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Verfahren und Vorrichtung zum Mahlen oder Dispergieren oder beidem
Die Erfindung bezieht sich auf ein auf einem neuen Mahlprinzip beruhendes Verfahren
zum, Feinmahlen oder Dispergieren oder heidem fester Stoffe in Flüssigkeiten oder
Gasen oder Flüssigkeiten in Flüssigkeiten und benutzt dazu eine Vorrichtung, deren
umlaufende Arbeitsfläche mit einer feststehenden einen allmählich sich verjüngenden
Arbeitsspalt bildet.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen Mahlblöcke in. Hinundherbewegung
durch Druck gegen eine sich drehende Mahlwalze arbeiten. Ein Nachteil ist hier jedoch,
außer der Kontaktreibung der Mahlflächen, der an allen Stellen gleiche Abstand zwischen
Mahlwalze und Reibfläche. Auch sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Druckwirkung
der Mahlklötze zur Reibfläche geregelt werden kann, das heißt aber immer in ihrer
gesamten Breite und nicht zwecks Entstehung einer Schlitzwirkung.
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Weiter sind schon Mahlvorrichtungen bekannt, bei denen ein Mahlkegel
in einem Kegelmantel umläuft und durch einen Exzenter außerdem noch .eine taumelnde
Bewegung ausführt, ohne daß dabei die Wirkung :eines sich verjüngenden Arbeitsschlitzes
erzielt wird, der allein jede ummittelbare Druckreibung ausschließt. Auch Reibvorrichtungen,
bei denen gegen die umlaufende Reibfläche, ob Scheiben- oder walzenförmig, Mahlbarren
oder klötze mit besonders ausgeführter Oherfläche gepreßt werden und auch stellenweise
konische Schlitze entstehen, sind bekannt, ohne daß dabei von einer durchgehenden
Schlitzbildung sowie Schlitzwirkung die Rede Sein kann.
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Die Art der Mahlung durch Reiben umlaufender Flächen auf einer Unterlage
hat den Nachteil, daß die Mahlflächen aus Stein oder Metall einem starken Verschleiß
unterworfen sind, daß .ein Leerlauf nicht möglich ist, weil er die Zerstörung der
Mahlflächen durch Reibung nach sich ziehen würde, und daß schließlich Schwierigkeiten
bezüglich der geschlossenen Reibung für luftempfindliches
und leicht
verdunstendes Mahlgut bestehen. Auch besteht bei solchen Zerkleinerungsmaschinen
leicht die Gefahr der Verstopfung.
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Weiterhin sind auch die sog. Schlitzt11aschinen bekannt, bei -welchen
eine hochwertige Emulgierung dadurch erreicht wird, daß man die Stolte unter genügend
hohem Druck durch einen Schlitz hindurchpreßt. Dabei können sogar auch feste Stoffe
durch solche bekannte Schlitzemulgierverfahreii mehr oder weniger zerkleinert werden;
es sind jedoch besondere Einrichtungen zur Bildung des hohen Druckes erforderlich,
und außerdem müssen feste Stoffe auf Schlitzweite vorzerkleinert werden, damit keine
Verstopfungen des Schlitzes eintreten können.
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Die Nachteile dieser bekannten Mahlvorrichtungen vermeidet die nachfolgend
beschriebene Erfindung und vereinigt ,andererseits ihre Vorteile. Beim Mahlen geht
z. B. nur eine geringe Erwärmung im Innern der Mahlvorrichtung vor sich; außerdem
kann die Feinheit für die jeweilige Mahlung bis zu einer gewissen Grenze eingestellt
werden, so daß bereits das einmal durch die Mühle gegangene Mahlgut die gewünschte
Feinheit hat. Nur bei sehr feinen Mahlengen wird es notwendig sein, das Ma.hlgttt
mehrmals durch die Mahlvorrichtung zu leiten.
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Die Erfindung besteht darin, daß unter Vermeidung jeder Berührung
der Arbeitsflächen, also unter ständiger Aufrechterhaltung eines Schlitzes an der
Arbeitsstelle einer bekannten Einrichtung, deren umlaufende Arbeitsfläche mit einer
feststehenden einen sich allmählich verjüngenden Arbeitsspalt bildet, die umlaufende
Arbeitsfläche mit mindestens 3000 Umdr./Min. angetrieben wird. Dadurch entsteht
zwischen dem durch die Zentrifugalkraft mitgerissenen Gut und dem langsamer in den
Schlitz treibenden Gut eine kräftige Reib- und Druckwirkung. Zweckmäßig wird das
Aufgabegut zusätzlich zu der Zentrifugalwirkung unter Überdruck zum Arbeitsschlitz
geführt. Die Schlitzwirkung gemäß der Erfindung wird durch zwei exzentrisch. ineinandergelagerte,
sich nicht berührende zylinderförmige Mahlflächen erzielt, von denen die äußere
festliegt, während die innere durch einen Motor zum schnellen Umlaufen um ihre Achse
gebracht wird. Durch eine solche Ausführung wird ein geschlossener Mahlraum gebildet.
Die Schlitzweite ist regelbar. Der freie Mahlraum wird kurz vor der Einfüllstelle
durch einen regelbaren Schieber in zwei Teile geteilt, so daß der konisch sich verengende
Teil bis zur engsten Schlitzspalte den Einfüllraum bildet, während der sich hinter
dem feinsten Schlitz wieder konisch erweiternde Raum zur Abführstelle führt, wo
das gemahlene Gut entweder unmittelbar abgeleitet oder durch eitle Pumpeinrichtung
zu nochmaligem oder mehrmaligem Durchgang in den Einfülltrichter zurückgeführt wird.
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Die feststehende Wandung des Schlitzes, der zwischen den exzentrisch
ineinanderge. lagerten zylinderförmigen =llahifiäcben an deren engster Berührungsstelle
gebildet wird, ist verstellbar. Dadurch kann die Schlitzbreite z. B. zwischen 3
tim bis etwa o,ooi mm geregelt werden. Die Oberflächen der beiden zylinderförmigen
Mahlkörper sind glatt poliert oder fein mattert. Beim schnellen Umlauf mit
3000 bis i S ooo Umdrehungen in der -Minute 'wird das durch einen Trichter
von oben eingeführte Mahlgut bis zur eigentlichen Schlitzstelle mitgerissen und
dort bis zu der vorher eingestellten Feinheit zerkleinert. Dabei kann sich noch
die Wirkung der beim starken Umlauf gebildeten Zentrifugalkräfte auf die Flüssigkeiten
und die darin enthaltenen und mitgerissenen Stoffteilchen durch Prall- und Reibvorgänge
zwischen dem Mahlgut und dem feststehenden ?~lahlgehäusc zugunsten der 11Iahlung
attst%-irl>en, wobei das '2#Iahlgut durch Rotationsenergie gewaltsam zur Schlitzstelle
geführt und durch den umlaufenden Teil der Schlitzwandung zerrieben und vermahlen
wird.
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Es ist weiter anzunehmen, daß die an der Schlitzstelle auftretenden
Schwingungen, die wahrscheinlich dadurch hervorgerufen werden, daß der Läufer (wie
die umlaufende Schlitzwand im weiteren kurz genannt wird), obwohl er durch ILUgellager
gut zentriert ist, durch die Reibwirkung auf das feste Mahlgut verschiedener Feinheit
in Sch=.z-ingunget@ gebracht wird, ultraschallartige Schwingungen hoher Wechselzahl
sind. Diese rufen eine besonders gute Mahl-, Dispersions- wie auch Emulsionswirkung
hervor. Durch die Schwingungen wird die Schlitrveite in schnellem Wechsel vergrößert
und verkleinert, wenn auch nur um 1,`10,o bis 1/00"o mm. Die Erforschung dieser
bei der Vorrichtung auftretenden Erscheinungen ist noch nicht endgültig .abgeschlossen.
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Durch die nachfolgende Beschreibung der Zeichnungen wird das Verfahren
wie die dazu notwendige Apparatur näher erläutert: Fig. i stellt schematisch einen
Querschnitt und Fig. z einen Längsschnitt längs der Achse dar. Auf die Achse i ist
ein Hohlzylinder 2 fest aufgetrieben und auf diesen wieder ein Zylinder 3, der aus
möglichst hartem Stahl besteht und dessen Oberfläche glatt poliert oder auch fein
mattiert ist. Dieser umlaufende Teil der Schlitzmühle wird
exzentrisch:
von dem . festliegenden Gehäuse q. mit dem die Mahl- und Reiboberfläche bildenden
Zylinder 5 am besten aus hartem rostfreiem Stahl umgeben. Am unteren Ende des festliegenden
Gehäuses 5 .ist -die einstellbare feststehende Wand 6 des Schlitzes mit der harten
Oberfläche 7 angeordnet, durch die mittels Schraube 8 mit Kopf 9 im Bügel io die
Schlitzweite an der .engsten Stelle zwischen der Läuferhartwand 3 und der Gehäusehartwand
5 geregelt wird. Gegenüber dieser Stelle befindet sich ein weiterer Schieber i i,
der durch Schraube 12 mit Schraubenkopf 13 in Bügel 1q. regelbar ist. Dieser
Schieber dient dazu, den Gehäuseraum in zwei getrennte Räume zu teilen, von denen
der eine von der Einführung bis zur Schlitzstelle den Einführungsraum, der hinter
der Schlitzstelle den Abfiihrungsraum darstellt. Der Schieber i i wird so eingestellt,
daß er keine Reibung auf die Läuferfläche ausübt, trotzdem aber genügend dichtet.,
um das Eindringen grober Mahlgutteilchen auch unter Druck zu verhindern. Oberhalb
der Maschine befindet sich die Einführungsöffnung 15, der Hahn 16 und darüber
der Fülltrichter 17. An der Abführungsstelle wird das Mahlgut. durch Öffnung 18,
Pumle 19 und Rohrleitung 2o an der Stelle 2 1 in den Trichter 17 zurückgepumpt,
oder aber ;es wird über Leitung 22 mit Hahn 23 als fertiges Produkt abgeführt. Bei
Trockenmahlung wird das Gut durch: Leitung 22 zu einem Windsichter geleitet,
- von wo nur die groben Teile in den Trichter zurückgeführt werden.
In diesem Falle wird selbstverständlich die Leitung--o durch einen in der Zeichnung
nicht angegebenen Hahn abgesperrt. Die Pumpe i 9 wird durch den Elektromotor 2q.
getrieben; der Antrieb kann aber auch: auf beliebige andere Art erfolgen. Die Motore
stehen auf dem metallischen Fundament 25 in gleicher Höhe wie die Schlitzmühle und
sind ebenso wie diese auf einer gemeinsamen Grundplatte (in der Zeichnung nicht
angegeben) montiert.
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Auf dem Längsschnitt durch die Achse (Fig.2) sind weiter noch folgende
Einrichtungen' kurz zu erwähnen: An beiden Seiten wird das Gehäuse durch die Platten
26,26 abgeschlossen. Die Seitengußstücke 27, 27, die als Träger für die Kugellager
dienen, sind mittels Bolzen fest mit dem Stator ¢ verbunden. Zur Einführung des
Schmiermittels dienen die Bohrungen 28, 28, in die aus der Fettpresse 29 die beiden
Leitungen 3o und 31 führen. Die Stellen 32, 32 sind für die Kühlwassereinführung
vorgesehen. Die Dichtung der Achse wird durch die Stopfbuchsen 33, 33 erreicht,
zu welchem Zwecke beiderseits je drei Kohlenringe 34 und die Kautschukmanschette
35, 35 angeordnet sind. Als Lager, um axiale Schwankungen zu verhüten, sind hier
die Tonnenwalzenlager 36, 36 vorgesehen, an deren Stelle aber auch andere Arten
von Lagern Verwendung finden können. Die Fettpresse 29 ragt vierkantig an Stelle
37 in das Ende der Achsei hinein und wird durch diese über ein Schneckenradgewinde
mit langsamer Umdrehung getrieben.
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An Stelle der oben vorgeschlagenen Stopfbuchsenpackung kann auch eine
beliebige andere Dichtungsmethode angewendet werden. Bei leicht- und mittelviscosem
sowie bei trockenem Mahlgut kann vorteilhaft auch eine Labyrinthdichtung eingebaut
werden. Oder aber die Dichtung kann auch so ausgeführt werden, daß in das zu diesem
Zwecke konisch verlaufende Läufer- und Gehäuseende bei den seitlichen Begrenzungsplatten
26 ringförmige Rillen eingebracht werden, die das Mahlgut während der Arbeit der
Mühle zurücksdhleudern.> Bei dieser Art der Dichtung muß aber darauf geachtet werden,
daß zuerst die Maschine in Gang gebracht und dann Mahlgut eingefüllt wird und daß
zum Schluß der Mahlung erst das Mahlgut abgelassen und dann die Maschine angehalten
wird.
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Bei der vorstehend beschriebenen Mühle ist nur eine Schlitzstelle
vorgesehen. In der Praxis können aber zwischen dem Einlauf 15 und dem Auslauf i8
zwei oder mehrere mit geeigneter Regelvorrichtung versehene Schlitzverengungen insbesondere
bei größerem Durchmesser des Läufers angeordnet sein. Auf diese Weise wird das Mahlgut
bei einem Umlauf mehrmals der 'Reibwirkung der Schlitzstellen unterwarfen. Bei der
Anwendung nur einer Schlitzstelle ist es vorteilhaft, den Durchmesser des Läufers
und entsprechend auch des Gehäuses möglichst groß zu wählen, weil durch die schwächere
Krümmung :eine allmählichere Verengung und Verbreiterung erzielt wird, so daß der
Reibungsweg für das Mahlgut verlängert wird.
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Anstatt durch: normalen Einfluß kann die Einführung des Mahlgutes
in den Mahlraum auch unter Druck erfolgen. In diesem Fall tritt an die Stelle des
Trichters 17 der unmittelbare Anschluß an eine Druckpumpe.
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Durch die Anwendung von Druck wird einreal die Durchlaßmenge erhöht
und außerdem die Wirkung der durch den Läufer erzeugten Zentrifugalkraft verstärkt.
Es ist dann besonders wichtig, daß die Trennvorrichtung i i möglichst nahe an die
Läuferfläche angedrückt wird, damit die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß eingeführte
grobe Teilchen unmittelbar in die Abführleitung geraten.