DE69326897T2

DE69326897T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von materialien unter anwendung von hoher scherkraft

Info

Publication number: DE69326897T2
Application number: DE69326897T
Authority: DE
Inventors: Richard A. Holl
Original assignee: Holl Technologies Co
Current assignee: Kreido Laboratories Camarillo Calif Us
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2013-08-25
Also published as: WO1994004275A1; EP0656814A1; US5538191A; JPH08500524A; CA2142193A1; DE69326897D1; EP0656814B1; CA2142193C; EP0656814A4; JP3309093B2; US5279463A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung unter hoher Scherung von fließfähigen Materialien, wobei der hier verwendete Begriff "Behandlung unter hoher Scherung" sowohl das Mischen als auch das Mahlen, der Begriff Mischen seinerseits das Auflösen, in Suspension bringen und Dispergieren, sowie der Begriff Mahlen seinerseits das Schleifen, Zerkleinern und Entklumpen umfaßt. Die verwendeten fließfähigen Materialien weisen jeweils mindestens zwei Komponenten auf, von denen die eine eine Flüssigkeit ist. Die Erfindung betrifft spezieller, aber nicht ausschließlich, derartige Verfahren und Vorrichtungen, bei denen die fließfähigen Materialien Schlammsuspensionen von feinverteilten keramischen Materialien aufweisen.

STAND DER TECHNIK

In zunehmendem Maße erfordert eine Anzahl von Produktionsverfahren die Verwendung fein verteilter Ausgangsmaterialien mit einer Partikelgröße zum Beispiel von weniger als 5 Mikrometer, häufig mit einer Partikelgröße von weniger als 1 Mikrometer und zunehmend mit einer bis 0,1 Mikrometer kleinen Partikelgröße. Das ist besonders bei Verfahren für keramische Massen der Fall, bei denen es die Verwendung solcher fein verteilter Rohmaterialien möglich macht, Gegenstände zu produzieren, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, wie verbesserte Festigkeit, mechanische und thermische Stoßfestigkeit sowie eine maximale oder nahezu maximale theoretische Dichte nach dem Brennen oder Sintern. Ein zunehmend wichtiges Kriterium ist auch die Verteilung der Partikelgröße, und besonders das Erfordernis, dass alle Partikel von einer Größe sind, die innerhalb eines engen Bereichs um den Sollwert liegen. In der industriellen Praxis ist die Verbesserung einer solchen Gleichmäßigkeit der Partikelgröße äußerst schwierig und erhöht erheblich die Produktionskosten.
Die Herstellung eines keramischen Teils kann es zum Beispiel erfordern, dass das Ausgangsmaterial eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,3 Mikrometer und eine maximale Partikelgröße von 1,0 Mikrometer aufweist, wobei eine solche kleine maximale Größe notwendig ist, um zum Beispiel ermöglichen, dass das Teil superplastisch warm geformt wird. Es wird erwartet, dass die Verteilung der Partikelgröße die typische Glockenkurven-Charakteristik aufweisen wird, wobei der größere Anteil des Materials (z. B. etwa 70 Gew.-%) von etwa durchschnittlicher Größe ist, während kleine Anteile (jeweils z. B. etwa 15%) eine Übergröße und Untergröße sind. Selbst wenn das Material gemahlen wurde, um diese durchschnittliche Größe zu haben, ist es unwahrscheinlich, dass es sich beim Empfang beim endgültigen Nutzer noch im gleichen Zustand einer verhältnismäßig gleichmäßigen feinen Verteilung befindet, da bei allen Partikeln und besonders bei solchen feinen Partikeln eine Agglomeratbildung sofort beginnt, wenn das Pulver die Mahlanlage verläßt, und sich bei der nachfolgenden Handhabung fortsetzt. Häufig werden die Pulver zur Erleichterung ihres Transports und ihrer Handhabung pelletisiert und müssen nachfolgend durch Mahlen zerkleinert werden. Das Ergebnis ist, dass das Material jetzt nicht gleichförmig ist, wobei zumindest ein Anteil außerhalb des spezifizierten Bereiches liegt, und dass eine hohe Wahrscheinlichkeit vorhanden ist, dass es eine große Anzahl von großen Partikeln enthält, deren Vorhandensein in den sich ergebenden gesinterten Produkten Defekte bewirkt. Es ist auch wichtig, dass durch die Verarbeitung des Materials, insbesondere das Mahlen, keine erhebliche Menge von kontaminierenden Partikeln, z. B. weniger als 0,1 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 0,01 Gew.-% eingeführt wird.
Stein- (Karborund) und Kolloidmühlen sind für die Verwendung zum Feinzerkleinern und Mahlen von Anstrichfarbenpigment bekannt und bestehen im wesentlichen aus zwei gegeneinander arbeitenden, genau geformten, glatten Steinen, von denen einer unbeweglich gehalten wird, während der andere mit hoher Drehzahl (3600 bis 5400 U/min) gedreht wird, wobei ein Spalt der in dieser Industrie als sehr klein angesehenen wird, die beiden relativ zueinander bewegbaren Flächen trennt. So ist typischerweise der Abstand zwischen den beiden Flächen einstellbar, von einer tatsächlichen Berührung bis zu einer geeigneten Distanz, die bei solchen Mühlen normalerweise von minimal 25 Mikrometer bis etwa 3000 Mikrometer beträgt, im allgemeinen aber in der Größenordnung von 50-75 Mikrometer liegt. In der typischen Steinmühle wird eine bereits gemischte Charge durch einen kegelstumpfförmigen Spalt in den die Form eines flachen Rings mit kreisförmigem Querschnitt aufweisenden Mahlbereich zugeführt, während in einer Kolloidmühle, die ebenfalls eine bereits gemischte Charge benötigt, der Mahlbereich die Form eines Kegelstumpfes aufweist. Das Mahlen des Pigments in seinem flüssigen Träger wird durch die Schmierwirkung mit hohem Scherungsverhältnis erzeugt, die zwischen den parallelen Flächen der Steine auftritt, wenn das Material durch Schwerkraft oder unter Druck dem Spalt zugeführt wird. Man sagt, dass ein Trennspalt von 75 Mikrometer die Pulverisierung des Pigments mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 2-3 Mikrometer bewirkt, obwohl die Verteilung der Partikelgröße nicht vorgegeben ist und sicherlich wesent lich größere Partikel vorhanden sind. Solche Mühlen sind für diejenigen Zwecke zufriedenstellend, wo die Gleichmäßigkeit, die Verteilung der Partikelgröße, die maximale Partikelgröße und der Grad der Verunreinigung verhältnismäßig unkritisch sind.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, neue Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung unter hoher Scherung von fließfähigen Materialien vorzusehen, die mindestens zwei Komponenten aufweisen, von denen eine eine Flüssigkeit ist, wobei eine solche Behandlung unter hoher Scherung zum Beispiel gleichmäßiges Mischen umfaßt, das die Suspension, Dispersion und Lösung von Gasen und pulverisierten Materialien in Flüssigkeitsträgern einschließt, und/oder gleichmäßiges Mahlen, das das Feinzerkleinern, Entklumpen und Feinstzermahlen von pulverisierten Materialien in deren Suspensionen von feinem Schlamm einschließt.
Es ist eine speziellere Aufgabe, solche Verfahren und und eine solche Vorrichtung bereitzustellen, die auf das gleichmäßige Mahlen von feinverteilten keramischen Materialien in deren breiige Suspensionen anwendbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung unter hoher Scherung von fließfähigen Materialien vorgesehen, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist, das umfaßt:
Hindurchleiten des zu behandelnden Materials in einer Fließrichtung in einem Fließweg, der gebildet wird durch einen Durchlaß zwischen zwei eng beabstandeten Durchlaßoberflächen, die von jeweiligen Mahlkörpern gebildet werden, wobei der Durchlaß einen Einlaß und einen Auslaß aufweist. Ein solches Verfahren ist aus der DD-A-220906 be kannt, die auch die Bewegung der Mahlkörper relativ zueinander offenbart.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fließweg einen gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung umfaßt, in welchem der Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen das gleichzeitige Auftreten von freien Supra-Kolmogorov-Wirbeln, die größer sind als der kleinste Kolmogorov- Wirbeldurchmesser für das fließende Material, und von erzwungenen Sub-Kolmogorov-Wirbeln, die kleiner sind als der kleinste Kolmogorov-Wirbeldurchmesser, gestattet;
dass der gesamte Behandlungsbereich mit hoher Scherung mindestens einen Teilbereich aufweist, in welchem die Breite des Durchlasses kleiner als im Rest des Bereiches ist, um eine zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung zu schaffen, in der freie Supra-Kolmogorov-Wirbel während des Durchgangs des Materials unterdrückt werden;
und dass während der Bewegung des Materials im gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung die Mahlkörper relativ zueinander so bewegt werden, dass dadurch die Mahldurchlaßoberflächen relativ zueinander in Richtung quer zur Fließrichtung mit einer solchen Relativgeschwindigkeit bewegt werden, dass die gleichzeitige Entwicklung von Supra- Kolmogorov-Wirbeln und Sub-Kolmogorov-Wirbeln für die Behandlung des Materials im Supra-Mikrometermaßstab und im Sub-Mikrometermaßstab unter Aufrechterhaltung der jeweils an den relativ bewegten Durchlaßoberflächen anhaftenden Flüssigkeitsfilme erzwungen wird, um hierdurch das behandelte Material so gleichförmig wie möglich zu machen;
wobei diese relative Bewegung in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung nur erzwungene Sub-Kolmogorov-Wirbel unter Aufrechterhaltung von nicht-turbulenter Strömung erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung vorgesehen zur Behandlung unter hoher Scherung von fließfähigen Materialien gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15, die ebenfalls aus der DD-A-220906 bekannt ist, die das Verfahren nutzt, wie es im unmittelbar vorhergehenden Absatz definiert ist.
Vorzugsweise umfaßt die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung einen Spalt mit einem kleinsten Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen, zu dem hin der Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen abnimmt, zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks in dem fließenden Material und einer sich daraus ergebenden örtlichen Zunahme der Viskosität in dem Material zur Verstärkung der Behandlungswirkung.
Auf eine Wand des Durchlasses in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung können längsgerichtete Druckoszillationen zur Verstärkung der Behandlungswirkung ausgeübt werden, indem in dem Material Erhöhungen der örtlichen Viskosität erzeugt werden, die sich aus einem elastohydrodynamischen Preßfilmeffekt in den Flüssigkeitsfilmen und/oder aus der Erzeugung von erzwungenen Sub-Kolmogorov-Wirbeln darin ergeben.
Die Mahlkörper können jeweils ein feststehender, hohler Außenzylinder und ein drehbarer Innenzylinder sein, der im feststehenden, hohlen Außenzylinders um eine entsprechende längsverlaufende Drehachse drehbar gelagert ist; und die beiden Zylinder außerdem zur relativen Bewegung zueinander querverlaufend zu der Drehachse angebracht sein können, um dadurch den Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Durchflußoberflächen zu variieren.
Alternativ dazu können die Mahlkörper kreisförmige Platten sein, die zur Drehbewegung relativ zueinander um eine durch ihre Mittelpunkte verlaufende gemeinsame Drehachse angebracht sein können, wobei die Durchlaßoberflächen durch jeweils gegenüberliegende Oberflächen der beiden Platten ge bildet werden, die außerdem zur Bewegung relativ zueinander längs der Drehachse angebracht sind, um den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen zu variieren.
Die Drehachse kann vertikal oder horizontal sein.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Spezielle bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die begleitenden schematischen Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von einer Seite einer Trommelmühle, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, und in der die Mahlkörper relativ zueinander um eine horizontale Achse rotieren;
Fig. 2 einen Querschnitt an der Linie 2-2 durch das Gehäuse der Trommelmühle von Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilquerschnitt entlang der gleichen Linie wie in Fig. 2 geführter, der ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
Fig. 4 eine seitliche Teilansicht und einen Teillängsschnitt der Trommelmühle der Fig. 1 und 2, wobei die Mahlbasis und der innere Mahlkörper in Vorderansicht und der äußere Mahlkörper in Längsschnitt an der Linie 4-4 in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 5 einen der Fig. 2 ähnlichen Querschnitt durch ein Trommelreaktionsgefäß für Gas-Flüssigkeits-Reaktionen gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine Summenkurve der Verteilung der Partikelgröße, die als Vollinie die Partikelverteilung eines vordispergierten feinen Schlamms aus Zirkonerde und als unterbrochene Linie die Verteilung der Partikel nach der Verarbeitung bei Verwendung der Plattenmühle von Fig. 11 darstellt;
Fig. 7 einen vertikaler Querschnitt einer Plattenmühle entlang der auf der Linie 7-7 in Fig. 8, die ein weiteres Ausführungsbeispiel ist, und in der die Mahlkörper um eine vertikale Achse relativ zueinander rotieren;
Fig. 8 einen horizontaler Querschnitt durch die Plattenmühle von Fig. 7 der Linie 8-8;
Fig. 9 ein der Fig. 7 ähnlicher, vertikaler Querschnitt einer Plattenmühle, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, und in der die Mahlkörper relativ zueinander um eine horizontale Achse rotieren;
Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht des von einem gestrichelten Kreis umrandeten Teils 10 der Fig. 9, mit unterbrochener Linie;
Fig. 11 ein der Fig. 2 ähnlicher, vertikaler, querverlaufender Querschnitt einer Plattenmühle, der ein noch weiteres Ausführungsbeispiel ist;
Fig. 12 eine schematische Darstellung, die ein Mahlsystem für eine kontinuierliche Durchlauf-Aufschlämmung veranschaulicht, das mehrere Trommelmühlen nach der Erfindung in Reihe nutzt, wobei das System außerdem einen einzigen Ultraschall-Reflexions-Mischer in einem Vormischungs-Umwälzkreislauf, der die Mühlen speist, umfaßt; und
Fig. 13 (Blatt 7) eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Chargenverarbeitungssystems, das eine einzige Plattenmühle verwendet, durch die der feine Schlamm umgewälzt wird.
Ähnliche oder gleiche Teile sind in allen Abbildungen der Zeichnungen, wo immer das möglich ist, mit der gleichen Bezugszahl versehen.
Zur Deutlichkeit der Darstellung sind die Abstände zwischen den zusammenwirkenden Oberflächen der Mühlen erheblich übertrieben.

METHODEN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 5 sind hier als "Trommelmühlen" dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden zylindrisch geformten Mahloberflächen mit entsprechenden trommelförmigen Bauteilen versehen sind, während die Ausführungsbeispiele der Fig. 6 bis 11 als "Plattenmühlen" dadurch gekennzeichnet sind, dass die zusammenwirkenden Mahloberflächen mit entsprechenden plattenförmigen Bauteilen versehen sind. Vor einer Beschreibung der Konstruktion der Mühlen und ihrer entsprechenden Betriebsweisen werden typische Systeme zur Herstellung von feinen keramischen Schlämmen beschrieben, die diese Mühlen nutzen.
In dem in Fig. 12 dargestellten System mit kontinuierlichem Durchfluß soll fein verteiltes Pulver so gemahlen werden, dass es in einem Flüssigkeitsträger gleichmäßig feinst verteilt ist und zu einer kleineren Partikelgröße gemahlen wird (mit einer beliebigen notwendigen Entklumpung). Aus einem Beschickungstrichter 10 wird der Trommelmühle 12 Pulver zugeführt, während von einem Beschickungstank 14 ein flüssiger Dispersionsträger zugeführt wird, wobei eine vorläufig schnelle grobe Dispersion durch Umwälzen der Mischung in einem geschlossenen Kreislauf erreicht wird, der den Behälter der Trommelmühle 12, eine Pumpe 16 und einen Ultraschall-Reflexions-Mischer 18 (RUM-Mischer) mit hoher Durchflußkapazität aufweist.
Der flüssige Dispersionsträger, ob wässrig oder nicht wässrig, wird normalerweise ein Dispergiermittel oder Dispergiermittel, und im allgemeinen auch andere Funktionszusatzstoffe wie Bindemittel, Weichmacher und Schmiermittel ent halten. Die relativen Verhältnisse des Pulvers oder der Pulver, der Funktionszusatzstoffe und des Dispersionsträgers sind normalerweise so gemacht, dass die endgültige Auflösung einen ausreichenden flüssigen Inhalt aufweist, um Probleme zu vermeiden, die mit Dilatanz (Volumenänderung durch Schubbeanspruchung) verbunden sind.
Vorzugsweise ist der RUM-Mischer 18 vom Typ, der in meinem US-Patent Nr. 4 071 225 offenbart ist. Kurz gesagt, dieser Mischer weist eine langgestreckte Kammer mit einem dünnen, rechteckigen, querverlaufenden Querschnitt auf, deren zwei parallele, breitere Wände durch zwei flache, sehr eng beabstandete Platten 20 gebildet sind, wobei auf jeder von ihnen auf deren Außenseite mehrere Ultraschall-Wandler 22 angebracht sind, um die Druckoszillationen in die Kammer und in die Richtung der gegenüberliegenden Wand zu leiten, wobei die Oszillationen von den gegenüberliegenden Wandlern bei der gemeinsamen Reflexion eine Interferenz derart bewirken, die intensive kleine Wirbel erzeugt, die besonders wirksam sind, um ein Mischen und vorheriges Auflösen des Pulvers in dem Medium zu erzeugen.
Wie es Fachleuten dieses Fachgebietes bekannt ist, ist die durchgehende Auflösung von feinen Pulvern in einem flüssigen Dispergierträger unter Verwendung der normalen mechanischen Rührwerke mit hoher Scherung oder Kugel- oder Sandmühlen ein überlanger und langwieriger Vorgang, der oftmals mehrere Tage erfordert, um eine akzeptable Auflösung zu erzielen. Es gibt dafür eine Anzahl von Gründen, wie der vergrößerte Oberflächenbereich, der benetzt wird, wenn die Partikelgröße abnimmt, die von Natur anhaftende Schwierigkeit der Benetzung solcher feiner Partikel und die Schwierigkeit einer Entklumpung der Agglomeratbildungen, die unvermeidlich vorhanden sind. Andere Gründe werden nachstehend erörtert. Ein RUM-Mischer, wie der oben offenbarte und kurz beschriebene, kann akzeptable Auflösungen in 5-15 Mi nuten kurzen Zeiträumen erzeugen, obwohl es bei einigen Verfahren vorgezogen werden kann, längere Mischzeiträume von vielleicht 30-45 Minuten zu nutzen. Wenn ein vollkommen kontinuierliches System bevorzugt wird, kann der einzelne RUM-Mischer durch eine Reihe von solchen Mischern ersetzt werden.
Nach Beendigung dieses vorläufigen Schrittes wird der grob feinst verteilte feine Schlamm über die Pumpe 26 und den Kühler 28 in eine Reihe von Trommelmühlen 30 nach der Erfindung entleert, von denen nur zwei dargestellt sind. Für jede Mühle sind eine Pumpe und ein Kühler vorgesehen, um eine Steuerung von Geschwindigkeit, Druck und Temperatur zu gestatten, mit denen der feine Schlamm in die jeweilige Mühle zugeführt wird, wobei der Kühler die Erwärmung des durch die vorhergehende Mühle erzeugten feinen Schlamms kompensiert. Es können auch mehrere Plattenmühlen oder eine Mischung von Trommel- und Plattenmühlen verwendet werden.
Fig. 13 veranschaulicht die Art und Weise, wie eine einzige Mühle, hier als Plattenmühle 32 gezeigt, in einem Umwälzkreislauf verwendet wird, um einen Beschickungsvorgang durchzuführen. Ein vorgemischter feiner Schlamm von einem RUM-Mischersystem wird einem Trommelmischer 24 zugeführt und durch die einzige Pumpe 26 und den Kühler 28 zum Einlaß der Mühle abgegeben. Das Auslaßrohr der Mühle entleert den feinen Schlamm in den Trommelmischer 24 zurück, wo er erneut in den Kreislauf gegeben wird, bis die gewünschte Verteilung der Partikelgröße erzielt wurde. Das Verfahren wird normalerweise mit einem vorgegebenen Protokoll gesteuert, wobei die Mühle anfänglich den feinen Schlamm zu einer maximalen betriebsfähigen Partikelgröße bearbeitet, und eingestellt, wenn das Verfahren entweder fortschreitend oder schrittweise abläuft, bis es Partikel der benötigten Mindestgröße erzeugt. Stattdessen kann eine einzige Trommelmühle verwendet werden.
Mit Bezug jetzt auf die Fig. 1 bis 3 weist eine Trommelmühle einen Grundrahmen 34 der Vorrichtung auf, an dem mit Hilfe eines Zwischengehäuses 36 ein feststehender äußerer hohler zylindrischer Mahlkörper 38 angebracht ist, dessen innere zylindrische Oberfläche 40 eine funktionsfähige Wand eines ringförmigen Durchlasses 42 bildet, der einen Fließweg für das zu behandelnde Material bildet. Die andere funktionsfähige Wand des Durchlasses ist durch die äußere zylindrische Oberfläche 44 eines inneren zylindrischen Mahlkörpers 46 gebildet, der in diesem Ausführungsbeispiel ein fester Zylinder ist, der auf einer Welle 48 in dem Hohlzylinder drehbar um eine horizontale Achse 50 sitzt. In dem Gehäuse 36 sind Wandler 52 (Fig. 2) angebracht und mit dem Außenzylinder 38 verbunden, um die longitudinalen Druckoszillationen, die sie erzeugen, in den benachbarten Bereich des Durchlasses 42 zu leiten, und außerdem zumindest den benachbarten Bereich der zylindrischen Wand in Schwingungen zu versetzen, um die Durchlaßdicke zyklisch zu verändern, wobei zumindest dieser Bereich des Durchlasses einen gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung bildet, wie es nachstehend erörtert wird. Die Wandler sind mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) zum synchronen, phasenrichtigen Betrieb verbunden und werden über den Einlaß 54 und den Auslaß 56 mit einem Kühlfluid versorgt. Von der restlichen Außenfläche des Körpers 38 wird so viel wie möglich durch eine Abdeckplatte 58 umgeben, die eine teilweise ringförmige Einfassung für den Durchlaß des Kühlwassers bildet, das durch den Einlaß 60 eintritt und durch den Auslaß 62 austritt. Der Raum zwischen der Abdeckplatte und der Außenseite des Bauteils ist mit einem Drahtgeflecht 64 gefüllt, um die Kühlwirkung der Einfassung zu erhöhen.
Die Innenseite des zylindrischen Bauteils 38 ist durch zwei, an jeweiligen Endflanschen befestigten, kreisförmigen Abdeckplatten 66 geschlossen, wobei eine der Abdeckplatten das Einlaßrohr 68 für feinen Schlamm an seinem untersten Punkt festhält, während die andere das Auslaßrohr 70 für feinen Schlamm an seinem obersten Punkt festhält. Die beiden Platten sind mit fluchtenden, vergrößerten Öffnungen 72 versehen, durch die die Welle 48 verläuft, während eine Bewegung der Welle und des inneren Mahlkörpers relativ zu dem ortsfesten Außenkörper gestattet ist, um die Größe des sich axial erstreckenden geradlinigen Spalts G (Fig. 2) im Behandlungsbereich einzustellen. An jedem Ende ist zwischen der jeweiligen Abdeckplatte 66 und der Sicherungsscheibe 76 eine ringförmige Abdichtung 74 zwischengelegt, um das Entweichen von Material zu verhindern.
Die Welle 48 ist durch zwei Lager 78 drehbar gelagert, von denen jedes durch eine entsprechende Querverbindung 80 gehalten wird, die ihrerseits an den oberen Enden von zwei querverlaufend beabstandeten, sich vertikal erstreckenden Stützen 82 und 84 mit rechteckigem Querschnitt angebracht ist. Die obere Fläche jeder Stütze 82 ist nach innen und nach unten zur Horizontalen geneigt, so dass die äußere Kante der Stütze einen Schneidkantendrehpunkt für die Querverbindung um eine Achse 86 bildet, die parallel zur Wellenachse 50 liegt. Dieses Ende der Querverbindung ist durch ein elastisches Band 88 (Fig. 1) mit der jeweiligen Stütze 82 verbunden, was die erforderliche Schwenkbewegung erlaubt. Das andere Ende der Querverbindung wird über seinem jeweiligen oberen Stützenende durch eine Federanordnung gehalten, die eine sich vertikal erstreckende Gewindestange 90 aufweist, die ungehindert durch eine Bohrung in dem Ende der Querverbindung verläuft. Das Ende ist zwischen einem Paar von Druckfedern 92 aufgehängt, wobei die Drücke der Federn und die entsprechende vertikale Stellung der Welle 48 bei Bedarf durch die Funktion der Mutter 94 an ihrem oberen Ende eingestellt werden. Wegen des Schneidkantendrehpunkts wird die Bewegung der horizontalen Wellenachse 50 um die Achse 86 bogenförmig sein, und diese Bewegung wird die Exzentrizität der relativen Rotation der zwei Mahlkörper verändern, womit die Größe des Linienspalts G verändert wird. Die Federanordnung stellt außerdem sicher, dass die beiden Mahlkörper gegen ihre relativen Rotation nicht durch irgendwelche ungewöhnlich große Partikel verklemmt werden können, die in den Behandlungsbereich eindringen. Die Welle 48 ist über eine elastische Kupplung 95 mit einem Motor verbunden, durch den sie angetrieben wird.
Der innere Mahlkörper 46 ist vorzugsweise ganz aus einem genügend harten Material wie Siliziumkarbid hergestellt, wobei seine äußere Fläche 44 auf die geforderten Grenzen genau und glatt geschliffen ist, wobei er aber stattdessen ein zylindrisches Rohr aus diesem harten Material aufweisen kann, das an einem geeigneten inneren Rahmen angebracht ist. Der Außenzylinder kann auch aus dem gleichen Material, wegen der Wirtschaftlichkeit aber aus rostfreiem Stahl bestehen, mit einem Einsatz 96 des gleichen harten Materials wie der Innenzylinder über seinem untersten Bogensegment, wo der Spalt G ausgebildet ist. Der Abschnitt des gesamten Behandlungsbereiches mit hoher Scherung, der den Einsatz enthält und unmittelbar an diesen grenzt, bildet eine zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung innerhalb des gesamten Behandlungsbereiches mit hoher Scherung und ist der Bereich, in welchem der größte Teil des Mahlvorganges stattfindet, wie es nachstehend erörtet wird. Die beiden Mahlkörper werden exzentrisch relativ zueinander gedreht, so dass der Spalt G kleiner ist als der diametral entgegengesetzte Spalt H zwischen dem oberen Abschnitt des inneren Mahlkörpers und dem gegenüberliegenden Abschnitt des äußeren Mahlkörpers. Der ringförmige Durchlaß 42 verläuft deshalb am Umfang abwechselnd vom Spalt H zum Spalt G zusammenlaufend, an denen die Durchlaßwände im Mindestabstand voneinander beabstandet sind und die maximale Scherung im fließenden Material erzielt wird, wobei der Durch laß anschließend vom Spalt G zum Spalt H auseinandergehend ist.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Einsatz einen rechteckigen, querverlaufenden Querschnitt auf, so dass dessen Oberfläche 98, welche die entsprechende Oberfläche des Spaltes der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung erzeugt, flach ist, und die beiden zusammenwirkenden Mahlflächen eine Gegenform aufweisen (worauf sich manchmal auch nicht konform bezieht), so dass ihr Zusammenlaufen und anschließendes Auseinandergehen in und unmittelbar neben dem Spalt viel größer als über dem restlichen gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung ist. Die Oberfläche 98 ist ebenfalls auf die erforderlichen Grenzen genau und glatt geschliffen.
In einem durch Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind stattdessen die zusammenwirkenden Mahloberflächen 44 und 98 konform, d. h. sie sind im Umriß und in den Abmessungen so eng angepaßt, dass sie nur durch einen kleinen Spalt über einem verhältnismäßig großen Bereich getrennt werden, wobei die innere Mahlfläche 98 des Einsatzes auf das notwendige konkave Profil und die notwendige Glätte geschliffen ist; wobei das Zusammenlaufen und das Auseinandergehen beider Oberflächen im Behandlungsbereich anschließend nur auf Grund der Exzentrizität beider Oberflächen vorhanden ist. Die flache Oberfläche 98 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 kann als unendlich großer Radius angesehen werden, dem ein beliebiger, erforderlicher Wert zwischen flach und dem konformen Wert des Ausführungsbeispiels von Fig. 4 gegeben werden kann.
Typische feine Pulvermaterialien, die unter Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung bearbeitet werden, sind Tonerde, Silika und Zirkonerde, die alle handelsüblich als agglomerierte Primärkörner von 5 Mikrometer oder weniger er hältlich sind und insbesondere als agglomerierte Primärkörner im Nennmaßbereich von 0,3 bis 1 Mikrometer erhältlich sind, wobei die Agglomeratdicken eine Größe von 200 Mikrometer aufweisen. Die Mengen des pulverisierten Materials und der Funktionszusätze, die in den Dispersionsträger eingeführt sind, werden natürlich vom Zweck des feinen Schlamms abhängig sein, aber normalerweise wird gewünscht, die Mengen sowohl des Dispergierträgers und als auch der Zusätze so gering wie möglich zu halten, um die anschließende Verarbeitung zu erleichtern. Ihre Konsistenz muß verhältnismäßig dünn gehalten werden, um eine Dilatenz zu verhindern, die mit solchen Materialien erzielt werden kann.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel, das zur Verarbeitung von feinen keramischen Schlämmen, bei denen die maximale erforderliche Partikelgröße 1 Mikrometer beträgt, beabsichtigt ist, hat der Innenkörper 46 eine Länge und einen Durchmesser von 15 cm (6 Zoll) und wird mit Drehzahlen rotiert im Bereich von 200 bis 2000 U/min. vorzugsweise 400 bis 600 U/min. Die Umfangsbreite des Einsatzes 96 beträgt etwa 2,5 cm (1 Zoll). Bei einer Verwendung zum Mahlen wird die Größe des Spalts G normalerweise die maximale Partikelgröße des Pulvermaterials, nachdem es geschliffen wurde, sein und wird deshalb für die meisten feinen keramischen Schlämme im Bereich von 0,1 bis 5 Mikrometer, allgemeiner in einem Bereich von unter 2 Mikrometer, variieren. Ein etwas größerer Spalt kann erforderlich sein, wenn der feine Schlamm besonders viskos ist, um einen genügenden Durchfluß durch die Mühle zu erzielen. Die Verwendung von längsgerichteten Druckoszillationen erlaubt es, dass der Spalt etwas größer ist, wie es nachstehend erläutert wird. Obwohl die Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung besonders und ungewöhnlich effektiv mit Materialien sind, die solche feinen Partikel einschließen, sind sie auch noch vorteilhafterweise mit Materialien größerer Partikelgröße funktionstüchtig. Der Spalt G wird deshalb im Bereich von 1 bis 500 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 Mikrometer variieren, wie es nachstehend erörtert wird, während der diametral entgegengesetzte Spalt H einen maximalen Wert von etwa 5 mm (0,20 Zoll) aufweisen wird. Nachstehend werden die Spaltgrößen zur Verwendung der Mühlen als Dispergierapparate, Stoffumsetzer oder Mischer erörtert.
Ein Beispiel des Wirksamkeitsgrades von Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung ist durch Fig. 6 gegeben, die eine kombinierte Summenkurve ist, die mit einer Vollinie die Verteilung der Partikelgröße eines vordispergierten breiigen Materials und in einer unterbrochenen Linie die Verteilung des gleichen Materials nach Verarbeitung in der Plattenmühle nach Fig. 11 darstellt. Das eingesetzte Material war sprühgetrocknete, zum Teil stabilisierte Zirkonerde mit einer Partikelgröße von nominell 0,3 Mikrometer, die unter Nutzung eines wasserlöslichen Bindemittels pelletisiert wurde, um eine Staubbildung zu verhindern und ihre betriebsbereite Förderung zu erlauben, wobei die Größe der Pellets 100 bis 150 Mikrometer beträgt. Fünfzig (50) Gramm dieser Pellets wurden 30 Minuten lang in 100 Gramm Wasser mit einer kleinen Menge eines grenzflächenaktiven Stoffs (0,3 Gew.-% der Zirkonerde) unter Verwendung eines Ultraschallbades vordispergiert, das ausreichend gewesen sein sollte, um das unbearbeitete Pulver völlig zu entklumpen. Die Charakteristik mit ausgezogener Linie zeigt, dass sich nach diesem Verarbeiten in dem Material nur 82% einer Größe befinden, die kleiner als 0,8 Mikrometer ist, wobei es anscheinend kein Material mit einer Größe zwischen 0,8 und 10 Mikrometer gibt, und die verbleibenden 18% eine Größe zwischen 10 und 80 Mikrometer aufweisen. Dies ist zum Teil das Ergebnis von Agglomeratbildung, aber hauptsächlich das Ergebnis des Härtens der Pellets, was es erschwert, sie in der originalen Partikelgröße ohne komplettes ausgedehntes erneutes Mahlen des Materials wiederherzustellen. Die Charakteristik mit unterbrochener Linie zeigt das Ergebnis der Verarbeitung des gleichen Materials in der Plattenmühle für den gleichen Zeitraum von 30 Minuten; es wird ersichtlich, dass das gesamte Material unter 0,8 Mikrometer ist, 99,25% unterhalb von 0,7 Mikrometer und 96% unter 0,6 Mikrometer beträgt.
Die folgende Erörterung der Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung stellt den Versuch dar, eine Erläuterung zu geben, die auf der gegenwärtigen Kenntnis der neuen und nicht erwarteten Mechanismen beruht, die in der neuen und unerwarteten verbesserten Leistungsfähigkeit und Arbeitsweise resultieren. Dabei beabsichtige ich nicht, durch diese Erläuterung gebunden zu sein, da weitere Untersuchungen möglicherweise zeigen können, dass andere neue und unerwartete Mechanismen stattdessen oder zusätzlich verantwortlich sind.
Wie oben beschrieben wurde, ist es Fachleuten der Produktion von feinen keramischen Schlämmen bekannt, dass mit kleinen Partikeln selbst bei hochleistungsfähigen Mischern mit hoher Scherung ein verhältnismäßig langer Zeitraum der "Alterung" erforderlich ist, um eine komplette Dispersion zu erzielen, und dieser Zeitraum durch Erhöhungen der Mischleistung oder durch eine Zunahme der Drehzahl des Rührers, um die Schergeschwindigkeit zu erhöhen, nicht erheblich verkürzt wird. Eine Studie von Dr. A. N. Kolmogorov über solche Mischverfahren ergab das, was als mögliche Erklärung hierfür und für die Tatsache erscheint, dass am Anfang das Mischen schnell abläuft, sich aber anschließend dramatisch verlangsamt. Er zeigte, dass das Mischen von der Erzeugung von Wirbeln abhängig ist, und dass bei normalen Mischern, die zum Beispiel Wasser als Dispersionsträger und mit einer Temperatur von 20ºC nutzen, es unmöglich ist, Wirbel mit einem Durchmesser zu erzielen, der kleiner als etwa 10 bis 20 Mikrometer ist. Flüssigkeitselemente und Entitäten, wie mitgerissene Partikel, mit einer kleineren Größe, werden Teil dieser kleinsten Wirbel und sind dadurch gegen die Turbulenzwirkung abgeschirmt, so dass jede Massenübertragung nicht länger durch Konvektion, sondern durch die viel langsamere molekulare Diffusion innerhalb der Wirbel aufgrund innerer Konzentrationsgradienten bestimmt wird. Die kleinste Bewegung, die als ein Wirbel (Kolmogorov-Wirbel) betrachtet werden kann und durch diese Mischer erzeugt werden könnte, würde dann erzielt werden, wenn sich die örtliche Reynoldszahl dem Wert Eins nähert und ihm gleichkommt, wobei für solche kleinen Wirbel bei niedrigen Reynoldsszahlen die Viskositätskräfte wichtiger als die Trägheitskräfte sind.
Unter der Annahme, dass Kolmogorov eine zufriedenstellende Erklärung für dieses Phänomen vorgesehen hat, ist der Abstand der Wände des Fließdurchlasses bei den Verfahren und Vorrichtungen nach der Erfindung zumindest in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung derart, dass das gleichzeitige Auftreten von freien Supra-Kolmogorov-Wirbeln, die größer sind als der kleinste Kolmogorov-Wirbeldurchmesser für das fließende Material, und von erzwungenen Sub-Kolmogorov-Wirbeln, die kleiner sind als der kleinste Kolmogorov-Wirbeldurchmesser, gestattet ist. Der gesamte Behandlungsbereich mit hoher Scherung umfaßt zumindest einen Teilbereich, in welchem der Abstand des Durchlasses kleiner ist als im Rest des Bereiches, um eine zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung vorzusehen, in welcher die freien Supra-Kolmogorov-Wirbel unterdrückt sind. Ein wichtiges Ergebnis dieser Einschränkung ist, dass das Fließen durch die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung laminar und deshalb nicht-turbulent sein muß. In diesem Ausführungsbeispiel bildet der lineare, sich axial erstreckende Spalt G, der den Teil des Fließdurchlasses mit dem minimalen Wandabstand einschließt, die zusätzliche Be handlungszone mit höherer Scherung, während der gesamte Behandlungsbereich mit hoher Scherung den gesamten Fließdurchlaß umfaßt, in welchem der vorgeschriebene maximale Abstand erzielt wird.
Kolmogorov hat auch gezeigt, dass in einem System mit isotroper Turbulenz, wenn die Verteilung von Wirbeln zu einem Gleichgewicht gekommen ist, der als LK ausgedrückte Wirbeldurchmesser (der gewöhnlich als Wirbellänge bezeichnet wird) als Funktion des Leistungseingangs zur Einheitsmasse (PM) des Rührsystems bestimmt werden kann durch die Beziehung:
LK = (v³/PM)1/4
wobei v die kinematische Zähigkeit des Fluids ist. Diese Einschränkung des Fließdurchlasses hat deshalb einen wichtigen zusätzlichen, unerwarteten Nutzeffekt hinsichtlich des Wirkungsgrades der Energieanwendung der neuen Mühlen; in einem herkömmlichen System des Standes der Technik ruht die meiste Turbulenzenergie in den Wirbeln großer und mittlerer Größe, und sehr wenig in den kleinen Wirbeln der Größenordnung von LK, so dass die meiste Energie des Systems bei der Erzeugung von Wirbeln nutzlos verbraucht wurde, die nur wirksam sind, um die anfängliche Auflösung aufrechtzuerhalten, während die bleibende "Alterungs-Dispersion" durch die molekulare Diffusion bewirkt wird. Mit den Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung können im gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung, und insbesondere in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung, nur Wirbel erzeugt werden, die dem Minimum entsprechen oder kleiner als dieses sind, während nutzlose größere Wirbel unterdrückt werden. Die Beziehung zeigt auch, dass jede Viskositätszunahme des Fluides normalerweise zu einer Erhöhung des Wirbeldurchmessers führt, wobei auftretende erhebliche Zunahmen der Viskosität nachstehend erörtert werden, aber sich daraus ergebende Erhöhungen des Wirbeldurchmessers wiederum verhindert werden.
Der feine Schlamm bewegt sich axial in dem durch den Durchlaß 42 gebildeten ringförmigen Fließweg unter dem Druck seiner jeweiligen Pumpe 26, die mit einem relativ geringen Druck, z. B. normalerweise im Bereich von 0,07 bis 0,7 kg/cm² (1 bis 10 psi), arbeitet. Unter der Wirkung der Kräfte der Oberflächenenergie bildet das fließende Material auf den Oberflächen 40, 44 und 98 entsprechende dünne anhaftende Schichten, wobei jede dieser dünnen Schichten eine entsprechende Grenzschicht enthält. Der Spalt H wird normalerweise genügend groß sein, um diese beiden dünnen Schichten durch eine dazwischenliegende Schicht zu trennen, die am Spalt H eine maximale Dicke aufweist, die fortschreitend im linienförmigen Bearbeitungsspalt G, an dem die größtmöglichen Scherbedingungen erzielt werden, abnimmt. Der Spalt G kann so klein sein, dass eine als Zwischenschicht erkennbare Schicht nicht mehr vorhanden ist, und das Fließen deshalb aus den beiden dünnen Filmen besteht, die sich schneiden. Der Spalt kann auch so klein sein, dass es möglich ist, die dünnen Filme als nur aus den sich schneidenden beiden Grenzschichten bestehend zu betrachten.
Gemäß der Erfindung werden die zwei Mahlkörper relativ zueinander bewegt, um die Wände des Fließdurchlasses relativ zueinander, quer zur Fließrichtung und mit einer Relativgeschwindigkeit zu bewegen, um in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung die gleichzeitige Entwicklung sowohl von Supra-Kolmogorov-Wirbeln als auch von Sub-Kolmogorov-Wirbeln in dem fließenden Material zu erzwingen, während der Zusammenhang der jeweiligen dünnen Filme und außerdem das nicht-turbulente Fließen in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung aufrechterhalten wird, so dass sich die beiden dünnen Filme gegenseitig beeinflussen können, um die gewünschte Mahlwirkung zu erzeugen. Wenn der Spalt H groß genug ist, was in der Praxis normalerweise der Fall sein wird, wenn die beiden an der Oberfläche anhaftenden dünnen Filme durch die relative Rotation der Mahlkörper aus dem Spalt G heraus und zum Spalt H hin mitgenommen werden, werden sie getrennt und unverbrauchtes Material dringt zwischen ihnen ein, um eine Zwischenschicht zu bilden, in der Supra-Kolmogorov-Wirbel erzeugt werden können, worauf in diesem Teil des Durchlasses ein grobes Mischen stattfinden kann, nur mit der Folge, daß sich die dünnen Schichten wieder zusammen bewegen, um die Zwischenschicht zum Verschwinden zu bringen, die Supra-Kolmogorov- Wirbel zu unterdrücken und ihre Umwandlung in Sub-Kolmogorov-Wirbel zu erzwingen, wobei dieser Zyklus bei jeder Rotation des inneren Mahlkörpers 46 wiederholt wird. Das Material wird deshalb in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung im Supra-Mikrometermaßstab und im Sub-Mikrometermaßstab behandelt, um das gewünschte gründliche gleichmäßige Mischen zu erzeugen, während ein sogar intensiveres und gründliches, gleichmäßiges Mischen in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung zusammen mit gleichförmigem Schleifen und Entklumpen in einem solchen Ausmaß erzeugt wird, das mit Mahlsystemen des Standes der Technik nicht für möglich gehalten wurde.
Ein Verständnis der neuen Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung kann vielleicht dadurch erleichtert werden, dass man davon ausgeht, dass bisherige Versuche zum Mahlen von feinen Partikeln als dreidimensionale "Volumensysteme" charakterisiert werden können, in denen das Gehäuse der Mühle einen großvolumigen Behälter umfaßt, der groß genug ist, um einen Rührmechanismus oder ein Mahlmedium aufzunehmen. Als Mahlmittel werden Kugeln, Perlen und sogar Sand verwendet, wobei aber die Mühlen relativ uneffektiv sind, da die Materialpartikel, um geschliffen zu werden, zwischen den Kontaktpunktbereichen der zusammenstoßenden Medienelemente vorhanden sein müssen, und dies ist statistisch ein seltenes Ereignis, das noch seltener wird, wenn die Größe der Teilchen verringert wird. Wie außerdem erläutert wurde, ist die Möglichkeit einer Kontamination auch hoch, z. B. häufig bis zu 0,2 Gew.-%, was deshalb inakzeptabel ist, weil der Maximalwert für die meisten elektronischen keramischen Anwendungen 0,01% beträgt. Im Gegensatz dazu ist mein Verfahren und meine Vorrichtung als ein System mit zweidimensionalem "Bereich" zu betrachten, da zumindest in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung jede Möglichkeit von Turbulenz ausgeschaltet ist, selbst wenn eine dünne Zwischenschicht vorhanden ist, indem es unmöglich gemacht wird, dass sich Supra-Kolmogorov-Wirbel bilden. Es ist eine natürliche Eigenschaft von derartigen dünnen, nicht-turbulenten Oberflächenfilmen und insbesondere ihrer Grenzschichten, dass sie, fast unabhängig von der tatsächlichen Viskosität des in dem Fließweg verlaufenden Materials, als sehr viskose flüssige Randschichten wirksam sind, die darin befindliche, beliebige feine mitgeführte Partikel festhalten. Die querverlaufende Relativbewegung der beiden Mahlkörper drückt anschließend diese fest mitgeführten Partikel in einen Mahleingriff miteinander und mit den Oberflächen des Mahlkörpers, um die besonders guten Ergebnisse, wie durch Fig. 6 dargestellt, zu bewirken.
Als durchaus weitere mögliche Erläuterung ist aus der Tribotechnik bekannt, der Erforschung von Reibung und Verschleiß an Werkstoffen des Maschinenbaus, dass zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden, konformen Oberflächen, die aufeinander zulaufen und einer Belastung ausgesetzt sind, eine hydrodynamische Schmierschicht erzeugt wird, und dass das eine derartige Schicht bildende Schmiermittel eine Viskosität aufweist, die größer als die des unbelasteten Werkstoffes ist. Eine solche Schicht wird durch die anhaftenden Filme gebildet, die in den Mühlen der Fig. 1 bis 4 erzielt werden, so dass die örtliche Viskosität des feinen Schlamms in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung und insbesondere in der zusätzlichen Behandlungszone höherer Scherung mit ihrem Mindestspalt G zunehmen wird, was die gleichmäßige Misch- und Schleifwirkung in diesen Bereichen erhöhen wird. Weitere Zunahmen der lokalen Viskosität können, ohne langfristige Wirkung auf die gesamte Viskosität des breiigen Materials, erzielt werden, wenn die dünnen Schichten auch so hergestellt werden, dass sie elastohydrodynamisch sind, wie es nachstehend erläutert wird. Fachleuten ist bekannt, das das Aufbrechen von Agglomeratbildungen von Partikeln sehr effektiv ist, wenn eine Schmierwirkung mit hoher Schergeschwindigkeit auf einen großen Zähigkeitswiderstand trifft, und das Entklumpen wirksamer wird, wenn der Widerstand zunimmt. Um die erforderliche hohe Viskosität zu erzielen, nutzen herkömmliche Verfahren entweder eine Dispergierflüssigkeit mit hoher Viskosität oder den höchstmöglichen Feststoffvolumenanteil. Die vorliegende Erfindung erreicht stattdessen die gewünschte Zunahme der Viskosität durch eine lokalisierte tribologische, hydrodynamische und/oder elastohydrodynamische Wirkung in den engen Grenzen des gesamten Behandlungsbereiches mit hoher Scherung und insbesondere innerhalb der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung, ohne Notwendigkeit einer spezifischen Auswahl der genauen hohen Viskosität der Flüssigkeit oder des hohen Feststoffvolumenanteils.
Der Grad der für die beiden Oberflächen erforderlichen Konvergenz ist ganz klein, wobei das Verhältnis von minimaler Dicke zu maximaler Dicke des Film in der Behandlungszone im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 50, vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 10 liegt. Ein zu hoher Grad der Konvergenz soll vermieden werden, da es dann die Möglichkeit gibt, dass ein entgegengesetztes Fließen stromaufwärts von der Zone erzeugt wird, das die Partikel, insbesondere die größeren Partikel, mitnimmt und verhindert, dass sie in den Bereich zur Verarbeitung gezogen werden.
Im Hinblick auf die für den Abstand der Mahloberflächen in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung erforderlichen kleinen Werte und insbesondere in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung müssen die Arbeitsflächen 40, 44 und 98 auf die entsprechenden Grade von Glätte und Rundung (oder Flachheit im Falle einer Plattenmühle) geschliffen werden, wenn Rauhigkeitskontakt und eine Unterbrechung der dünnen Schicht vermieden werden soll. Das Verhältnis M zwischen der Filmdicke F und der Oberflächenrauhigkeit R kann durch die Gleichung M = F/R ausgedrückt werden, wobei M in der Praxis einen Wert im Bereich von 1 bis 5, vorzugsweise 2,5 bis 3 aufweisen sollte. Wenn die Mühle zum Beispiel ein Entklumpen auf 1 Mikrometer oder weniger bewirken soll und der Wert von M mit 3 beibehalten werden soll, dann sollte die Oberflächenrauhigkeit 0,33 Mikrometer oder weniger betragen, was mattem Spiegelglanz oder gutem Hochglanz entspricht. Grobere Glättungen sind für Mühlen, die wie Stoffumsetzer, Mischer oder Auflösebehälter wirken, zulässig. Zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit können die Mahlflächen diamantbeschichtet sein, und die Diamantschicht kann entweder kristallin oder amorph sein, wobei sie durch Ionen-Implantation oder ein anderes Verfahren aufgebracht werden kann, das nicht das Profil der ursprünglichen Oberfläche verändert.
Die Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können ohne Hilfe von längsgerichteten Druckoszillationen betrieben werden und sind durch ihren neuen und unerwarteten Gebrauch der Bedingungen unter hoher Scherung, z. B. Feinstmahlung mit hoher Scherung in einem Flüssigkeits/Feststoff- System mit hoher Viskosität, dazu in der Lage. Wie oben beschrieben, lehrt die Reibungs- und Schmierungskunde, dass Flüssigkeiten ihre Viskosität plötzlich erhöhen, wenn sie in den engsten Spalt eines Traglagers mit einer entgegengesetzten Form in den komprimierten Zustand eintreten. Dieser Effekt wird in der Erfindung genutzt, indem ein gesamter Behandlungsbereich mit hoher Scherung vorgesehen wird, in welchem ein gleichmäßiges Mischen stattfinden kann, und der eine zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung umfaßt, die einen kleinsten Spalt zwischen den Oberflächen entgegengesetzter Form mit einer entsprechenden Zone höchster Scherung einschließt, in der die Viskosität wesentlich, aber nur örtlich, erhöht ist. Dies erzeugt eine Feinstmahlung mit hoher Scherung und Dispersion in derartigen tribotechnisch definierten Zonen ohne Notwendigkeit, die Viskosität des Zuführungsmaterials zu erhöhen, bevor es in die Mühlen eintritt, durch Verwendung von zum Beispiel dicken Bindemitteln, Verdickungsbeimengungen oder durch das Hinzugeben von mehr Feststoffen.
Man vermutet, das eine Erklärung dieser unerwartet nützlichen Wirkungen der Verwendung von längsgerichteten Druckoszillationen, auch unerwartet, sein kann, dass die Vorgänge zweidimensionale "Flächenvorgänge" sind, und durch die Lehre der Reibungs- und Schmierungskunde betreffend den bekannten Preßfilmeffekt, der erzielt wird, wenn zwei, sich relativ zueinander bewegende, flüssigkeitsbeschichtete Oberflächen außerdem eine erhebliche senkrechte Bewegung zueinander hin und voneinander weg aufweisen. So ist bekannt, wenn zwei, durch eine dünne Flüssigkeitsschicht getrennte, zusammenwirkende Oberflächen eine entgegengesetzte Form wie die Oberflächen 40 und 44 und besonders die Oberflächen 98 und 44 aufweisen, so dass sie einen äußerst geringen, linienförmigen Spalt (z. B. den Spalt G) einschließen und so einer senkrechten Bewegung ausgesetzt sind, dass dann die örtlichen Drücke und Viskositäten in dem Spalt im allgemeinen viel höher sein werden als die hydrodynamisch erzeugten, und so betrachtet werden, als wenn sie elastohydrodynamisch erzeugt sind. Frühere Beispiele dieses Strukturtyps sind ineinandergreifende Zahnradzähne und eine Kugel oder ein Zylinder in ihrer Rollbahn eines Lagers, die alle geschmiert sind. Wie unter Verwendung der hydrodynamischen Theorie berechnet wurde, werden die Schichten des Schmiermittels so dünn sein, dass die senkrechten Bewegungen zwischen den Oberflächen eine wirkliche Berührungsfläche bewirken sollten, wogegen in der Praxis herausgefunden wurde, dass Schichten erzeugt werden, die dicker als vorausgesagt sind, und die Unversehrtheit der dünnen Oberflächenschichten beibehalten wird, so dass sie kontinuierlich bleiben.
Die durch die Tribotechnik gegebene Erklärung besteht darin, dass die örtlichen, sehr hohen Druckoszillationen die Viskosität des Fluides erheblich erhöhen gegenüber der durch die hydrodynamische Theorie vorausgesagten, und dass der sich ergebende örtliche Druck und die örtliche Viskosität im Spalt anstelle einer Zunahme von nur wenigen Prozent tatsächlich sehr hoch sein können, wenn elastohydrodynamische Bedingungen vorherrschen. Zum Beispiel werden Drücke von 500 MPa erzielt, wobei die Viskosität eines Schmieröls bei diesem Druck mehr als das 20fache der des gleichen Materials bei atmosphärischem Druck betragen kann, und sich dieses viel mehr wie ein Feststoff als eine Flüssigkeit verhalten wird. Die zyklische Belastung des feststehenden Mahlkörpers relativ zu dem sich bewegenden Mahlkörper durch die Oszillationen erzeugt eine entsprechend genaue, zyklische senkrechte Bewegung oder Verschiebung mit einer sich daraus ergebenden Belastungs- und Druckwirkung insbesondere in dem Spalt G, die, unabhängig vom hydrodynamischen Effekt, zum Preßfilmeffekt mit entsprechenden unerwartet hohen Zunahmen der örtlichen Viskosität des fließenden Materials und einer sich daraus ergebenden erheblichen Verstärkung der Mahlwirkung zwischen den hochviskosen Oberflächenfilmen führt. Es wird außerdem ersichtlich, dass dies eine neue und unerwartete Nutzung von longitudinalen Druckoszil lationen dadurch ist, dass sie eine direkte mechanische Wirkung auf die relativ bewegenden Mühlenteile und einen indirekten mechanischen Effekt durch Druck und Viskositätszunahme in den dünnen zusammenwirkenden fließenden Schichten erzeugen, was völlig anders ist als die Wirkung, diese Oszillationen in ein verhältnismäßig großes Flüssigkeitsvolumen zu leiten, wie bei den oben beschriebenen bekannten Versuchen im Stand der Technik. So ist dieser Nutzeffekt der longitudinalen Druckoszillationen nicht aufgrund irgendeiner direkten Einwirkung, die sie auf die im Flüssigkeitsträger mitgenommenen festen Partikel haben können, sondern stattdessen aufgrund ihrer nicht erwarteten indirekten Beeinflussung unter dem Druck und der Viskosität des Flüssigkeitsträgers. Die örtlichen Zunahmen der Viskosität im fließfähigen Material aufgrund des Preßfilmeffekts stellt außerdem sicher, dass die Unversehrtheit der anhaftenden Oberflächenfilme aufrechterhalten wird, und sie trotz der sehr engen Abstände der Durchlaßwände, die genutzt werden, nicht durch den hohen Gehalt an festem Material, das sie enthalten, zerrissen werden.
Eine weiterer Effekt der Nutzung longitudinaler Druckoszillationen besteht darin, dass die senkrechten Bewegungen der Durchlaßwand die wirksame Höhe des Fließdurchlasses reduzieren, so dass sie sich, sofern es das Schleifen betrifft, so verhält, als wenn sie kleiner wäre. In diesem Falle, wenn zum Beispiel eine maximale Partikelgröße von 1 Mikrometer erforderlich ist, kann der Spalt G mit gleichem Ergebnis so eingestellt werden, dass er etwas größer, etwa 2 Mikrometer ist. Die Erklärung der Nutzung longitudinaler Druckoszillationen schließt nicht aus, dass sie auch direkt wirksam sein können, um sogar kleinere Sub-Kolmogorov-Wirbel gleichzeitig erzeugen zu können, die in der Lage sind, sich mit den größeren Wirbeln gegenseitig zu beeinflussen, für einen unerwarteten synergistischen und nutzbringenden Effekt beim Mischen und Mahlen.
Die Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können also auch so betrachtet werden, als nutzten sie eine Kombination aus "Grobmischen" des fließfähigen Materials zur Erzielung von soviel Gleichmäßigkeit wie möglich, um in dem gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung, welcher der Abschnitt des Durchlasses zwischen den zwei sich relativ bewegenden Flächen ist, die eng genug beabstandet sind und mit einer ausreichenden Geschwindigkeit relativ zueinander bewegt werden, und gleichzeitigem "Feinmischen" durch die Anwendung von longitudinalen Druckoszillationen durch Reflexion, um die Erzeugung von kleineren Sub-Kolmogorov-Wirbeln zu erzwingen.
Die Vorrichtung kann auch so betrachtet werden, als funktionierte sie durch die Oberflächenwirkung oder "Mitnahme der Außenschicht" der rotierenden Außenfläche 44 des Innenzylinders 46, die eine dünne Schicht des feinen Schlamms einfängt und mit sich nimmt in einen Eingriff mit dem dünnen Film, der auf der Oberfläche 98 des Einsatzes 96 vorhanden ist. Die Durchfließgeschwindigkeit des feinen Schlamms durch die Mühle ist so eingestellt, dass dieser ganz von der rotierenden Oberfläche 44 durch den Mahlspalt G trotz des vorhandenen größeren Spalts H am oberen Teil der Mühle mitgenommen wird, was aus der Zeichnung so erscheinen kann, als ob er den Mahlspalt kurzschließen würde, wobei jedoch, wie oben erläutert, in diesem Ausführungsbeispiel der maximale Wert dieses Spalts nur 5 mm beträgt, und gewöhnlicher die Größenordnung von 1 mm, was ausreichend klein genug ist, um zu sicherzustellen, dass mit der korrekten Wahl der Durchflußgeschwindigkeit der gewünschte Durchlaß des gesamten Materials durch den Behandlungsbereich erzielt wird.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung von andererseits schwierig durchzuführenden chemischen Reaktionen und physikalischen Wechselwirkungen wie die Reaktion eines Gases mit einer Flüssigkeit, oder die schnelle Auflösung oder Reaktion eine schwerlöslichen Gases in oder mit einer Flüssigkeit. Diese Vorrichtung besteht ebenfalls aus einem Innenzylinder 46, der um eine horizontale Achse 50 in einem hohlen Außenzylinder 38 rotiert. Die in Reaktion zu bringende oder als Lösungsmittel wirkende Trägerflüssigkeit wird durch den Reaktionsapparat von einem Flüssigkeitseinlaß (nicht gezeigt) an dem einen Ende zu einem Flüssigkeitsauslaß 70 an dem anderen Ende zugeführt, mit dem Unterschied, dass in diesem Ausführungsbeispiel sowohl der Einlaß als auch der Auslaß an dem untersten Teil des Außenzylinders angebracht sind, während die andere Komponente in den Wirkungs/Reaktionsraum zwischen den beiden Zylindern durch einen gesonderten Einlaß 146 zugeführt wird, wobei natürlich kein separater Auslaß erforderlich ist, da sie durch die Trägerflüssigkeit verbraucht wird. Ein zwischen den Wandlern 52 und dem Mahlkörper 38 eingeschobenes Verbindungsbauteil 148 ist mit Durchlässen 150 zum Kühlen oder Erhitzen von Flüssigkeit versehen, abhängig davon, ob die im Reaktionsspalt stattfindende Wirkung/Reaktion exotherm oder endotherm ist, wobei diese Durchlässe mit den Wärmeaustausch verstärkenden Einsätzen 152 versehen sind, wie zum Beispiel in meinem US-Patent Nr. 4 784 218 offenbart. Die flüssige Komponente wird in einem solchen Verhältnis zugeführt, um zu gewährleisten, dass ein flüssiges Bad 154 gebildet wird, das in dem Raum zwischen den relativ zueinander rotierenden Bauteilen, die sich unmittelbar neben den Ultraschall-Wandlern befinden, eingeschlossen ist.
Der Mindestspalt G kann eine größere Höhe als der Mahlspalt der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweisen und kann im Bereich von 1 bis 5 Mikrometer sein, während der gegenüberliegende Spalt H im Bereich von 2 mm bis 2 cm liegen kann. Das Verhältnis der Relativbewegung der beiden Oberflächen wird normalerweise auch viel höher sein als zum Schleifen, wobei zum Beispiel bei einem Innenzylinder mit einem Durchmesser von 15 cm (6 Zoll) die Drehzahl normalerweise im Bereich von 200 bis 20000 U/min. mit einem bevorzugten Bereich von 500 bis 5000 U/min. liegen wird. Mahlkörper mit kleineren oder größeren Durchmessern werden bei entsprechend unterschiedlichen Drehzahlen arbeiten, um äquivalente Winkelgeschwindigkeiten zu erzielen. Eine obere Grenze für die höchstmögliche Drehzahl kann durch die Möglichkeit von fehlender Stabilität in den zu bearbeitenden Materialien, besonders langer Molekülketten und durch das Auftreten von Kavitation eingestellt werden. Für einige Anwendungen können die zwei Mahlkörper koaxial betrieben werden, wenn der gesamte ringförmige Durchlaß 42 sowohl den gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung als auch die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung bildet, wobei sich dann die beiden Bereiche decken.
Obwohl die Achse 50 der Relativdrehung beider Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 5 horizontal ist, können sie auch mit der in anderen, insbesondere vertikalen Ausrichtungen befindlichen Achse betrieben werden.
Mit besonderem Bezug jetzt auf die Fig. 7 und 8 weist eine darin gezeigte Plattenmühle 32 eine Grundplatte 34 der Vorrichtung auf, die ein zylindrisches Grundgehäuse 36 trägt. Ein feststehender, kreisförmiger Vibrations-Plattenkörper 100, der dem Trommelmühlen-Bauteil 38 entspricht und eine der Trommelfläche 40 entsprechende kreisförmige Oberfläche 102 aufweist, sitzt fest auf einem Ring oder Kreisring 104 aus nachgiebigem Material, indem er zum Beispiel mit diesem verklebt wird, und dieser Kreisring sitzt seinerseits fest in einer am oberen Ende des Gehäuses 36 vorgesehenen Senkbohrung, indem er zum Beispiel darin eingeklebt wird, so dass die Platte fest daran angebracht ist. Ein kleiner radialer Zwischenraum ist zwischen der zylindrischen Kante der Platte 100 und der gegenüberliegenden zylindrischen Wand der Senkbohrung vorgesehen, so dass sie ungehindert in vertikaler Richtung vibrieren kann, wobei sie aber gegen jede erhebliche Querbewegung zwangsgeführt ist. Die Platte wird durch mehrere Ultraschall-Wandler 52 in Schwingungen versetzt, die an ihrer Unterseite befestigt und gleichmäßig am Umfang um den Mittelpunkt der Platte beabstandet sind, wobei die Wandler mit einer geeigneten elektrischen Stromquelle (die nicht gezeigt ist) zum synchronen, phasenrichtigen Betrieb, wie bei den Wandlern der Trommelmühle, verbunden sind.
Ein dem Trommelteil 46 entsprechender kreisförmiger, rotierbarer Plattenkörper 106, der eine der Trommelfläche 44 entsprechende kreisförmige Fläche 108 aufweist, ist oberhalb der Platte 100 zur Rotation um eine durch ihren Mittelpunkt verlaufende vertikale Achse 110 durch Antriebsmittel mit einer an der Grundplatte 34 befestigten vertikalen Stütze 112 angebracht. An der Stütze ist ein Antriebskopf 114 mit Motorantrieb angebracht, der eine sich von diesem vertikal nach unten erstreckende Antriebswelle 48 aufweist, wobei der Plattenkörper 106 an dem unteren Ende der Welle an ihrem entsprechenden Mittelpunkt befestigt ist, um mit diesem zu rotieren. Der Abstand zwischen den Plattenkörperflächen 102 und 108 des Fließdurchlasses 116 ist entweder durch eine vertikale Bewegung des Kopfes 114 an der Stütze und/oder durch eine vertikale Bewegung der Welle 48 in dem Kopf unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Mikrometersystems, wie es Fachleuten bekannt ist, genau einstellbar. Der Plattenkörper 106 wird entweder durch eine passende Feder oder Gewichtsmittel, die durch den Antriebskopf und die Welle 48 aufgebracht werden, kräftig nach unten gedrückt, um den Abstand des Fließdurchlasses in Anwesenheit des zwischen ihnen fließenden Materials auf dem gewünschten Wert zu halten. Es wird ersichtlich, dass die Oberfläche 102 in diesem Ausführungsbeispiel konkav nach oben gerich tet ist, in Form eines stark abgeflachten Kegels mit geraden Seiten, so dass die Höhe des Fließdurchlasses 116 radial von der Achse 110 fortschreitend nach außen abnimmt. Der Bereich des Fließdurchlasses, in welchem der Abschnitt klein genug und die relative Drehzahl ausreichend hoch sind, bildet sich so ein zulaufender gesamter Behandlungsbereich mit hoher Scherung, während der radial äußere Bereich des Durchlasses einschließlich des Bearbeitungsspaltes G mit Mindesthöhe die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung innerhalb des gesamten Bereiches bildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Spalt G zwischen den radial äußeren Kanten der beiden Platten ausgebildet, der einen Bereich mit kreisförmiger Linie bildet, in dem die höchsten Scherbedingungen erzielt werden, obwohl in anderen Ausführungsbeispielen, wie es durch das unten zu beschreibende Ausführungsbeispiel der Fig. 9 beispielhaft gezeigt wird, der Spalt von den radial äußeren Kanten geringfügig radial nach innen angeordnet sein kann. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Oberfläche 108 oder beide der Flächen 102 und 108 geeignet geformt sein, um die gleiche Wirkung zu erzielen.
Der grob vorgemischte und vordispergierte feine Schlamm wird der Mühle über ein Einlaßrohr 68 zugeführt, das die elastische Verbindung 118 enthält, um die Schwingungen der Platte 100 nicht zu beeinflussen. Der feine Schlamm läuft zwischen den Plattenteilen durch eine zylindrische Öffnung 120 im Mittelpunkt der Platte 100 ein, wobei diese Öffnung somit der Einlaß zu dem Fließdurchlaß 116 ist, und fließt sowohl unter der Wirkung des Pumpendrucks im Durchlaß radial nach außen, als auch aufgrund der relativen Rotation der Mahlkörper in Umfangsrichtung. Der feine Schlamm erreicht schließlich den zylindrischen Spalt G, dessen Auslaß den Auslaß von dem Durchlaß bildet, und tritt in eine Sammelkammer 122 mit ringförmigem Auslaß ein, die zwischen einer zylindrischen Verlängerung 124 des Gehäuses 36, den Platten 100 und 106 sowie einer unbeweglichen, ringförmigen, elastomeren, selbstdichtenden Dichtung 126 ausgebildet ist, die an dem Gehäuse 36 befestigt ist und mit der sich bewegenden Kante der rotierenden Platte 106 in Eingriff kommt, wobei der feine Schlamm anschließend über das Auslaßrohr 70 aus der Mühle entleert wird.
Der feine Schlamm ist beim Fließen im Durchlaß 116 sowohl dem engen und fortschreitend abnehmenden Abstand zwischen den Durchlaßflächen, der relativen Rotation zwischen den beiden Plattenkörpern und außerdem der Wirkung der längsgerichteten Druckoszillationen oder Schwingungen der Wandler 52 ausgesetzt, wobei diese Wirkungen kombiniert sind, wie es oben für die Trommelmühle erörtert wurde, um bei einer stark reduzierten Zeitdauer eine viel vollständigere, gleichmäßige Dispersion und Benetzung des in dem feinen Schlamm mitgenommenen festen pulverisierten Materials zusammen mit dem gewünschten äußerst gleichmäßigen Mahlen, dessen Entklumpen und Feinstmahlen wie es mit herkömmlichen Mischern und Mühlen mit hoher Scherung möglich gewesen ist, zu erzeugen.
In einem besonderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Plattenkörper jeweils einen Durchmesser von 25 cm (10 Zoll) und eine Dicke von 6,25 mm (0,25 Zoll) auf und bestehen aus Siliziumkarbid, wobei sie auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen vorzugsweise diamantbeschichtet sind und beide Oberflächen eine Hochglanzpolitur aufweisen und in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise über 25 cm bis zu einer Grenze von 1,5 Mikrometer flach sind. Es sind flachere Oberflächen möglich, die aber in diesem besonderen Ausführungsbeispiel nicht notwendigerweise ökonomisch oder wesentlich sind. Der für die Vorrichtung der Erfindung bevorzugte Bereich beträgt in Abhängigkeit von ihrer speziellen Anwendung von 500 Nanometer bis 10 Mikrometer pro 25 cm.
Die maximale Höhe des vertikalen Abstandes zwischen den beiden Plattenoberflächen ist natürlich unbestimmt, da sie normalerweise zur Wartung und Qualitätsprüfung getrennt werden müssen, während die Mindesthöhe des Spalts G bei Betrieb 1 Mikrometer oder weniger klein sein wird wie bei der Trommelmühle, welcher der Arbeitsspalt ist, der normalerweise zur Verarbeitung von feinen Schlämmen mit kleinster Partikelgröße erforderlich ist, während ein angemessenes Fließen von feinem Schlamm zwischen den Platten gestattet ist. Bei normalem Betrieb ist die Arbeitsspaltgröße in Wechselbeziehung zur durchschnittlichen Partikelgröße des feinen Schlamms gebracht und wird in einer Reihe von Mühlen von der ersten zur letzten Mühle fortschreitend kleiner. Der Bereich von zu nutzenden Spaltgrößen liegt zwischen 1 bis 500 Mikrometer, während der normale Bereich von Spaltgrößen für das Verarbeiten von pulverisierten Materialien 1 bis 10 Mikrometer beträgt, wobei der bevorzugte Bereich besonders zur Verarbeitung von unverarbeiteten keramischen Pulvern 1 bis 5 Mikrometer beträgt. Die Verarbeitung eines beliebigen speziellen feinen Schlamms wird normalerweise ein spezielles Protokoll beinhalten, das die Verfahrenszeit und Durchlaßhöhe der aufeinanderfolgenden Mühlen miteinander in Beziehung bringt, womit das Verfahren in einer Mühle eingeleitet wird, in der die Platten relativ voneinander entfernt sind, für den Fall, dass irgendwelche außergewöhnlich große Agglomeratbildungen vorhanden sind, und die Abstände anschließend bei Fortsetzung fortschreitend reduziert werden, entsprechend dem Fortschreiten des Verfahrens und der Abnahme der Partikelgröße. Normalerweise wird es am effektivsten sein, eine einzelne Mühle mit einem relativ begrenzten Partikelgrößenbereich zu betreiben, wobei zum Beispiel eine Mühle mit einer Beschickung im Bereich von 0 bis 100 Mikrometer genutzt wird, um ein Produkt im Bereich von 0 bis 1 Mikrometer (0 bis 1000 Nanometer) zu produzieren, während eine Mühle mit einer Beschickung im Bereich von 0 bis 1,0 Mikrometer genutzt wird, um ein Produkt im Bereich von 0 bis 0,2 Mikrometer (0 bis 200 Nanometer) herzustellen.
Bei einer Plattenmühle ändert sich die querverlaufende, lineare Relativbewegung am Umfang zwischen den Platten fortschreitend von Null an der Drehachse 110 auf ein Maximum an den Umfängen, so dass der erforderliche minimale Schwellenwert nur in einem gewissen radialen Abstand von der Achse erzielt wird. Für die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Platten mit einem Durchmesser von 25 cm (10 Zoll) sollte die lineare Geschwindigkeit ihrer Arbeitsflächen relativ zueinander zwischen 0,5 und 200 Meter pro Minute (20 und 8000 Zoll pro Minute) liegen, wobei in diesem speziellen Ausführungsbeispiel die bei einem mittleren Radius von 6 cm (2,5 Zoll) gemessene Drehzahl der oberen Platte zwischen etwa 1 und 400 Umdrehungen pro Minute betragen sollte, während die bevorzugte Drehzahl zwischen 50 und 200 Umdrehungen pro Minute liegt. Es gibt auch die Möglichkeit, die Kosten der Platten 100 und 106 zu senken, indem der gesamte Behandlungsbereich mit hoher Scherung mit seinen stark polierten und flachen Arbeitsflächen nur an ihren ringförmigen äußeren Bereichen ausgebildet wird.
Wie bei der Trommelmühle ist anzunehmen, dass die lokalen Zunahmen der Viskosität auf Grund der hydrodynamischen und elastohydrodynamischen Wirkungen hauptsächliche Faktoren beim Betrieb der Mühle sind. Das Material bleibt an den beiden Oberflächen in Form von jeweiligen dünnen anhaftenden Filmen hängen, die besonders in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung so eng beabstandet sein können, dass sie ohne das Vorhandensein einer dazwischenliegenden Schicht miteinander in Eingriff kommen, wobei diese Relativbewegung zwischen den beiden dünnen Schichten addiert wird zu dem durch die Pumpe im Durchlaß bewirkten, radial nach außen gerichteten Fließen des Materials. Die dünnen Oberflächenschichten sind sehr kräftig und beständig gegen ein Zusammendrücken durch die gemeinsame Bewegung der Platten und erfordern deshalb, dass die Plattenkörper relativ starr sind und kräftig zusammengedrückt werden, um sie im gewünschten kleinen Abstand zu halten. Ob die Wandler 52 betrieben werden, um den Preßfilmeffekt zu erzeugen oder ob sie betrieben werden, um erzwungene Sub-Kolmogorov-Wirbel oder beides zu erzeugen, ist es nicht nötig, Wandler an beiden Oberflächen des Verarbeitungsdurchlasses vorzusehen, was die Notwendigkeit der Bereitstellung von Wandlern und einer elektrischen Stromversorgung an dem sich bewegenden Plattenkörper vermeidet. Natürlich werden Größe, Anzahl und räumliche Verteilung der Ultraschall-Wandler 52 für die spezielle Mühle spezifisch sein, wobei in der hier beschriebenen Mühle nur als Beispiel zehn Wandler vorgesehen sind, die in einem einzigen Kreis gleichmäßig beabstandet sind. Jeder Generator weist eine Leistung von etwa 50 Watt auf und arbeitet in einem Frequenzbereich von 16 kHz bis 50 kHz, der der bevorzugte Bereich ist und normalerweise als Ultraschall betrachtet wird, wobei der normale ausgedehntere Bereich, der in Abhängigkeit von der spezifischen Ausführung der Mühle verwendet wird, 8 kHz bis 100 kHz betragen wird, was sich unterhalb des Ultraschalls erstreckt.
Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plattenmühle, in der die beiden Plattenkörper drehbar um eine horizontale Achse 128 angebracht sind. Der unbewegliche Vibrations-Plattenkörper 100 ist fest am oberen Ende einer Stütze 130 angebracht, die an der Grundplatte 34 montiert ist und einen Zylinder 132 aus nachgiebigem Material aufweist, das an seinem zylindrischen Umfang befestigt ist, wobei der Zylinder seinerseits an einem Stahlring 134 festgemacht ist, der an dem äußeren Gehäuse 136 befestigt ist, wobei das Gehäuse durch ein Band 138 gegen Drehung zwangsgeführt ist. Die Auslaß-Sammelkammer 124 ist zwischen dem Zylinder 132, dem Ring 134, dem Gehäuse 136 und der feststehenden Dichtung 126 ausgebildet. Die Welle 48, auf der die bewegliche Platte 106 um die Achse 128 gelagert ist, sitzt in einem Lager 140 am oberen Ende der an der Grundplatte 34 angebrachten Stütze 142 und wird über eine Kupplung 144 durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben, der die notwendige Bewegung der Welle und der Platte längs der Achse 128 zuläßt, um die Höhe des Fließweges zu variieren und bei Bedarf einen Zugang zu dem Fließdurchlaß 116 zu gestatten. Der Querschnitt des Spalts G ist in der Fig. 10 ausführlicher gezeigt, und es wird ersichtlich, dass er von den Umfangskanten der Platte einwärts gerichtet ist und eine radiale Größe L aufweist, wobei sich der Durchlaß anschließend axial verbreitert, um glatt in den Verteilerkanal 124 zu münden. Der Durchlaß 116 im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 kann auch die gleiche Form annehmen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird der Wert von L 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 1 mm, betragen. Die Drehachse kann auch andere Orientierungen als vertikal oder horizontal annehmen, da dies keinen Einfluß auf die Funktion der Mühle hat.
Fig. 11 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, das ursprünglich in der Herstellung des Beispiels verwendet wurde, das zu dem Graphen von Fig. 6 geführt hat, wobei deutlich wird, dass die den Fließdurchlaß bildenden Mahlflächen 102 und 108 über den größten Teil der radialen Größe der Platten 100 und 106 im wesentlichen parallel sind, so dass es keinen definierten Mindestspalt G gibt, und dass sie in dieser Hinsicht die gleiche Form haben. Daher erstreckt sich der gesamte Behandlungsbereich mit hoher Scherung von der radialen Stelle, an der sie mit einer ausreichenden Drehzahl relativ zueinander rotieren, zu den radial äußersten Kanten der Platten, und die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung weist die gleiche radiale Größe auf, wobei sich deshalb die beiden Bereiche decken. Daher ist in diesem Ausführungsbeispiel der Abstand in dem Fließweg des gesamten Behandlungsbereichs mit hoher Scherung klein genug, um die Bedingung für die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung zu erfüllen, dass freie Supra-Kolmogorov-Wirbel unterdrückt werden und nur erzwungene Sub-Kolmogorov-Wirbel möglich sind. Die jeweiligen Oberflächenfilme können wiederum so dünn sein, dass sie im wesentlichen nur aus den miteinander in Eingriff befindlichen hochviskosen Grenzschichten bestehen. Die relative Rotation der Platten wird einen kleinen hydrodynamischen Effekt hinsichtlich der Viskosität des Materials erzeugen, wenn es am Umfang mitgenommen wird, wobei herausgefunden wurde, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Wandler daher besonders wünschenswert sind, ihren nutzbringenden elastohydrodynamischen Effekt hinsichtlich des Schleifvermögens der Mühle zu erzeugen. Dies wurde ursprünglich vorausgesetzt, als wäre es auf Grund der direkten Erzeugung von kleineren Sub-Kolmogorov-Wirbeln in dem Material durch die Wandler-Oszillationen, die den durch die relative Rotation erzeugten Sub-Kolmogorov-Wirbeln überlagert sind, wobei es aber aus der obigen Erläuterung möglich ist, dass ebenfalls sowohl ein hydrodynamischer Effekt als auch ein elastohydrodynamischer Effekt wirksam sind. Der synchronisierte und phasenrichtige Betrieb der an dem feststehenden Mahlkörper befestigten Wandler erzeugt eine starke, hohe Frequenz, dessen genaue Bewegung oder Verschiebung, die eine lokalisierte Zunahme der Viskosität zumindest im kleinsten Spalt G auf Grund des elastohydrodynamischen Effekts des so erzeugten Preßfilms bewirkt.
Auf Grund der Tatsache, dass in einer Plattenmühle alle Partikel durch den ringförmigen Mindestspalt hindurchlaufen müssen, wird die Plattenmühle einer Trommelmühle, immer wenn eine Reduzierung der Partikelgröße erforderlich ist, vorgezogen, wobei die obere Größenbegrenzung der Verteilung der Partikelgröße mit Sicherheit beibehalten werden muß. Obwohl das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung in ihrer Anwendung zur Behandlung von keramischen feinen Schlämmen beschrieben wurde, wird deutlich, dass sie ganz allgemein für das gleichmäßige Mischen von Materialien anwendbar sind, wie das gleichmäßige Mischen von zwei wechselweise unlöslichen oder schwerlöslichen Flüssigkeiten, die Lösung von Materialien einschließlich von Gasen in Flüssigkeiten, Materialien mit besonders feinen Partikeln und Materialien, die in der Flüssigkeit geringlöslich sind, und der Suspension von anderen Materialien in Suspensionsträgern, insbesondere von Materialien, die schwierig zu benetzen sind und von Materialien mit besonders feinen Partikeln.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung unter hoher Scherung von fließfähigen Materialien, die mindestens zwei Komponenten aufweisen, von denen eine eine Flüssigkeit ist, wobei die Verfahren umfassen:

Hindurchleiten des zu behandelnden Materials in einer Fließrichtung in einem Fließweg, der gebildet wird durch einen Durchlaß (42 oder 116) zwischen zwei eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108), die von jeweiligen Mahlkörpern (38, 46 oder 100, 106) gebildet werden, wobei der Durchlaß einen Einlaß (68) und einen Auslaß (70) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Fließweg einen gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung umfaßt, in welchem der Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) das gleichzeitige Auftreten von freien Supra-Kolmogoroff-Wirbeln, die größer sind als der kleinste Kolmogoroff-Wirbeldurchmesser für das fließende Material, und von erzwungenen Sub-Kolmogoroff-Wirbeln, die kleiner sind als der kleinste Kolmogoroff-Wirbeldurchmesser, gestattet;

daß die Gesamtbehandlungszone mit hoher Scherung mindestens einen Teil aufweist, in welchem die Breite des Durchlasses kleiner als im Rest der Zone ist, um eine zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung zu schaffen, in der freie Supra-Kolmogoroff-Wirbel während des Durchgangs des Materials unterdrückt werden; und

daß während der Bewegung des Materials in der gesamten Behandlungszone hoher Scherung die Mahlkörper relativ zueinander so bewegt werden, daß dadurch die Mahldurchlaßober flächen (40, 44 oder 102, 108) relativ zueinander in Richtung quer zur Fließrichtung mit einer solchen Relativgeschwindigkeit bewegt werden, daß die gleichzeitige Bildung von Supra-Kolmogoroff-Wirbeln und Sub-Kolmogoroff-Wirbeln für die Behandlung des Materials im Supra-Mikrometermaßstab und im Sub-Mikrometermaßstab erzwungen wird unter Aufrechterhaltung der jeweils an den relativ bewegten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) anhaftenden Flüssigkeitsfilme, um hierdurch das behandelte Material so gleichförmig wie möglich zu machen;

wobei die Relativbewegung in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung lediglich erzwungene Sub-Kolmogoroff-Wirbel unter Aufrechterhaltung von nicht-turbulenter Strömung erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung einen Spalt (G) mit kleinstem Abstand zwischen dem Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) aufweist, zu dem hin der Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen abnimmt, für die Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks in dem fließenden Material und einer sich daraus ergebenden örtlichen Zunahme der Viskosität in dem Material zur Unterstützung der Behandlungswirkung.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbehandlungszone hoher Scherung ferner einen Spalt (H) mit größtem Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) aufweist, zu dem hin der Abstand der Durchlaßoberflächen zunimmt, und daß die Relativbewegung zwischen dem Durchlaßoberflächen zyklische Änderungen der Querschnittsdicke des fließenden Materials zwischen den Durchlaßoberflächen erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 3 und zur Verwendung zum Mischen des Materials und/oder zum Eintragen einer Komponente in eine Trägerflüsigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt (G) der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) im Bereich von 1 im bis 5 mm liegt und daß in dem Spalt (H) der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) im Bereich von 2 mm bis 2 cm liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gesamtbehandlungszone mit hoher Scherung der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) im Bereich von 0,1 bis 500 um liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zusätzlichen Behandlungszone mit höherer Scherung der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) derart ist, daß die an den sich relativ zueinander bewegenden Durchlaßoberflächen anhaftenden Flüssigkeitsfilme miteinander wechselwirken, ohne daß sich zwischen ihnen eine Zwischenschicht befindet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 und zur Verwendung zum Mahlen eines in einer Trägerflüssigkeit mitgeführten festen Pulvermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß in der zusätzlichen Behandlungszone höherer Scherung der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) gleich der größten Teilchengröße ist, auf die das Material gemahlen werden soll.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (38, 46 oder 100, 106) so bewegt werden, daß eine lineare Geschwindigkeit zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) zueinander von zwischen 0,5 und 200 m/min erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (38, 46) ein feststehender hohler Außenzylinder (38) und ein drehbarer Innenzylinder (46), der in dem stationären hohlen Außenzylinder um eine jeweilige längsgerichtete Drehachse (50) drehbar gelagert ist, sind und daß die beiden Zylinder ferner so gelagert sind, daß sie relativ zueinander quer zur Drehachse bewegbar sind, um hierdurch den Abstand zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Fließdurchlaßoberflächen (40, 44) zu ändern.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Behandlungszone höherer Scherung zwischen den Mahlkörpern (38, 46) zwischen einem flachen Oberflächenbereich (98) der Innenfläche (40) des stationären hohlen Außenzylinders (38) und einem zylindrischen Oberflächenbereich (44) des drehbaren Innenzylinders (46) gebildet wird, um eine erhöhte Konvergenz der beiden Oberflächenbereiche (44, 98) vorzusehen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (100, 106) kreisförmige Platten sind, die um eine durch ihre Mittelpunkte verlaufende gemeinsame Drehachse (110 oder 128) relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei die Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) von jeweiligen einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Platten gebildet werden, wobei die Platten ferner entlang der Drehachse relativ zueinander bewegbar gelagert sind, um den Abstand zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen zu verändern.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbehandlungszone hoher Scherung und die zusätzliche Behandlungszone höherer Scherung dieselbe Erstreckung haben.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Wand des Durchlasses in der Gesamtbehandlungzone hoher Scherung längsgerichtete Druckoszillationen ausgeübt werden zur Verstärkung der Behandlungswirkung dadurch, daß in dem Material Erhöhungen der örtlichen Viskosität erzeugt werden, die sich aus einem elastohydrodynamischen Preßfilmeffekt in den Flüssigkeitsfilmen ergeben.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Wand des Durchlasses in der Gesamtbehandlungszone hoher Scherung longitudinale Druckoszillationen ausgeübt werden zur Verstärkung des Behandlungseffektes dadurch, daß in dem Material Erhöhungen der örtlichen Viskosität erzeugt werden, die sich aus der Erzeugung von erzwungenen Sub-Kolmogoroff- Wirbeln ergeben.

15. Vorrichtung zur Behandlung unter hoher Scherung von fließfähigen Materialien, die mindestens zwei Komponenten enthalten, von denen die eine eine Flüssigkeit ist, wobei die Vorrichtung umfaßt:

ein Vorrichtungsgestell (34);

einen ersten und zweiten Mahlkörper (38, 46 oder 100, 106), die an dem Vorrichtungsgestell (44) gelagert sind und jeweils eine erste und zweite Durchlaßoberfläche (40, 44 oder 102, 108) aufweisen, die voneinander eng beabstandet sind und einen Fließdurchlaß (42 oder 116) zwischen sich bilden, der einen Fließweg für das Hindurchfließen des zu behandelnden Materials bildet, wobei der Fließweg eine entsprechende Fließrichtung hat, und wobei der Durchlaß einen Einlaß (68) und einen Auslaß (70) aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß

daß der Fließweg einen gesamten Behandlungsbereich mit hoher Scherung umfaßt, in welchem der Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen (40, 44) oder (102, 108) das gleichzeitige Auftreten von freien Supra-Kolmogoroff-Wirbeln, die größer sind als der kleinste Kolmogoroff-Wirbeldurchmesser für das fließende Material, und von erzwungenen Sub-Kolmogoroff-Wirbeln, die kleiner sind als der kleinste Kolmogoroff-Wirbeldurchmesser, gestattet;

daß Antriebsmittel mit mindesten einem der Mahlkörper (46 oder 106) verbunden sind, um den Körper derart zu bewegen, daß die erste und zweite Durchlaßoberfläche (44 oder 108) relativ zueinander in einer Richtung quer zur Fließrichtung mit einer solchen Relativgeschwindigkeit in der Gesamtbehandlungszone hoher Scherung bewegt werden, daß die gleichzeitige Entstehung von Supra-Kolmogoroff-Wirbeln und Sub- Kolmogoroff-Wirbeln erzwungen wird für die Behandlung des Materials in einem Supra-Mikrometermaßstab und einem Sub- Mikrometermaßstab unter Aufrechterhaltung der an den sich relativ zueinander bewegenden Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) jeweils anhaftenden Flüssigkeitsfilmen, um hierdurch das behandelte Material so gleichförmig wie möglich zu machen;

wobei diese Relativbewegung in der zusätzlichen Behandlungszone höherer Scherung lediglich erzwungene Sub-Kolmo goroff-Wirbel unter Aufrechterhaltung von nicht-turbulenter Strömung erzeugt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Behandlungszone mit höherer Scherung einen Spalt (G) mit kleinstem Abstand zwischen dem Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) aufweist, zu dem hin der Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen abnimmt, für die Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks in dem fließenden Material und einer sich daraus ergebenden örtlichen Zunahme der Viskosität in dem Material zur Unterstützung der Behandlungswirkung.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Gesamtbehandlungszone hoher Scherung ferner einen Spalt (H) mit größtem Abstand zwischen den Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) aufweist, zu dem hin der Abstand der Durchlaßoberflächen zunimmt, und daß die Relativbewegung zwischen dem Durchlaßoberflächen zyklische Änderungen der Querschnittsdicke des fließenden Materials zwischen den Durchlaßoberflächen erzeugt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17 und zur Verwendung zum Mischen des Materials und/oder zum Eintragen einer Komponente in eine Trägerflüsigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt (G) der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) im Bereich von 1 um bis 5 mm liegt und daß in dem Spalt (H) der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) im Bereich von 2 mm bis 2 cm liegt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gesamtbe handlungszone mit hoher Scherung der Abstand zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) im Bereich von 0,1 bis 500 um liegt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (38, 46 oder 100, 106) durch die Antriebsmittel so bewegt werden, daß zwischen den eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) eine lineare Geschwindigkeit zueinander erzeugt wird, die zwischen 0,5 und 200 m/min liegt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (38, 46) ein feststehender hohler Außenzylinder (38) und ein drehbarer Innenzylinder (46), der in dem stationären hohlen Außenzylinder um eine jeweilige längsgerichtete Drehachse (50) drehbar gelagert ist, sind und daß die beiden Zylinder ferner so gelagert sind, daß sie relativ zueinander quer zur Drehachse bewegbar sind, um hierdurch den Abstand zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Fließdurchlaßoberflächen (40, 44) zu ändern.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Behandlungszone höherer Scherung zwischen den Mahlkörpern (38, 46) zwischen einem flachen Oberflächenbereich (98) der Innenfläche (40) des stationären hohlen Außenzylinders (38) und einem zylindrischen Oberflächenbereich (44) des drehbaren Innenzylinders (46) gebildet wird, um eine erhöhte Konvergenz der beiden Oberflächenbereiche (44, 98) vorzusehen.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (100, 106) kreisförmige Platten sind, die um eine durch ihre Mittelpunkte verlaufende gemeinsame Drehachse (110 oder 128) relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei die Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) von jeweiligen einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Platten gebildet werden, wobei die Platten ferner entlang der Drehachse relativ zueinander bewegbar gelagert sind, um den Abstand zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen zu verändern.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßoberflächen (103, 108) der Mahlkörper flach und zueinander parallel sind, so daß die Gesamtbehandlungszone hoher Scherung und die zusätzliche Behandlungszone höherer Scherung diesselbe Erstreckung haben.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wandler (52), der längsgerichtete Druckoszillationen erzeugt, mit einer Wand des Fließdurchlasses in der Gesamtbehandlungszone hoher Scherung verbunden ist, um auf das darin befindliche Material longitudinale Druckoszillationen auszuüben zur Verstärkung der Behandlungswirkung dadurch, daß in dem Material Erhöhungen der örtlichen Viskosität erzeugt werden, die sich aus einem elastohydrodynamischen Preßfilmeffekt in den Flüssigkeitsfilmen ergeben.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wandler (52), der längsgerichtete Druckoszillationen erzeugt, mit einer Wand des Fließdurchlasses in der Gesamtbehandlungszone hoher Scherung verbunden ist, um auf das darin befindliche Material longitudinale Druckoszillationen auszuüben zur Verstärkung der Behandlungswirkung dadurch, daß in dem Material Erhöhungen der örtlichen Viskosität er zeugt werden, die sich aus der Erzeugung von erzwungenen Sub-Kolmogoroff-Wirbeln ergeben.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) der Mahlkörper (38, 46 oder 100, 106) einen Wert M im Bereich 1 bis 5 haben, wobei M = F/R, wobei F die Dicke der Filme auf den Durchlaßoberflächen und R die Oberflächenrauhigkeit ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die eng beabstandeten Durchlaßoberflächen (40, 44 oder 102, 108) eine Oberflächengüte entsprechend einer matten Spiegelung oder besser aufweisen.