EP0410229A1 - Rührwerkmühle zur Feinstmahlung - Google Patents

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EP0410229A1
EP0410229A1 EP90113421A EP90113421A EP0410229A1 EP 0410229 A1 EP0410229 A1 EP 0410229A1 EP 90113421 A EP90113421 A EP 90113421A EP 90113421 A EP90113421 A EP 90113421A EP 0410229 A1 EP0410229 A1 EP 0410229A1
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EP
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grinding
agitator
disks
agitator mill
grinding disks
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EP90113421A
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EP0410229B1 (de
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Günther Dipl.-Ing. Kuntz
Johann Dipl.-Ing. Baarfüsser
Clemens Dipl.-Ing. Beck
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Basf Magnetics basf Magnetics (holding) GmbH GmbH
Original Assignee
Agfa Gevaert AG
BASF Magnetics GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B02C17/163—Stirring means
    • 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
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/115—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers comprising discs or disc-like elements essentially perpendicular to the stirrer shaft axis

Definitions

  • the invention relates to an agitator mill for the fine grinding of a grinding material dispersion consisting of solids or solid mixtures, which consists of a cylindrical container for holding grinding material and grinding media, by providing a rotating shaft to which a plurality of grinding disks acting as stirring elements are attached, all or part of which are directly attached are attached to the agitator shaft off-center and offset from one another as seen in the axial direction.
  • agitator ball mills with vertically or horizontally arranged grinding troughs are used.
  • Devices of this type consist of a vertically arranged grinding trough in which agitators are fitted, on which smooth disks, ring disks, perforated disks or stirring bars or the like are arranged. All of these designs have one fundamental disadvantage in common, which is that the high-speed mixing units have a peripheral speed that increases constantly from the center to the periphery. At the periphery, the peripheral speed is to be designed so that the grinding and dispersing effect is achieved, but that the grinding media themselves are not or only insignificantly stressed or even destroyed.
  • the stress on the material to be ground and thus also the grinding media essentially depends on the differential speed between the stirring tool and the grinding media pern from.
  • the grinding effect which can be achieved in the case of the continuously operating agitator mills which are mainly considered also depends on the fact that there are no zones of insufficient dispersing stress left on the millbase.
  • the distance between the stirring discs and the inner wall of the grinding troughs must therefore be kept within certain limits.
  • the grinding trough is double-walled for cooling purposes and has an inlet and an outlet for the material to be treated.
  • a filter device is provided, for example in the form of a slot or sieve, through which the grinding media are retained, but the treated product can pass through.
  • Agitator mills with a hollow, cooled agitator shaft are also known, in particular for processing highly viscous and temperature-sensitive ground material.
  • the outer edge design of the stirring disks has a non-circular shape, for example tooth shape, which deviates from the circular cross section of the grinding trough, wherein the outer edge of the stirring disks can have a bevel in the direction of the axis of the agitator shaft.
  • DE 24 57 609 describes an agitator mill whose agitator shaft is formed by a conical hollow body which tapers downwards.
  • DE 26 50 441 describes stirring disks, which are equipped with a Number of elongated openings, which are preferably circularly distributed around the central axis of the disk in question, are provided for taking the grinding media with them. A beveled leading edge is provided in the axial direction at each end of these elongated openings.
  • the task was to find an agitator mill for fine grinding of the generic type mentioned at the outset, which is able to prevent grinding ball blocking by suitable axial and radial conveyance of the grinding stock and the grinding media and still enable a high grinding energy input.
  • this support should take place in a cascade of mills connected in series, if possible without additional pump systems.
  • the grinding disk is provided on one or both sides with one or more eccentrically circumferential beveled active surfaces, as can be seen from FIGS. 1a to 1c.
  • the grinding disc (1) according to the invention is a circular solid disc with an eccentrically mounted bore (5) for plugging onto the stirrer shaft (6) (FIGS. 2a, 2b). This disc is manufactured as a turned part.
  • the edge surfaces (2) of the disc (1) are beveled on one or both sides ( Figure 1c).
  • the top and / or the underside of the disk is provided with circumferential, preferably circular-centered, zigzag-shaped tapered baffle surfaces (3, 4) inwards and / or outwards (FIG. 1b).
  • the grinding disk is preferably equipped with these baffles on at least half of its outer surface.
  • FIG. 1a due to the eccentric arrangement of the grinding disks, the grinding media strike the impact surfaces at different angles, as a result of which extremely good axial and radial conveyance of the grinding stock is achieved.
  • FIG. 1b shows a particularly preferred embodiment of the grinding disk according to the invention, in which these active surfaces are arranged on both sides, that is to say on the top and bottom of the grinding disk.
  • Steel, ceramic, low-pressure polyethylene or polyoxymethylene or others are used as the material for the grinding disc appropriate materials suitable. Since, as described above, the grinding disc is a turned part, in contrast to the prior art mentioned above, this requires a much simpler production.
  • FIGS. 2a and 2b The arrangement of the grinding disks in relation to the stirrer shaft (6) is shown in FIGS. 2a and 2b.
  • Each four disks (1, 1 ', 1 ⁇ , 1 ′′′) are axially seen helically offset from each other by 90 °, then follows as indicated in Figure 2b, the next series of 4 grinding disks.
  • Each grinding disc covers the entire cross-section of the grinding trough with each revolution. This effect is now greatly enhanced by the staggered arrangement of the grinding disks.
  • the grinding media are moved in the same direction, but at different speeds, which creates additional friction between the grinding media, which contributes to increasing the grinding work.
  • the grinding media are from the state of the art
  • Known grinding balls for example steel, glass, aluminum oxide or ceramic balls
  • the size of the grinding balls can be selected within wide limits, for example from 0.2 to 5 mm.
  • the vertical distance between the individual grinding disks can be between 20 and 100 mm with a diameter of the grinding trough of 200 - 500 mm.
  • agitator mills according to the invention have proven themselves particularly well in the very fine grinding of magnetic dispersions consisting of polymeric binder dissolved in an organic solvent and magnetic fine-particle pigments dispersed therein with a high viscosity of the millbase. It has been shown that the number of agitator mills connected in series could be reduced by about 1/3 for the fine grinding of such dispersions.
  • the stirring elements in a vertical agitator ball mill are arranged in such a way that the grinding disks arranged at the lower shaft end are made of steel, while the grinding disks arranged in the middle and at the top are preferably made of plastic.
  • the temperature profile in the grinding trough is taken into account, since, as is known to any person skilled in the art, the temperature due to the ball pressure in the lower part of the trough is significantly higher than in the upper part of the trough.

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Abstract

Beschrieben ist eine Rührwerksmühle zum Feinstmahlen einer Dispersion, bevorzugt einer magnetischen Dispersion, bestehend aus einer zylindrischen Rührwerksmühle zur Aufnahme von Mahlgut und Mahlkörpern, in der eine rotierende Welle (6) vorgesehen ist, an der mehrere als Rührelemente wirkende Mahlscheiben (1) befestigt sind. Diese laufen durch eine entsprechende Anbringung an der Rührwelle exzentrisch um und sind gleichzeitig mit mehreren, einseitig oder beidseitig angeordneten umlaufenden angeschrägten Wirkflächen (2, 3, 4) versehen. Auf diese Weise ist eine axiale und radiale Förderung des Mahlguts gewährleistet, wobei gleichzeitig auch bei hohem Kugelfüllgrad eine Mahlkugelverblockung verhindert und trotzdem ein hoher mahlwirksamer Energieeintrag ermöglicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle zum Feinmahlen einer aus Feststoffen oder Feststoffgemischen bestehenden Mahlgutdispersion, die aus einem zylindrischen Behälter zur Aufnahme von Mahlgut und Mahlkörpern besteht, indem eine rotierende Welle vorgesehen ist, an der mehrere als Rührelemente wirkende Mahlscheiben befestigt sind, welche ganz oder teilweise unmittelbar an der Rührwerkswelle außer­mittig und in Achsrichtung gesehen gegeneinander versetzt befestigt sind.
  • Bei der Naßmahlung beispielsweise von magnetischen Disper­sionen werden Rührwerkskugelmühlen mit vertikal oder hori­zontal angeordneten Mahltrögen verwendet. Man kennt Vor­richtungen dieser Art, die aus einem senkrecht angeordneten Mahltrog bestehen, in dem Rührwerke angebracht sind, auf denen glatte Scheiben, Ringscheiben, Lochscheiben oder Rühr­stäbe oder dergleichen angeordnet sind. Allen diesen Aus­führungen ist ein grundsätzlicher Nachteil gemeinsam, der darin besteht, daß die hochtourig laufenden Mischwerke eine vom Zentrum bis zur Peripherie ständig steigende Umfangs­geschwindigkeit haben. An der Peripherie ist die Umfangsge­schwindigkeit so auszulegen, daß zwar der Effekt der Mah­lung und Dispergierung erreicht wird, daß aber die Mahl­körper selbst nicht oder nur unwesentlich beansprucht oder gar zerstört werden. Die Beanspruchung des Mahlgutes und damit auch der Mahlkörper hängt wesentlich von der Diffe­renzgeschwindigkeit zwischen Rührwerkzeug und den Mahlkör­ pern ab. Der erzielbare Mahleffekt hängt aber bei den haupt­sächlich in Betracht kommenden kontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühlen auch noch davon ab, daß dem Mahlgut keine Zonen mangelnder Dispergierbeanspruchung verbleiben. Der Abstand zwischen den Rührscheiben und der Innenwandung der Mahltröge muß deshalb innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden.
  • Der Mahltrog ist zu Kühlungszwecken doppelwandig ausgebildet und weist einen Einlaß und einen Auslaß für das zu behan­delnde Mahlgut auf. Ebenso ist eine Filtervorrichtung zum Beispiel in Form eines Schlitzes oder Siebes vorgesehen, durch welche die Mahlkörper zurückgehalten werden, das be­handelte Produkt jedoch hindurchtreten kann. Ebenso sind Rührwerksmühlen mit hohler gekühlter Rührwerkswelle, ins­besondere für die Verarbeitung hochviskosen und temperatur­empfindlichen Mahlguts bekannt.
  • Bedingt durch den gewünschten hohen Energieeintrag, der mittels der sich drehenden Mahlscheiben in das Gemisch von Mahlkörpern und Mahlgut eingetragen wird, kommt es bei dich­terer Kugelfüllung zum Verblocken der Mahlkörper. Dieses Verblocken führt zu hoher Temperaturentwicklung im Mahlgut und großem Kugelverschleiß mit hohem Energieverbrauch.
  • In der DE 12 11 905 wird vorgeschlagen, daß die Außenrand­gestaltung der Rührscheiben eine vom Kreisquerschnitt des Mahltroges abweichende Unrundform beispielsweise Zahnform aufweist, wobei der Außenrand der Rührscheiben eine Ab­schrägung in Richtung zur Achse der Rührwerkswelle aufweisen kann. In der DE 24 57 609 ist eine Rührwerksmühle beschrie­ben, deren Rührwerkswelle von einem konischen, sich nach unten verjüngenden Hohlkörper gebildet ist. In der DE 26 50 441 sind Rührscheiben beschrieben, welche mit einer Anzahl vorzugsweise um die Mittelachse der betreffenden Scheibe herum kreisförmig verteilten länglichen Durchbrüche für die Mitnahme der Mahlkörper versehen sind. Dabei ist an jedem Ende dieser länglichen Durchbrüche eine abgeschräg­te Anlaufkante in Axialrichtung vorgesehen.
  • Die DE 12 07 191 beschreibt als Rührelemente wirkende Ring­scheiben, welche unmittelbar an der Rührwerkswelle außer­mittig und in Achsrichtung gesehen gegeneinander versetzt befestigt sind. Diese Ringexzenter haben jedoch den Nachteil, daß infolge der Zentrifugalkraft im Inneren des Mahlgefäßes ein Hohlraum entstehen kann, der die Effektivität der Feinst­mahlung erheblich reduziert. Aus der DE 12 11 906 sind Ring­scheiben bekannt, die schraubenflächenförmig ausgebildet sind. Bei der Feinstmahlung mit diesen Rührelementen tre­ten die gleichen Probleme auf wie oben geschildert.
  • Daher bestand die Aufgabe, eine Rührwerksmühle zur Feinst­mahlung der eingangs genannten gattungsmäßigen Art zu fin­den, welche in der Lage ist, durch geeignete axiale und radiale Förderung des Mahlguts sowie der Mahlkörper eine Mahlkugelverblockung zu verhindern und trotzdem einen hohen mahlwirksamen Energieeintrag zu ermöglichen. Gleichzeitig soll diese Förderung bei einer in Reihe geschalteten Müh­lenkaskade möglichst ohne zusätzliche Pumpsysteme geschehen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe gelöst mit einer Rührwerksmühle mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen. Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläu­tert und zwar zeigen
    • die Figuren 1a und 1b eine Draufsicht beziehungsweise einen Quer­schnitt einer erfindungsgemäßen Rührscheibe
    • Figur 1c einen Querschnitt einer anderen erfindungsge­mäßen Rührscheibe
    • Figuren 2a und 2b eine Draufsicht beziehungsweise einen Quer­schnitt über die Anordnung der Rührscheiben an der Rührwerkswelle.
  • Erfindungswesentlich ist, daß die Mahlscheibe einseitig oder beidseitig mit einer oder mehreren exzentrisch umlau­fenden angeschrägten Wirkflächen versehen ist, wie aus Fi­gur 1a bis 1c zu ersehen. Die erfindungsgemäße Mahlscheibe (1) ist eine kreisrunde Vollscheibe mit einer exzentrisch angebrachten Bohrung (5) für das Aufstecken auf die Rührwelle (6) (Figur 2a, 2b). Diese Scheibe wird als Drehteil herge­stellt. Die Kantenflächen (2) der Scheibe (1) sind nach einer oder nach beiden Seiten abgeschrägt (Figur 1c). Die Ober- und/oder die Unterseite der Scheibe ist in einer be­vorzugten Ausführung mit umlaufenden vorzugsweise kreis­zentrischen zickzackförmig verlaufenden angeschrägten Prall­flächen (3, 4) nach innen und/oder nach außen versehen (Fig. 1b). Vorzugsweise ist die Mahlscheibe auf mindestens der Hälfte ihrer Außenfläche mit diesen Prallflächen aus­gestattet. Wie aus Figur 1a zu erkennen, treffen infolge der außermittigen Anordnung der Mahlscheiben die Mahlkörper mit unterschiedlichem Winkel auf den Prallflächen auf, wo­durch eine außerordentlich gute axiale und radiale Förderung des Mahlguts erreicht wird. In Figur 1b ist eine besonders bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Mahlscheibe dargestellt, bei der diese Wirkflächen beidseitig, das heißt auf der Ober- und Unterseite der Mahlscheibe, angeordnet sind. Als Material für die Mahlscheibe sind Stahl, Keramik, Niederdruckpolyethylen oder Polyoxymethylen oder andere entsprechende Werkstoffe geeignet. Da wie oben geschildert, die Mahlscheibe ein Drehteil ist, bedingt dies im Gegensatz zu dem vorstehend genannten Stand der Technik eine wesentlich einfachere Herstellung.
  • Aus den Figuren 2a und 2b ist die Anordnung der Mahlschei­ben in Bezug auf die Rührwelle (6) angegeben. Jeweils vier Scheiben (1, 1′, 1˝, 1‴) sind axial gesehen schraubenli­nig jeweils um 90° gegeneinander versetzt, dann folgt wie in Figur 2b angedeutet, die nächste 4er-Serie von Mahlschei­ben. Jede Mahlscheibe bestreicht bei jeder Umdrehung den gesamten Querschnitt des Mahltroges. Diese Wirkung wird nun noch außerordentlich durch die gegeneinander versetzte Anordnung der Mahlscheiben verstärkt. Die Mahlkörper werden zwar in gleicher Richtung bewegt, jedoch mit unterschied­licher Geschwindigkeit, wodurch zusätzliche Reibung zwischen den Mahlkörpern entsteht, die zur Erhöhung der Mahlarbeit beiträgt.
  • Außerdem wurde gefunden, daß eine besonders intensive Durch­mischung beziehungsweise Dispergierung dann erreicht wird, wenn bei einer senkrecht stehenden Rührwerkskugelmühle die untersten Mahlscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung exzentrisch umlaufen und die Prallflächen (2, 3) lediglich an der Oberseite aufweisen, während die obersten exzentrisch umlaufenden Mahlscheiben Prallflächen (2, 4) lediglich an ihrer Unterseite aufweisen. In einem Mittelteil sind kon­ventionell zylindrische Mahlscheiben beispielsweise mit Löchern, die nicht exzentrisch umlaufen, an der Rührwelle angebracht. Auf diese Weise wird eine gewisse Mahlkörperkom­pression in der Mitte erreicht, jedoch ohne Gefahr einer Kugelblockade, welche zu Kugelbruch führt.
  • Als Mahlkörper sind die im übrigen aus dem Stand der Tech­ nik bekannten Mahlkugeln, beispielsweise Stahl-, Glas-, Aluminiumoxid- oder Keramik-Kugeln verwendbar, die Größe der Mahlkugeln ist in weiten Grenzen wählbar, beispiels­weise von 0,2 bis 5 mm. Der senkrechte Abstand der einzelnen Mahlscheiben voneinander kann zwischen 20 und 100 mm bei einem Durchmesser des Mahltroges von 200 - 500 mm betragen.
  • Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Rührwerks­mühle ein Kugelfüllgrad, beispielsweise bei 0,8 mm Keramik-­Kugeln, von bis zu 94 % erreichbar ist, während aus dem Stand der Technik im allgemeinen Kugelfüllgrade bis etwa 80 % bekannt sind.
  • Die vorstehend genannten erfindungsgemäßen Rührwerksmühlen haben sich insbesondere bei der Feinstmahlung von magneti­schen Dispersionen, bestehend aus in einem organischen Lö­sungsmittel gelösten polymeren Bindemittel und darin dis­pergierten magnetischen feinteiligen Pigmenten bei hoher Viskosität des Mahlguts hervorragend bewährt. Es hat sich gezeigt, daß zur Feinstmahlung solcher Dispersionen die Anzahl der in Reihe geschalteten Rührwerksmühlen um etwa 1/3 reduziert werden konnte.
  • In einer bevorzugten Ausführung sind die Rührelemente bei einer senkrecht stehenden Rührwerkskugelmühle so angeordnet, daß die am unteren Wellenende angeordneten Mahlscheiben aus Stahl bestehen, während die mittig und oben angeordneten Mahlscheiben vorzugsweise aus Kunststoff bestehen. Auf diese Weise wird dem Temperaturverlauf im Mahltrog Rechnung ge­tragen, da wie jedem Fachmann bekannt ist, die Temperatur durch den Kugeldruck im Trogunterteil wesentlich höher ist als im Trogoberteil.

Claims (7)

1. Rührwerksmühle zum Feinstmahlen einer aus Feststoffen oder Feststoffgemischen bestehenden Mahlgutdispersion, die aus einem zylindrischen Behälter zur Aufnahme von Mahlgut und Mahlkörpern besteht, in dem eine rotierende Welle vorgesehen ist, an der mehrere als Rührelemente wirkende Mahlscheiben befestigt sind, welche ganz oder teilweise unmittelbar an der Rührwerkswelle außermittig und in Achsrichtung gesehen gegeneinander versetzt be­festigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten­flächen (2) der Mahlscheiben (1, 1′, 1˝, 1‴) nach einer oder nach beiden Seiten abgeschrägt sind.
2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterseiten der Mahlscheiben (1) mit mehreren einseitig oder beidseitig angeordneten um­laufenden zickzackförmigen angeschrägten Prallflächen (3, 4) versehen sind.
3. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Mahlscheiben (1, 1′, 1˝, 1‴) in Axial­richtung jeweils um 90° gegeneinander versetzt an der Rührwelle (6) angeordnet sind.
4. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Mahlscheiben aus Stahl, Keramik, Nie­derdruckpolyethylen oder Polyoxymethylen bestehen.
5. Rührwerksmühle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer senkrecht stehenden Rührwerksmühle die am unteren Wellenende (6) angeordneten Mahlscheiben (1) aus Stahl und die mittig oder am oberen Wellenende (6) angeordneten Mahlscheiben (1) aus Kunststoff bestehen.
6. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß bei einer senkrecht stehenden Rührwerks­mühle die am unteren Wellenende angeordneten Mahlscheiben (1) außermittig angeordnet sind und Prallflächen (2, 3) lediglich an ihrer Oberseite aufweisen, daß die am oberen Wellenende außermittig angeordneten Mahlscheiben (1) Prallflächen (2, 4) an den Unterseiten aufweisen und daß im mittleren Bereich der Rührwelle (6) konventionelle zylindrische Lochscheiben mittig angeordnet sind.
7. Verfahren zur Feinstmahlung einer magnetischen Disper­sion, bestehend aus in einem polymeren Bindemittel fein­verteilten magnetischen Pigmenten und weiteren Zusatz­stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion min­destens eine Rührwerksmühle nach den Ansprüchen 1 bis 6 einmal oder mehrfach durchläuft.
EP90113421A 1989-07-26 1990-07-13 Rührwerkmühle zur Feinstmahlung Expired - Lifetime EP0410229B1 (de)

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