EP0200003A2 - Mischer mit einer Stiftmühle - Google Patents

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EP0200003A2
EP0200003A2 EP86104366A EP86104366A EP0200003A2 EP 0200003 A2 EP0200003 A2 EP 0200003A2 EP 86104366 A EP86104366 A EP 86104366A EP 86104366 A EP86104366 A EP 86104366A EP 0200003 A2 EP0200003 A2 EP 0200003A2
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EP
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rotor
stator
mixer
pins
container
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EP0200003B1 (de
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Eberhard Lipp
Hans Wetzel
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Draiswerke GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/83—Mixing plants specially adapted for mixing in combination with disintegrating operations
    • B01F33/833—Devices with several tools rotating about different axis in the same receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/836—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments
    • B01F33/8361—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments with disintegrating
    • B01F33/83612—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments with disintegrating by crushing or breaking

Definitions

  • the invention relates to a pin mill according to the preamble of claim 1.
  • Pin mills of this type have an annular stator which is provided with cylindrical pins arranged parallel to one another.
  • a rotor in the form of a disk is arranged inside the stator, on the outer circumference of which a number of cylindrical pins are arranged which are arranged parallel to the stator pins and pass the stator pins leaving a small gap.
  • the rotor disc is driven at high speed by a motor located outside the mixer tank.
  • the rotor and stator are spaced from the inside of the wall of the container.
  • the mixing tools of the mixer can be designed and arranged such that they slide at least partially through the space between the rotor and stator on the one hand and the container wall on the other hand, so that the largest possible part of the container is axially swept by the mixing tools. This measure therefore serves to prevent dead zones.
  • the pin mills are used in particular for the defined distribution of viscous, ie flowable materials, since a shear gradient is generated in the gap between the rotor pins and the stator pins.
  • the invention has for its object to develop a pin mill of the generic type so that an improvement in the grinding result is achieved without there being a significant increase in drive power.
  • the configuration according to the invention allows particularly optimized conveying effects to be achieved.
  • the largely conventional mixer shown in the drawing has a horizontal, stationary, cylindrical container 1, which is closed at the end and held at the same time by side walls 2, 3 acting as stands. On the side walls 2, 3, bearing blocks 4 are fastened, in which a shaft 5 of a mixing mechanism 6, which is arranged concentrically to the container 1, is mounted. It is driven by a drive motor 7 via a V-belt drive 8 and a gear 9.
  • the mixing mechanism 6 has mixing tools 10, which are designed in the form of blades and are held by means of mixing tool carriers 11 which are attached to the shaft 5 and project radially therefrom.
  • the mixing tools lo themselves are located in the vicinity of the inner wall 12 of the container 1.
  • a material inlet 13 On the top of the container 1, a material inlet 13 is arranged; a material outlet 14 is provided on the underside.
  • the mixer is operated in batches as a so-called turbulent mixer, i.e. it is a throwing mixer in which the individual mix particles are thrown up and return to a mix bed on a parabolic throw path.
  • a so-called pin mill 15 is installed in the wall 12 of the container 1, which is described in detail below: On the outside of the wall 12 of the container 1, specifically in the area below the shaft 5 (see FIG. 2), there is a flange bearing 16 attached to which a motor 17 is flanged. A coupling 18 connects the output shaft of the motor 17 to a drive shaft 19 of the pin mill 15. This drive shaft 19 passes through the wall 12.
  • the pin mill 15 also has two support rods 2o serving as stator carriers, which also pass through the wall 12, and which extend in a radial plane are arranged to the shaft 5 so that they represent only a slight obstacle for mixing tools lo, as can be seen in particular from FIG.
  • a stator 22 is attached to the two support rods 2o, which consists of a ring 23 and pins 24.
  • the pins 24 extend parallel to the axis 21 and are arranged on a circular ring.
  • the axis 21 also intersects the axis 25 of the shaft 5 at a right angle, as can be seen in FIG. 2.
  • the width of the ring 23 is only so large that it can be attached to the support rods 2o, and as is otherwise necessary for design reasons.
  • it has a hub 27, which is connected in a rotationally fixed manner to the drive shaft 19 and on which there is approximately radial outwardly extending wings 28 are attached.
  • These wings 28 can have various configurations.
  • a wing 28 ' is designed as a simple, elongated, rectangular profile, which is arranged radially to the axis 21 and exerts purely tangential forces on the individual particles of the mixed material.
  • a wing 28 ′′ can be designed such that its radially outer end 29 runs in relation to the direction of rotation 30 of the drive shaft 19, that is to say exerts a combined radial and tangential acceleration on the mix. Finally, in the case of a wing 28 ′′ ′′, at least the outer end 29 ′ can still be set at an angle, so that it is guided past the pins 24 in the manner of a pulling cut.
  • the pins 24 have a square cross section.
  • the cross-sectional shape itself is not significant; however, the edge 31 on each pin 24 has some significance, which is assigned to a corresponding cutting edge 32 at the radially outer end 29 or 29 'of the wings 28. A certain cutting effect thus takes place between the respective edge 31 and the corresponding cutting edge 32 - even if there is a gap 33 of 1 to 3 mm width between the cutting edge 32 and the edge 31.
  • the rotor 26 of the pin mill 15 is driven at a speed of 15oo to 3ooo rpm.
  • the container 1 In normal operation, the container 1 is about 50% to 70% of its volume filled with mixed material. It is mixed turbulently by the mixer and loosened overall and thrown through the mixing container.
  • the vanes 28 of the rotor 26 drive individual mixed material particles through the pins 24 of the stator 22 at high speed.
  • the mixed material reaches the vanes 28 from the inside of the container 1; but it also reaches the wings by means of the mixing tools 10 from the area between the wall 12 of the container 1 and the stator 22. This happens in particular because the mixing tools lo almost completely cover the area between the stator rotor on the one hand and wall 12 on the other. Only the space covered by the two support rods 20 and the drive shaft 19 is not covered.
  • the use of the pin mill 15 is particularly important when a powdery or pourable material is to be mixed with relatively small amounts of liquid in the mixer, so that the liquid is only intended to wet the individual particles of the mixed material. Agglomerates form here on a large scale and have to be dissolved again.
  • the supply of such a liquid can, for example done directly into the area of the pin mill by means of a liquid nozzle 34. Such uses and applications are generally known for pin mills.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)

Abstract

Ein Stiftmühle für einen Mischer mit Mischwerk weist einen Motor außerhalb des Behälters des Mischers und einen innerhalb des Behälters (12) und im Abstand von dessen Wand mit dem Motor drehantreibbar verbundenen Rotor (26) auf. Der Rotor (26) ist zumindest teilweise tangential von einem Stator (22) umgeben, der etwa konzentrisch zur Achse (21) des Rotors (26) angeordnete Stifte (24) aufweist, innerhalb derer der Rotor (26) angeordnet ist. Der Rotor (26) ist mit einen Mahlspalt zu den Stiften (24) begrenzenden Elementen versehen. Um eine Verbesserung des Mahlergebnisses zu erreichen, ohne daß es zu einer nennenswerten Erhöhung der Antriebsleistung kommt, sind die einen Mahlspalt zu den Stiften (24) des Stators (22) begrenzenden Elemente des Rotors (26) nur durch etwa radial zu seiner Achse (21) verlaufende Flügel (28) gebildet, deren radial äußere Enden eine Schneidkante aufweisen. Die Stifte (24) des Stators (22) weisen mindestens eine den radial äußeren Enden der Flügel (28) zugeordnete Kante auf. Weiterhin ist der Rotor (26) innerhalb des Stators (22) im wesentlichen offen ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stiftmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Derartige Stiftmühlen weisen einen ringförmigen Stator auf, der mit parallel zueinander angeordneten zylindrischen Stiften versehen ist. Innerhalb des Stators ist ein Rotor in Form einer Scheibe angeordnet, an deren Außenumfang einige parallel zu den Stator- Stiften angeordnete, zylindrische Stifte angebracht sind, die unter Freilassung eines kleinen Spaltes an den Stator-Stiften vorbeilaufen. Die Rotor-Scheibe wird von einem außerhalb des Behälters des Mischers befindlichen Motor hochtourig angetrieben. Rotor und Stator sind im Abstand von der Innenseite der Wand des Behälters angeordnet. Die Mischwerkzeuge des Mischers können so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie zumindest teilweise durch den zwischen Rotor und Stator einerseits und Behälterwand andererseits befindlichen Raum hindurch gleiten, damit der möglichst größte Teil des Behälters von den Mischwerkzeugen axial überstrichen wird. Diese Maßnahme dient also der Verhinderung von Totzonen.
  • Die Stiftmühlen dienen insbesondere zur definierten Verteilung von viskosen, also fließfähigen Materialien, da in dem Spalt zwischen den Rotorstiften und den Statorstiften ein Schergefälle erzeugt wird.
  • Der Mahleffekt in diesen Stiftmühlen ist nicht zufriedenstellend. Zur Verbesserung des Mahlergebnisses ist bereits versucht worden, in der Rotor-Scheibe Löcher vorzusehen. Dies führte lediglich zu einer Erhöhung der Antriebsleistung für die Stiftmühle, ohne daß es zu einer Verbesserung des Mahlergebnisses gekommen ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stiftmühle der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß eine Verbesserung des Mahlergebnisses erreicht wird, ohne daß es zu einer nennenswerten Erhöhung der Antriebsleistung kommt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Uberraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch Fortlassen der Rotor-Scheibe samt Rotor-Stiften . und deren Ersatz durch Flügel, also einen Propeller, eine erhebliche Verbesserung der Mahlleistung der Stiftmühlen im Gesamtprozeß im Mischer erreicht wird. Erklärt werden kann dies damit, daß die Flügel eine sehr viel stärkere radial und tangential gerichtete Förderwirkung auf die einzelnen Partikel ausüben, d.h. es werden erhebliche größere Mengen Mischgut- bzw. Mahlgut-Partikel pro Zeiteinheit durch den Mahlspalt zwischen die äußeren Enden der Flügel und den Stator-Stiften gefördert und hier einem hohen Schergefälle ausgesetzt. Insgesamt gelangen während eines Mischprozesses bei einem chargenweise betriebenen Mischer die einzelnen Partikel also sehr viel öfter in den Mahlspalt. Wenn auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung - wie an sich üblich - die Mischwerkzeuge den Raum zwischen Rotor und Stator einerseits und Innenwand des Behälters andererseits weitgehend überstreichen, erfolgt hier auch eine Förderung von Misch- bzw. Mahlgut zur Stiftmühle. Insoweit führt dieses an sich bekannte Überstreichen dieses erwähnten Raumes zu einem völlig anderen Effekt, insbesondere also zu einer verbesserten Mahlleistung der Stiftmühle. Durch die Paarung von Schneidkanten an den Enden der Flügel einerseits und den Stiften des Stators andererseits werden die Scherwirkungen im Mahlspalt erheblich verbessert.
  • Wie sich insbesondere aus den Unteransprüchen ergibt, läßt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu, daß besonders optimierte Fördereffekte erreicht werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt
    • Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Mischer,
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch den Mischer entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1 in verkleinertem Maßstab,
    • Fig. 3 einen Teilschnitt durch Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie III-III und
    • Fig. 4 eine Draufsicht auf die Stiftmühle.
  • Der in der Zeichnung dargestellte, weitgehend konventionelle Mischer, weist einen horizontalen, stationären, zylindrischen Behälter 1 auf, der von gleichzeitig als Ständer wirkenden Seitenwänden 2, 3 stirnseitig abgeschlossen und gleichzeitig gehalten wird. An den Seitenwänden 2, 3 sind Lagerböcke 4 befestigt, in denen eine konzentrisch zum Behälter 1 angeordnete Welle 5 eines Mischwerks 6 gelagert ist. Sie wird von einem Antriebsmotor 7 über einen Keilriementrieb 8 und ein Getriebe 9 angetrieben. Das Mischwerk 6 weist schaufelartig ausgebildete Mischwerkzeuge lo auf, die mittels an der Welle 5 angebrachter und radial von dieser abstehender Mischwerkzeug-Träger 11 gehalten werden. Die Mischwerkzeuge lo selber befinden sich in der Nähe der Innenwand 12 des Behälters 1.
  • Auf der Oberseite des Behälters 1 ist ein Materialeinlaß 13 angeordnet; an der Unterseite ist ein Materialauslaß 14 vorgesehen. Der Mischer wird chargenweise als sogenannter Turbulent-Mischer betrieben, d.h. es handelt sich um einen Wurfmischer, bei dem die einzelnen Mischgutpartikel hochgeworfen werdenund auf einer parabelförmigen Wurfbahn wieder in ein Mischgutbett gelangen. Um diesen Effekt zu erreichen, werden die Mischwerkzeuge lo mit überkritischer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, die - ausgedrückt in der dimensionslosen Froude-Kennzahl - etwa Fr = 2 - 6 beträgt.
  • Die Froude-Kennzahl ist definiert
    Figure imgb0001
    wobei gilt
    • W = Umfangsgeschwindigkeit der radial äußeren Enden der Mischwerkzeuge lo in m/s
    • R = Radius des Mischwerks 6 in m
    • g = Erdbeschleunigung in m/s2.
  • In die Wand 12 des Behälters 1 ist eine sogenannte Stift-Mühle 15 eingebaut, die nachfolgend im einzelnen beschrieben wird: Auf der Außenseite der Wand 12 des Behälters 1, und zwar im Bereich unterhalb der Welle 5 (siehe Fig. 2) ist ein Flanschlager 16 angebracht, an dem ein Motor 17 angeflanscht ist. Eine Kupplung 18 verbindet die Abtriebswelle des Motors 17 mit einer Antriebswelle 19 der Stiftmühle 15. Diese Antriebswelle 19 durchsetzt die Wand 12. Die Stiftmühle 15 weist weiterhin zwei als Statorträger dienende Stützstäbe 2o auf, die ebenfalls die Wand 12 durchsetzen, und die in einer Radialebene zur Welle 5 angeordnet sind, so daß sie nur ein geringes Hindernis für Mischwerkzeuge lo darstellen, wie insbesondere aus Fig. l hervorgeht. Konzentrisch zur Achse 21 der Antriebswelle 19 ist auf den beiden Stützstäben 2o ein Stator 22 angebracht, der aus einem Ring 23 und Stiften 24 besteht. Die Stifte 24 erstrecken sich parallel zur Achse 21 und sind auf einem Kreisring angeordnet. Die Achse 21 schneidet im übrigen die Achse 25 der Welle 5 unter einem rechten Winkel, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die Breite des Ringes 23 ist nur so groß, daß die Befestigung auf den Stützstäben 2o möglich ist, und wie es im übrigen aus konstruktiven Gründen notwendig ist.
  • Radial innerhalb der Stifte 24 ist ein drehfest mit der Antriebswelle 19 verbundener Rotor 26 angeordnet, der propellerartig ausgebildet ist. Hierzu weist er eine mit der Antriebswelle 19 drehfest verbundene Nabe 27 auf, an der sich etwa radial nach außen erstreckende Flügel 28 angebracht sind Diese Flügel 28 können verschiedenartige Ausgestaltungen haben. In der einfachsten Ausgestaltung ist ein Flügel 28' als einfaches, langgestrecktes, rechteckiges Profil ausgebildet, der radial zur Achse 21 angeordnet ist und rein tangentiale Kräfte auf die einzelnen Mischgutpartikel ausübt. Ein Flügel 28'' kann so ausgebildet sein, daß sein radial äußeres Ende 29 bezogen auf die Drehrichtung 3o der Antriebswelle 19 nachläuft, also auf das Mischgut eine kombinierte radiale und tangentiale Beschleunigung ausübt. Schließlich kann bei einem Flügel 28''' zumindest das äußere Ende 29' noch schräg angestellt sein, so daß es an den Stiften 24 nach Art eines ziehenden Schnittes vorbeigeführt wird.
  • Die Stifte 24 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt. Die Querschnittsform selber ist nicht bedeutend; einige Bedeutung kommt aber der Kante 31 an jedem Stift 24 zu, die einer entsprechenden Schneidkante 32 am radial äußeren Ende 29 bzw. 29' der Flügel 28 zugeordnet ist. Zwischen der jeweiligen Kante 31 und der entsprechenden Schneidkante 32 erfolgt also - auch wenn zwischen der Schneidkante 32 und der Kante 31 ein Spalt 33 von 1 bis 3mm Breite vorhanden ist - ein gewisser Schneideffekt.
  • Der Rotor 26 der Stiftmühle 15 wird mit einer Drehzahl von 15oo bis 3ooo Upm angetrieben.
  • Im üblichen Betrieb ist der Behälter 1 etwa zu 5o% bis 7o% seines Volumens mit Mischgut gefüllt. Es wird von dem Mischwerk turbulent durchmischt und insgesamt aufgelockert und durch den Mischbehälter geworfen. Die Flügel 28 des Rotors 26 treiben einzelne Mischgutpartikel mit hoher Geschwindigkeit durch die Stifte 24 des Stators 22. Das Mischgut gelangt zum einen vom Inneren des Behälters 1 her zu den Flügeln 28; es gelangt aber auch mittels der Mischwerkzeuge lo aus dem Bereich zwischen der Wand 12 des Behälters 1 und dem Stator 22 zu den Flügeln. Dies geschieht insbesondere deshalb, weil die Mischwerkzeuge lo den Bereich zwischen Stator - Rotor einerseits und Wand 12 andererseits fast vollständig überstreichen. Nicht überstrichen wird lediglich der durch die beiden Stützstäbe 2o und die Antriebswelle 19 überdeckte Raum. Diese drei Teile befinden sich ja in einer gemeinsamen Ebene radial zur Achse 25 der Welle 5. Diese Materialzuführung zum Rotor 26 ist besonders effizient, weil der Raum innerhalb des Ringes 23 des Stators 22 völlig offen ist und sich in diesem nur der Rotor 26 mit seinen Flügeln 28 befindet.
  • Der Einsatz der Stiftmühle 15 ist besonders dann von Bedeutung, wenn im Mischer ein pulveriges bzw. schüttfähiges Material mit relativ geringen Mengen Flüssigkeit gemischt werden soll, wobei also die Flüssigkeit die einzelnen Mischgutpartikel lediglich benetzen soll. Hierbei bilden sich in großem Umfang Agglomerate, die wieder aufzulösen sind. Die Zufuhr einer solchen Flüssigkeit kann beispielsweise mittels einer Flüssigkeitsdüse 34 direkt in den Bereich der Stiftmühle erfolgen. Derartige Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten sind für Stiftmühlen allgemein bekannt.

Claims (6)

1. Stiftmühle für einen einen zylindrischen Behälter und ein in diesem drehantreibbar angeordnetes Mischwerk aufweisenden Mischer, die außerhalb des Behälters einen Motor und innerhalb des Behälters und im Abstand von dessen Wand einen mit dem Motor drehantreibbar verbundenen Rotor und einen den Rotor zumindest teilweise tangential umgebenden Stator aufweist, wobei der Stator etwa konzentrisch zur Achse des Rotors angeordnete Stifte aufweist, innerhalb derer der Rotor angeordnet ist, und wobei der Rotor mit einen Mahlspalt zu den Stiften begrenzenden Elementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Mahlspalt (33) zu den Stiften-(24) des Stators (22) begrenzenden Elemente des Rotors (26) nur durch etwa radial zu seiner Achse (21) verlaufende Flügel (28) gebildet sind, deren radial äußere Enden (29, 29') eine Schneidkante (32) aufweisen, daß die Stifte (24) des Stators (22) jeweils mindestens eine den radial äußeren Enden (29, 29') der Flügel (28) zugeordnete Kante (31) aufweisen, und daß der Rotor (26) innerhalb des Stators (22) im wesentlichen offen ausgebildet ist.
2. Stiftmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeuge (lo) des Mischers zwischen der Wand (12) von dessen Behälter (1) einerseitsd und dem Rotor (26) und dem Stator (22) andererseits zumindest teilweise hindurchbewegbar sind.
3. Stiftmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (28') etwa eben ausgebildet sind und in einer die Achse (21) des Rotors (26) aufnehmenden Ebene angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zur Achse (21) des Rotors (26) verlaufen.
4. Stiftmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Enden (29) der Flügel (28'') - bezogen auf die Drehrichtung (3o) des Rotors (26) - nachlaufend ausgebildet sind.
5. Stiftmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Enden der Flügel (28''') gegenüber einer die Achse (21) des Rotors
(26) aufnehmenden Ebene geneigt sind.
EP86104366A 1985-04-27 1986-03-29 Mischer mit einer Stiftmühle Expired - Lifetime EP0200003B1 (de)

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EP0200003A2 true EP0200003A2 (de) 1986-11-05
EP0200003A3 EP0200003A3 (en) 1989-01-25
EP0200003B1 EP0200003B1 (de) 1990-06-13

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