DE4402609C1 - Rührwerkskugelmühle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Bei der kontinuierlichen Durchströmung einer Rührwerkskugelmühle tritt abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und von der Viskosität der Mahlgutsuspension eine Schleppkraft auf, die auf die Mahlkörper wirkt. Dadurch werden die Mahlkörper mit dem Mahlgut vom Eintritt in die Mahlzone bis zum Trennorgan am Austritt mitgeschleppt. Dies kann zu einer Verpressung der Mahlkörper vor dem Trennorgan führen, welche mit erhöhtem Verschleiß und Verstopfungsgefahr verbunden ist. Dies ist insbesondere bei Feinstmahlungen mit sehr kleinen Mahlkörpern und bei hohen Durchsatzraten kritisch.

Es sind mehrere Rührwerkskugelmühlen bekannt, die für dieses Problem Lösungs­ ansätze bieten, in der Weise, daß den mitgeschleppten Mahlkörpern eine Zirkulation in der Mühle mit Rückführung in die Mahlzone ermöglicht wird (DE-PS 37 16 587, DE-PS 33 45 680, DE-PS 28 11 899). Die Trennzone ist in der Nähe der Dreh­ achse, meistens innerhalb des Rührwerks angeordnet, so daß Mahlkörper mit Hilfe der Fliehkraft vom Trennorgan ferngehalten werden.

Um das Trennorgan vor abprallenden Mahlköpern zu schützen, ist ein möglichst großer räumlicher Abstand zwischen Mahlzone und Trennzone anzustreben. Mit größerer Entfernung des Strömungsweges der Mahlkörper von der Trennzone in radialer Richtung verbessert sich der Schutz des Trennorgans vor Verschleiß und Verstopfung, d. h., je größer der Durchmesser des Rührwerks ist, um so besser sind die Gestaltungsmöglichkeiten für die Trennzone und die Mahlkörperführung. Die Lage der Trennzone innerhalb des Rührwerkes setzt eine topfähnliche Form voraus. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, innerhalb des Rührwerkes zusätzliche mahlak­ tive Zonen anzuordnen. Allerdings sind solche innenliegenden, rotierenden Flächen stark ablagerungsgefährdet, wenn sie etwa senkrecht zur Fliehkraft angeordnet sind.

Hinzu kommt, daß die Zugänglichkeit zu den Mahlwerkzeugen an der Rührwerksin­ nenseite für Wartungszwecke bei schlanken Rührwerksformen erschwert wird.

Bei der Durchströmung der Mahlzonen im kontinuierlichen Betrieb werden die Mahlkörper von der Mahlgutsuspension mitgeschleppt. Die Höhe der Schleppkraft hängt von der Größe und Dichte der Mahlkörper, von der Strömungsgeschwindig­ keit und von der Viskosität der Suspension ab. Besonders kritisch wird dieser Zustand, wenn der Durchsatz und die Feststoffkonzentration hoch sind und wenn sehr kleine Mahlkörper verwendet werden. Die Mahlkörper werden dann mit dem Mahlgut zur Trennzone transportiert und dort verpreßt, was zu Verstopfungen und Verschleiß führt. Die Mahlkörper sollten also vor dem Erreichen der Trennzone vom austretenden Mahlgutstrom abgetrennt und über eine Rezirkulationsöffnung zur Mahlzone zurückgeführt werden.

Das Ziel ist natürlich eine vollständige Rezirkulation der Mahlkörper, so daß keine Trenneinrichtung mehr benötigt wird. Um diesen Zustand anzunähern, ist die Ge­ staltung der Mahlzone und der Mahlkörperrückführzone von entscheidender Bedeu­ tung. Idealerweise sollte man dafür sorgen, daß die Mahlkörper vor dem Abzwei­ gen des austretenden Mahlgutstromes bereits die Bewegungsrichtung haben, in der sie die Mahlzone nach der Rezirkulation durchströmen. Hierbei sollten nicht die Mahlkörper aus dem Mahlgutstrom abgezweigt werden, sondern die Mahlgutsus­ pension aus dem Mahlkörperstrom, denn Mahlkörper lassen sich wesentlich schwerer umlenken als die Suspension. Da die Rezirkulation der Mahlkörper unter Ausnut­ zung der Fliehkraft erfolgen sollte, ergibt sich daraus, daß auch die Durchströmung der Mahlzone in dieser Richtung, also radial erfolgen soll. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der beste Trenneffekt erreicht wird, wenn die abgetrennte Mahlgutsuspension in entgegengesetzter Richtung zu den Mahlkörpern strömt, also entgegen der Fliehkraft radial nach innen zur Trennzone.

Die gleichmäßige Zirkulation der Mahlkörper in der Mühle wird durch den Ein­ fluß der Schwerkraft behindert, da sich die Schüttung in den unten liegenden Berei­ chen der Mühle ansammelt. Bei Mühlen mit zylindrischem Rührwerk und vertikaler Drehachse ist dieser Effekt besonders ausgeprägt. Das führt außerdem dazu, daß sich die Mahlkörperschüttung bei Mühlenstillstand stark verdichtet und die Mühle zum Wiederanfahren eine erheblich höhere Motorleistung benötigt als für den Mahlbe­ trieb. Anzustreben ist daher eine Mahlraumgeometrie, welche möglichst kurze Wege parallel zur Schwerkraft aufweist.

Die Aufgabe besteht also in der Entwicklung einer gattungsgemäßen Rührwerkskugelmühle mit einer Mahlzone und einem Rührwerk, welche die ungehinderte Zirkulation der Mühlenfüllung unter weitgehendem Ausschluß von Schwerkrafteinflüssen erlauben, genügend Raum für die Gestaltung eines Mahlkörperrückführsystems zur vollständi­ gen Mahlkörperabtrennung bieten und eine reinigungs- und wartungsfreundliche Konstruktion ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehm­ bar.

Das ringscheibenförmige Rührwerk, das den Figuren entnehmbar ist, ist unten an der vertikal angeordneten Antriebs­ welle befestigt und mit Mahlstiften besetzt. Die dem Rührwerk gegenüberliegenden Wände des Gehäuses sind ebenfalls mit Stiften ausgerüstet und bilden gemeinsam mit dem Rührwerk zwei flache, ringzylindrische Mahlräume. Die Mahlräume liegen oberhalb und unterhalb des Rührwerks und sind an ihrem äußeren Umfang durch einen torusförmigen Übergang miteinander verbunden. Dieser Übergang kann als weiterer Mahlraum oder als Umlenkraum ausgebildet sein. Das Trennorgan ist vor­ zugsweise ein Spaltsieb mit großer Querschnittsfläche und ist innerhalb der hohl ausgeführten Antriebswelle koaxial angeordnet. Eine innere Umlenkzone verbindet unterhalb des Trennorgans die beiden Mahlräume. Zwischen der Antriebswelle und dem Rührwerk kann eine Mahlkörperfördereinrichtung angeordnet sein, mit welcher sich die Mahlkörperzirkulation beeinflussen läßt.

Die Mahlgutsuspension wird am oberen Gehäuseteil im Bereich der Antriebswelle zugeführt und beim Durchströmen des Ringspaltes zwischen Welle und Gehäuse­ wand gleichmäßig verteilt. Das Mahlgut gelangt dann in den Innenbereich des obe­ ren Mahlraums, wo es bei noch geringen Umfangsgeschwindigkeiten homogenisiert und dispergiert wird. Der obere Mahlraum wird dann in radialer Richtung nach außen durchströmt, wobei die Umfangsgeschwindigkeit und die Verweilzeit zuneh­ men. Nach dem Passieren des torusförmigen Übergangs gelangt das Mahlgut in den unteren Mahlraum und durchströmt diesen radial von außen nach innen. In den Außenbereichen der beiden Mahlräume findet die Zerkleinerung statt. An den In­ nenbereich des unteren Mahlraums schließt sich eine Beruhigungszone an, in welche auch die mitgeschleppten Mahlkörper gelangen. In der inneren Umlenkzone wird das Mahlgut-/Mahlkörpergemisch in eine radial nach außen gerichtete Strömung umgelenkt. Nach der inneren Umlenkzone und vor dem oberen Mahlraum wird ein erster Mahlgutteilstrom radial nach innen abgezweigt und dann nach oben zur Trennzone geleitet. Dadurch, daß die Umlenkung des ersten Mahlgutteilstromes in fast entgegengesetzte Richtung zum Mahlkörperstrom erfolgt, wobei die Mahlkörper ihre Strömungsrichtung beibehalten, kann der erste Mahlgutteilstrom vollständig von Mahlkörpern befreit zur Trennzone gelangen. So dient das Trennorgan lediglich als Schutzeinrichtung gegen Mahlkörperverlust bei instationären Betriebszuständen, z. B. beim Anfahren und Abstellen der Mühle. Im regulären Betrieb ist die Trenn­ zone dann frei von Mahlkörpern, womit sich die Verschleiß- und Verstopfungsgefahr auf ein Minimum reduziert.

Die Mahlkörper zusammen mit einem weiteren Teilstrom des Mahlguts gelangen ohne Umlenkung in die obere Mahlzone. Ist nach der Abzweigung des ersten Teil­ stroms und vor dem Innenbereich des oberen Mahlraums eine Mahlgutfördereinrich­ tung in der dortigen Verbindung vorgesehen, dann wird durch diese Einrichtung der weitere Teilstrom mit den Mahlkörpern beschleunigt.

Wegen der sehr kurzen axialen Strömungswege der Mühlenfüllung innen und außen zwischen den beiden Mahlräumen wird die Verteilung der Mahlkörper in den Mahlräumen fast ausschließlich durch Strömungs- und Fliehkräfte, nicht aber durch die Schwerkraft bestimmt. Die Rotation des Rührwerks bewirkt eine ra­ dial nach außen gerichtete Kraft auf die Mahlkörper, die zur einer Konzentration der Mahlkörper im Außenbereich der Mahlräume führt, wo auch wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Hauptanteil der Mahlenergie umgesetzt wird. Aller­ dings ist die Verpressung der Mahlkörperschüttung dort nur gering, da die Radi­ alkräfte durch das Abbremsen der Mahlkörper an den Mahlstiften des Gehäuses nur klein sind. Die Verteilung der Mahlkörper in den Mahlräumen und die Mahlkörper­ zirkulation werden also maßgeblich durch die Schleppkraft der Mahlgutsuspension bestimmt. Eine Mahlkörperfördereinrichtung unterstützt diesen Mechanismus und vermindert zudem die Gefahr einer Kurzschlußströmung der zuströmenden Mahl­ gutsuspension zur Trennzone.

Die kurzen axialen Mahlzonenbereiche bewirken darüber hinaus, daß sich die Mahlkörper beim Abstellen der Mühle sehr gleichmäßig verteilen und kaum eine Verdichtung unter Schwerkrafteinfluß stattfindet. So kann die Mühle ohne erhöhtes Drehmoment wieder angefahren werden, was die notwendige installierte Antriebs­ leistung deutlich senkt. Die Form des Rührwerks und der Mahlräume hat auch den Vorteil, daß senkrecht zur Fliehkraft innenliegende Flächen minimiert werden, wo­ durch die Gefahr von Toträumen für Ansatzbildungen weitgehend ausgeschlossen wird.

Anstelle eines Spaltsiebes als Trennorgan kann auch ein rotierendes Abweiserad ein­ gebaut werden, mit dem die austretende Mahlgutsuspension nach der Teilchengröße klassiert wird. Das Abweiserad wird als komplette Einheit mit Lagerung und An­ trieb von unten in die Mühle eingesetzt. Das Abweiserad läuft entweder frei im Hohlraum der Antriebswelle des Rührwerks oder ist zusätzlich von einem engan­ liegenden Gehäuse umgeben. Die Mahlgutsuspension gelangt von der Abzweigung nach der inneren Umlenkzone in das Abweiserad. Ausreichend feine Teilchen passie­ ren mit der Flüssigkeit das Rad und werden durch die hohlgebohrte Antriebswelle des Klassierers und einen Feingutsammler ausgetragen. Das abgewiesene Grobgut vermischt sich mit dem Mahlgut-/Mahlkörperstrom und wird zur Mahlzone zurück­ geführt.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt bei einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt bei einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Rührwerkskugelmühle für fließfähi­ ges Mahlgut. Das Rührwerk 1 ist ringscheibenförmig ausgebildet und in einem hori­ zontal teilbaren Gehäuse 2a, 2b angeordnet. Die Drehachse ist vertikal; der Antrieb 3, die Lagerung 4 der Antriebswelle 5 und die Wellenabdichtung 6 liegen oberhalb der eigentlichen Mühle. Das Rührwerk 1 ist über Bolzen 12 mittels eines Verbin­ dungsflansches 7 an der Antriebswelle 5 befestigt. Zwischen den Gehäusewänden und der Rührwerksoberfläche befinden sich der obere Mahlraum 8a und der untere Mahlraum 8b. Sowohl das Rührwerk 1 als auch die Gehäusewände sind mit Mahl­ stiften 9a, 9b ausgerüstet. Eine torusförmige Umlenkzone 10 verbindet die beiden Mahlräume 8a, 8b an ihrem Außenumfang. Das Rührwerk 1 und die Gehäusewände sind in der Umlenkzone 10 ebenfalls mit Mahlstiften besetzt, so daß diese Umlenk­ zone einen weiteren Mahlraum bildet. Am Innenbereich der Mahlräume 8a, 8b liegt eine innere Umlenkzone 11, in welcher die Mischung aus Mahlkörpern und Mahlgut radial nach außen umgelenkt wird. Die Umlenkzone 11 verläuft von der Ebene des unteren Mahlraums 8b zur Ebene des oberen Mahlraums 8a. Ein erster Teilstrom der Mahlgutsuspension wird zu einem Abzweigkanal 13 gelenkt und in den Trenn­ raum 14 geleitet, der im Inneren des Verbindungsflansches 7 angeordnet ist. Dieser Abzweigkanal 13 verläuft radial nach innen unter einem Winkel von weniger als 90° zur Horizontalen, bevorzugt wie dargestellt spitzwinkelig zur Verbindung zwischen der Umlenkzone 11 und dem oberen Mahlraum 8a.

Das Trennorgan 15 im kreiszylindrischen Trennraum 14 ist vorzugsweise ein Spalt­ sieb und ist symmetrisch zur Drehachse des Rührwerkes 1 oberhalb der inneren Umlenkzone 11 im Trennraum 14 und im Niveau höher als die obere Mahlzone 8a angeordnet. Ein weiterer Teilstrom des Mahlguts gelangt zusammen mit den Mahlkörpern radial nach außen in den oberen Mahlraum 8a.

Die Mahlkörper werden durch den Stutzen 16 in die Mühle eingefüllt. Das Mahlgut wird durch den Einlaß 17 mit einer Pumpe in den Spalt 18 zwischen dem Gehäuse­ oberteil 19 und den Verbindungsflansch 7 gefördert. Nach dem Durchströmen des oberen Mahlraums 8a, der torusförmigen Umlenkzone 10, des unteren Mahlraums 8b und der inneren Umlenkzone 11, tritt der erste Teilstrom der Mahlgutsuspension nach Passieren des Abzweigkanals 13, des Trennraums 14 und des Trennorgans 15 durch das Siebrohr 20 aus der Mühle aus. Der Siebträger 21 bildet die Statorwand der inneren Umlenkzone 11 und des Abzweigkanals 13. Im unteren Teil 2b des Gehäuses befindet sich ein Deckel 22, der zum Entleeren der Mühle dient.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform als Naßklassiermühle. Anstelle eines Siebes als Trennorgan 15 wird hier ein Abweiseradklassierer verwendet, welcher die Klassie­ rung des Mühleninhaltes nach der Korngröße ermöglicht. Der Klassierer wird in die Mühle als komplette Baueinheit im Austausch gegen den Siebeinsatz eingebaut. Der Abweiseradklassierer besteht aus dem Antrieb 24, der Lagerung 25 mit Wellenab­ dichtung 26, einer Hohlwelle 27 und dem Abweiserad 23. Das Abweiserad 23 läuft in einem separaten Klassiergehäuse 28, welches im Trennraum 14′ innerhalb des Verbindungsflansches 7 angeordnet ist. Das zu klassierende Mahlgut tritt nach dem Passieren der inneren Umlenkzone 11, des Abzweigkanals 13′ und des Trennraums 14′ durch die obere zentrale Öffnung 29 in das stationäre Klassiergehäuse 28 ein. Grobe Teilchen werden vom Rad 23 abgewiesen, verlassen durch die Grobgutkanäle 30a bzw. 30b das Klassiergehäuse 28 und gelangen über eine Mahlkörperförderein­ richtung 33 wieder zurück in die obere Mahlzone 8a. Es sind zwei Varianten für die Anordnung der Grobgutkanäle dargestellt; der Grobgutkanal 30a ist im Innensta­ tor 21′ angeordnet und führt das Grobgut in das Ende der inneren Umlenkzone 11 zurück. Der Grobgutkanal 30b befindet sich in der Außenwand des Klassiergehäuses 28 und leitet das Grobgut in den Abzweigkanal 13′ zurück. Feine Teilchen durch­ strömen das Abweiserad 23 radial nach innen und verlassen durch die Hohlwelle 27, den Feingutsammler 31 und das Austragsrohr 32 die Maschine.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist die torusförmige Umlenkzone 10 keine Mahlstifte auf und wirkt somit nicht als weiterer Mahlraum. Außerdem ist zwi­ schen dem Abzweigkanal 13′ und dem oberen Mahlraum 8a für die im weiteren Teilstrom des Mahlguts enthaltenen Mahlkörper eine Mahlkörperfördereinrichtung 33 vorgesehen, die zur Beschleunigung radial nach außen in Richtung des der obe­ ren Mahlzone 8a dient, wodurch die Zirkulation des Mühleninhalts unterstützt wird. Diese Einrichtung kann aus radialen, tangentialen oder gekrümmten Flügeln beste­ hen, die zwischen dem Verbindungsflansch 7 und dem Rührwerk 1 als separates Bauteil montiert sind.

Claims (10)

1. Rührwerkskugelmühle zum Behandeln von fließfähigem Mahlgut, bestehend aus einem Mahlbehälter, einem im Mahlbehälter drehbar angeordneten Rühr­ werk, dessen Oberfläche mit den benachbarten Gehäusewänden mindestens eine Mahlzone bildet, die vom Mahlgut und von Mahlkörpern durchströmt wird, einem Mahlguteinlaß am Mahlbehälter, über den Mahlgut der Mahl­ zone zugeführt wird, einem ein Trennorgan aufweisenden zentrischen Trenn­ raum, der sich an das Ende der Mahlzone anschließt und einer Verbindung zwischen dem Ende und dem Anfang der Mahlzone, wobei ein erster Mahl­ gutteilstrom in den Trennraum und ein weiterer Mahlgutteilstrom zusammen mit den Mahlkörpern zum Anfang der Mahlzone gelangt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rührwerk (1) ringscheibenförmig und der Mahlbehälter als horizontal geteiltes Gehäuse (2a, 2b) das Rührwerk umfassend flach ausgebil­ det ist, das Rührwerk (1) mit den benachbarten Gehäusewänden einen obe­ ren und einen unteren ringscheibenförmigen Mahlraum (8a, 8b) bildet, diese Mahlräume am Außenumfang des Rührwerks (1) miteinander verbunden sind, an den Innenbereich des unteren Mahlraums (8b) radial nach innen sich eine Umlenkzone (11) anschließt, in welcher das Mahlgut mit den Mahlkörpern von der Ebene des unteren Mahlraums (8b) in die Ebene des oberen Mahlraums (8a) umgelenkt wird und von der Verbindung zwischen der Umlenkzone (11) und dem oberen Mahlraum (8a) ein Abzweigkanal (13, 13′) für den ersten Mahlgutteilstrom zum Trennraum (14, 14′) führt, der unter einem Winkel von weniger als 90° radial nach innen verläuft.

2. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweigkanal (13, 13′) unter einem spitzen Winkel radial nach innen verläuft.

3. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des weiteren Mahlgutteilstroms gesehen nach der Mündung des Abzweigkanals (13, 13′) und vor dem Innenbereich des oberen Mahlraums (8a) eine Mahlkörperfördereinrichtung (33) angeordnet ist.

4. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung zwischen dem oberen und unteren Mahlraum (8a, 8b) am Außenumfang des Rührwerks (1) als weiterer Mahlraum ausgebil­ det ist.

5. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung zwischen dem oberen und unteren Mahlraum (8a, 8b) am Außenumfang des Rührwerks (1) als weitere Umlenkzone (10) ausgebildet ist.

6. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rührwerk (1) von einem Verbindungsflansch (7) getragen wird, der eine kegelstumpfförmige Innenseite aufweist, an die sich ein kreiszy­ lindrischer Trennraum (14, 14′) anschließt, benachbart zur kegelstumpfformi­ gen Innenseite die kegelstumpfförmige Außenseite eines Stators (21) verläuft, zwischen Innen- und Außenseite der Abzweigkanal (13, 13′) gebildet und das im Trennraum (14, 14′) befindliche Trennorgan vom Stator (21) getragen wird.

7. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rührwerk (1) von einem Verbindungsflansch (7) getra­ gen wird, der außen kegelstumpfförmig ausgebildet ist, ein Oberteil (19) des Gehäuses (2a, 2b) im Abstand dazu verläuft und im so gebildeten Spalt (18) ein Mahlguteinlaß (17) mündet.

8. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (18) unten in den Innenbereich des oberen Mahlraums (8a) mündet.

9. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trennorgan ein Spaltsieb (15) ist.

10. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trennorgan ein drehangetriebenes Abweiserad (23) ist.