht zur axialen Achse angeordnet ist.
Die Zentrifugalkraft wirkt in radialer Richtung und bildet mit der
Strömungskraft einen Winkel von 90 Grad. Das ergibt eine Resultierende
in radialer Richtung. Die Zentrifugalkraft nimmt in radialer Richtung
proportional zum Radius zu, so daß die Resultierende in radialer
Richtung anwächst und Mahlhilfskörper sowie Bruchstücke wieder zurück
in die Beanspruchungszone gelangen. Dieser Effekt ist am günstigsten,
wenn die wirksame Siebfläche mit der axialen Achse einen Winkel von 90
Grad bildet. Neigt man diesen Winkel zur axialen Achse, so wird diese
Resultierende immer kleiner. Ist der Winkel 0 oder 180 Grad, so ist
die wirksame Siebfläche parallel zur radialen Achse wie es bei
bekannten Rührwerkskugelmühlen der Fall ist. Dies hat den Nachteil, daß
Strömungskraft und Zentrifugalkraft direkt gegeneinander stehen und
die Mahlhilfskörper sowie Mahlhilfskörperbruchstücke, die von der
Strömungskraft gegen die Zentrifugalkraft an das Sieb gelangt sind, nicht
mehr in die Beanspruchungszone zurückgelangen und somit das Sieb ver
stopfen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer
Rührwerkskugelmühle ist dadurch gegeben, daß es im Mahlraum keinerlei,
die Mahlgut-Mahlhilfskörper-Strömung störende Einbauten gibt, so daß der
Verschleiß an Mahlhilfskörpern oder an den Sieben wesentlich verringert
wird.
Die neue Trenneinrichtung kann prinzipiell in jeder üblichen
Rührwerkskugelmühle verwendet werden und trägt somit zu einer höheren
Leistung bzw. Durchsatz, bei geringerem Verschleiß an Mahlhilfskörpern,
bei. Aus diesem Grund kann es sich um eine stehende oder eine liegende
Rührwerkskugelmühle handeln, es kommt also nicht darauf an ob die
axiale Achse senkrecht oder waagerecht angeordnet ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Rührwerkskugelmühle in einer
erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Mahlbehälter entsprechend
der Schnittlinie III-III in Fig. 1,
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch ein Sieb entsprechend der
Schnittlinie IV-IV in Fig. 2,
Fig. 4 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäß ausgestalteten Teils
der Rührwerkskugelmühle (Auslaßbereich),
Fig. 5 bis 6 Abwandlungen von Fig. 1 und Fig. 4.
Die in Fig. 1 dargestellte Rührwerkskugelmühle hat ein nicht
dargestelltes kastenförmiges Gestell, an dem ein im wesentlichen
zylindrischer Mahlbehälter 11 sowie axial neben diesem ein Lagergehäuse
12 befestigt ist. Das nicht dargestellte Gestell enthält einen nicht
dargestellten Antriebsmotor, der mit einer Keilriemenscheibe versehen
ist und über Keilriemen ein Rührwerk 13 von üblicher Bauart antreibt.
Das Rührwerk 13 besteht im wesentlichen aus einer Rührwelle 14, die
im Lagergehäuse 12 gelagert ist und sich gleichachsig mit dem
Mahlbehälter 11 nahezu durch den gesamten Mahlraum 15 erstreckt und
mit üblichen Rührelementen bzw. Rührwerkzeugen 16 wie Scheiben oder
Stiften besetzt ist , oder das gesamte Rührwerk 13 ist als Rotor ausgebildet.
Der Mahlbehälter besteht aus einem zylindrischen, den Mahlraum 15
umgebenden, gleichzeitig die Mahlbehälterwand 20 bildenden,
Innenzylinder 17, der gemäß Fig. 1 auch die Mahlbehälterwand 20 bildet.
Der untere stirnseitige Abschluß des Mahlraums 15, der teilweise mit
Mahlhilfskörpern 19 und Mahlgut 37 gefüllt ist, wird durch eine
Bodenplatte 21 gebildet, an der ein Mahlguteinlaß 22 angebracht ist,
durch den im Betrieb eine Suspension kontinuierlich in den Mahlraum und
den Mahlraum 15 gepumpt wird, die den Mahlraum nach dem Mahlen bzw.
Dispergieren durch einen Mahlgutauslaß 23 verläßt. Die
Trenneinrichtung wird von einer auf der Rührwelle 14 angebrachten
Trennscheibe 24 und einem Ringflansch 25, an dem sich der Mahlgutauslaß
23 befindet, gebildet. Der zur Trenneinrichtung gehörende Trennspalt
bzw. Ringspalt 27 wird durch ein am Ringflansch 25 befestigtes,
stehendes Ringelement mit der Gegenringfläche 43 der Trennscheibe 24
gebildet. Der Durchmesser der Trennscheibe 24 ist gleich dem
Durchmesser des Ringspaltes 27 und in dieser Ausführungsform größer
als der größte Durchmesser des Rührwerks 13. Hiermit werden besonders
hohe Scher- und Zentrifugalkräfte eingebracht. In der Trennscheibe 24
sind sechs Siebe 30 angebracht, deren wirksame
Siebfläche 32 senkrecht zur axialen Mahlgutströmung 28
steht.
Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung sind
aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Die sechs dort angebrachten Siebe 30
haben im Vergleich zum Ringspalt 27 eine vielfach größere wirksame
Fläche 32. Unter wirksamer Fläche der Trenneinrichtung, ist diejenige
Fläche zu verstehen, die mit Siebmaschen 44 oder mit zwischen
Trennringen liegenden Ringspalten versehen ist. Aufgrund der oben
genannten Differenz der wirksamen Siebfläche 32 findet die
Mahlgutströmung 28 vorwiegend durch die Siebe 30 statt, wobei die
Strömungsgeschwindigkeit und somit die Strömungskraft 29 wesentlich
verringert wird, was hohe Durchsätze bei einem niedrigen Betriebsdruck
ermöglicht. Aufgrund der massenproportionalen Zentrifugalkraft 31
gelangen nur große und damit schwere Mahlhilfskörper 19 und nicht durch
Abrieb zu klein gewordene Mahlhilfskörper oder
Mahlhilfskörperbruchstücke in die Nähe des Ringspaltes 27, so daß
dieser annähernd keinen Verschleiß zeigt. Aufgrund der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung der Trenneinrichtung werden zu klein gewordene
Mahlhilfskörper oder Mahlhilfskörperbruchstücke mit der Strömung an die
mit der Trennscheibe 24 umlaufenden Siebe 30 gefördert.
Die Drehbewegung der Siebe 30 verhindert das Festsetzen oder Verhaken
der obengenannten kleinen Mahlhilfskörper und
Mahlhilfskörperbruchstücke, sowie von unbeanspruchtem Mahlgut 37 und
verhindert bei thixotrophen Suspensionen einen überhöhten Druckaufbau.
Gemäß Fig. 3 wirkt die Strömungskraft 29 senkrecht zur wirksamen
Siebfläche 32 und die Zentrifugalkraft 31, die mit wachsendem
Durchmesser immer größer wird, an der wirksamen Fläche radial nach
außen. Unbehandeltes Mahlgut 37, Mahlhilfskörperbruchstücke sowie zu
klein gewordene Mahlhilfskörper werden aus dem Bereich vor den Sieben
30, durch die hohe, eingebrachte Zentrifugalkraft abtransportiert, wobei
diese Kraft mit wachsendem Durchmesser immer größer wird, und gelangen
somit zurück in die Beanspruchungszone, wo sie weiter zerkleinert
werden, bis sie schließlich klein genug sind, um durch die Schlitze der
Siebe 30 zu gelangen. Dieser Effekt ist am größten, wenn die wirksame
Siebfläche senkrecht zur axialen Mahlgutströmung 28, wie in Fig. 1
dargestellt, angeordnet wird. Besonders wartungsfreundlich wird die
Erfindung, wenn der Ringflansch 25 mit einem großen Stopfen 35 versehen
wird, was in Fig. 4 dargestellt ist. Der Hohlraum 34 hinter der
Trennscheibe 24, in den die Auslaßöffnung 23 mündet, und die sich
drehenden Siebe 30, die mittels Schrauben befestigt sind, sind somit für
Wartungsarbeiten frei zugänglich, so daß die Siebe 30 sehr einfach
ausgetauscht oder gegebenenfalls gereinigt werden können. Die Anordnung
der Trenneinrichtung am lagerseitigen Ende des Mahlbehälters 11 gemäß
Fig. 1 hat den weiteren Vorteil, daß die Fertigungstoleranzen für einen
Ringspalt nicht besonders hoch sind und die Dichtung 33 am Lagergehäuse
12 nicht mit hohem Druck beaufschlagt ist und mit keinen
Mahlhilfskörpern 19 in Kontakt kommt.
Fig. 4 und 5 zeigen in einem vereinfachten Axialschnitt jeweils den Auslaßbereich
einer Rührwerkskugelmühle, bei der die erfindungsgemäße
Trenneinrichtung am Ende des in den Mahlraum 15 reichenden Rührwerks 13
angebracht ist. Die Mahlbehälterwand 20 und die Rührwelle 14 sind hohl
und können daher gekühlt werden. Die Trennscheibe 24 mit dem Sieb bzw.
Sieben 30 ist am Ende der Rührwelle 14 angebracht. Der feststehende
Gegenring 26 wird durch die Bodenplatte 21 gebildet. Über einen Stopfen
35 kann man besonders einfach zur Wartung bzw. Reinigung an das Sieb
bzw. Siebe 30 gelangen. Der Durchmesser von Ringspalt 27 und
Trennscheibe 24 ist gleich und kleiner als derjenige der Rührelemente
16. Das Sieb 30 kann wiederum kreisringförmig oder aus mehreren
Einzelsieben aufgebaut sein.
Die wirksame Siebfläche 32 steht dabei senkrecht zur
axialen Mahlgutströmung 28 und liegt nicht plan zur
Trennscheibenoberfläche 40 der Trennscheibe, so daß diese keinem
wesentlichen Verschleiß unterworfen sind.
In Fig. 5 ist die Trennscheibe 24 hohl ausgebildet, was die wirksame
Siebfläche 32 wesentlich vergrößert. Der Trennspalt 27 wird gemäß dieser
Ausführung nicht von der Trennscheibe 24 gebildet, sondern ist an einer
anderen Stelle, geometrisch getrennt angeordnet. Sein Durchmesser ist
im Gegensatz zu denjenigen der Trennscheibe bzw. Rührelemente 16 sehr
klein, so daß bei der Fertigung größere Toleranzen vorgegeben werden
können.
Fig. 6 zeigt einen axialen Schnitt des Auslaßbereichs einer
Rührwerkskugelmühle. Der Mahlbehälter 11 und das Rührwerk 13 sind in
üblicher Bauweise und daher nicht oder nur teilweise dargestellt.
Die Trennscheibe 24 ist senkrecht auf einer Welle 45 angebracht, die in
einem Gehäuse 46 gelagert und drehantreibbar ist. Die Durchmesser von
Ringspalt 27, Trennscheibe 24 und Rührelementen 16 sind annähernd
gleich. Das Sieb bzw. Siebe 30 sind in der Trennscheibe 24 angebracht.
Das Gehäuse der Trenneinrichtung ist in der Bodenplatte 21 angeflanscht
und kann einfach demontiert werden.
Claims (10)
1. Rührwerksmühle mit dynamischer Mahlkörperabtrennung zum
Zerkleinern und Dispergieren von Feststoffen, vorwiegend in
Flüssigkeiten, bestehend aus einem, in der Regel
zylindrischen Mahlbehälter (11) und daran angebrachtem
Rührwerk (13) oder Rührwerkzeugen (16), die
eine radiale Mahlgut-Mahlhilfskörper-Strömung erzeugen, wobei
das Mahlgut (37) dem Mahlraum (15) an einem Mahlguteinlaufende (22)
zugefördert wird, unter voller Ausfüllung des Mahlraums (15) diesen
axial durchströmt und die Mahlhilfskörper an einem Auslaufende
durch eine umlaufend angetriebene Trenneinrichtung vom Mahlgut getrennt werden,
in der Schlitze oder ein
schnell austauschbares Sieb beziehungsweise Siebe (30)
angebracht sind und wobei ein von einem am Mahlbehälter (11) befestigten
Gegenring (38) gebildeter Trennspalt (27)vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitze oder Siebe (30) in einer
Trennscheibe (24)
angebracht sind, deren wirksame Siebfläche (32) krempenartig mit der axialen Drehachse (41) einen
Winkel zwischen mehr als 0 und weniger als 180 Grad bildet
und wobei die Spaltweite des Trennspalts
(27) einstellbar ist.
2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung am Ende der Rührwelle (14) angeordnet
ist.
3. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung am antriebsseitigen Ende des
Mahlraums (15) angebracht ist.
4. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung bestehend aus dem einstellbaren
Trennspalt (27) und der Trennscheibe (24) mit den daran
angebrachten Sieben (30), axial im Boden (21) des
Mahlbehälters (11) angeordnet
ist.
5. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die
Trennscheibe (24), an der ein Sieb bzw. Siebe (30) angebracht
sind, hohl ausgebildet ist, wobei das Mahlgut (37) durch die
Rührwelle (14) aus dem Mahlraum (15) gefördert wird.
6. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zur Trenneinrichtung gehörende Trennspalt (27)
radial, axial oder kegelförmig ausgebildet ist.
7. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Siebe (30) der Trennscheibe (24) vorstehend, plan zur
Trennscheibenoberfläche (40) oder in der Trennscheibe (24) eingelassen
angeordnet sind.
8. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchmesser von Trennspalt (27), Trennscheibe (24) und
Rührwerk (13) sowie die Länge der Trennscheibe (24) in axialer
Richtung und die der Rührwerkzeuge (16) in gleichem oder in
verschiedenen Verhältnissen zueinander stehen.
9. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennscheibe (24) als Rührwerk (42) ausgebildet ist.
10. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trennspalt (27), räumlich getrennt von der rotierenden Trennscheibe
(24) angeordnet
ist.
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