EP1238707A2 - Rührwerksmühle mit torusförmigem Mahlspalt - Google Patents

Rührwerksmühle mit torusförmigem Mahlspalt Download PDF

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EP1238707A2
EP1238707A2 EP02000644A EP02000644A EP1238707A2 EP 1238707 A2 EP1238707 A2 EP 1238707A2 EP 02000644 A EP02000644 A EP 02000644A EP 02000644 A EP02000644 A EP 02000644A EP 1238707 A2 EP1238707 A2 EP 1238707A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
agitator mill
mill according
rotor
grinding gap
Prior art date
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Granted
Application number
EP02000644A
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English (en)
French (fr)
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EP1238707A3 (de
EP1238707B1 (de
Inventor
Jürgen Dr.-Ing. Stein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hosokawa Alpine AG
Original Assignee
Hosokawa Alpine AG
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Publication date
Application filed by Hosokawa Alpine AG filed Critical Hosokawa Alpine AG
Publication of EP1238707A2 publication Critical patent/EP1238707A2/de
Publication of EP1238707A3 publication Critical patent/EP1238707A3/de
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Publication of EP1238707B1 publication Critical patent/EP1238707B1/de
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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
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/22—Lining for containers
    • 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
    • B02C17/161—Arrangements for separating milling media and ground material
    • 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
    • B02C17/166—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge of the annular gap type
    • 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
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/1815—Cooling or heating devices

Definitions

  • the invention relates to an agitator mill for treatment, in particular grinding and Dispersion of flowable regrind.
  • EP 0 111 703 B1 shows a generic agitator mill for the ground material and Grinding balls in a grinding chamber limited in cross section by two conical surfaces a wedge-shaped displacement ring of the rotor are held in circulation.
  • the good outlet and the good inlet are relatively close to the mill axis arranged so that the separated by the separating grinding balls by a Return channel can be added to the incoming regrind. Due to the special geometric shape of the grinding gap formed by the rotor and housing this results in high pressures of grinding balls and in particular the start-up of the mill is difficult because the grinding gap there has a geometry that is very long parallel to gravity, resulting in the above-mentioned high pressures of the grinding balls result.
  • EP 0 665 059 B1 deals with the problem of high pressures of grinding balls in an agitator mill. From this prior art the problem is also known that an even circulation of grinding balls in the mill by the influence of the Gravity is hindered when the bed of grinding balls is in the bottom Areas of the mill can accumulate. Especially in mills with cylindrical This effect is particularly pronounced in the agitator and vertical axis of rotation. This leads to, that the grinding ball bed densifies when the mill stops and the mill to Restarting requires a significantly higher engine output than for the grinding operation. Such Mills therefore require a motor drive with an output that is significantly higher lies than would actually be needed for the grinding. This makes the mill unnecessarily expensive.
  • EP 0 665 is concerned 059 B1 by proposing a grinding chamber geometry that has the shortest possible parallel paths to gravity.
  • an agitator in the form of an annular disk to provide an upper and a lower with the adjacent housing walls Grinding chamber forms a radially inward on the inner areas of the lower grinding chamber Deflection zone connects, in which the ground material with the grinding media from the plane of the upper grinding chamber is deflected and by the connection between the deflection zone and a branch duct for the regrind flow to the separation chamber leads to the upper grinding chamber.
  • the agitator is designed in the form of an annular disk and forms two annular disk-shaped grinding chambers.
  • the grinding balls due to gravity in the Outer circumferential area of the grinding chambers hurled and compacted, causing it to locally excessive pressing of the grinding media can occur.
  • the wear on the outer area of the ring-shaped agitator not only due to the excessive pressings, but also because of the high peripheral speeds very high.
  • EP 0 370 022 shows an agitator mill in which the ground material and grinding balls in a grinding gap with a cup-shaped cross section, with a cup-shaped one as well Rotor engages in this grinding gap.
  • the disadvantage of this embodiment is the unfavorable Geometry of the arrangement, which in particular the deflection of the ground material with the Grinding balls by almost 180 ° on the underside of the grinding container in a very small space requires. This leads to locally increased wear and also to blockages and thus Failure of the agitator mill.
  • a grinding chamber geometry is proposed, which is for very small grinding balls and is suitable for high peripheral speeds of the suspension in the grinding zone.
  • This Objective is achieved by an agitator mill, the grinding gap of which is essentially two toroidal boundary surfaces is formed.
  • the rotor is preferably a body formed with a toroidal outer surface and the housing surrounds the rotor in such a way that a uniformly narrow grinding gap is created.
  • the narrow grinding gap is wide between 5 and 15 mm, preferably a width of 8 to 10 mm.
  • a space forms as a grinding gap, which is delimited by toroidal surfaces.
  • the way The grinding chamber formed is rotationally symmetrical and has circular cross sections.
  • the The suspension of regrind and grinding balls in the grinding gap moves along one Flow path, which with respect to the annular cross section in the outer region of the Grinding gap a downward flow component and in the inner area of the Grinding gap has an upward flow component.
  • the rotates Suspension in any circular cross section in addition to the rotation of the suspension about an axis of rotation parallel to the rotor.
  • the grinding gap geometry according to the invention allows the grinding and dispersion of suspensions with very high viscosities.
  • the agitator mill For use in the paint and coatings industry for the production of high quality
  • the agitator mill must be designed in such a way that paint systems and pigment dispersions frequently changing product batches can be produced in a simple manner. To do this the agitator mill should be designed so that it can be easily cleaned. Therefore preferably smooth-walled surfaces of the rotor and housing are used.
  • the very narrow one Grinding gap favors cleaning by using the smallest amounts of solution or Detergent the agitator mill can be cleaned. Because of the narrow The loss of regrind is also small, since only small amounts remain in the grinding gap Agitator mill remain.
  • the toroidal shape of the grinding gap is for easy emptying of the agitator mill advantageous because there are no dead spaces and the agitator mill solely due to the Gravity can be almost completely emptied. This is at one of the lowest Instead of the grinding gap, an opening is provided which can be closed by a drain screw is. With the elimination of the dead spaces, no deposits can form during the Make the agitator mill stand still.
  • a Separating device such as: a sieve surface holds the grinding balls back in the grinding gap, where on the other hand, the finished ground material is separated and discharged.
  • the Backflow channels in the vicinity of the separating device allow grinding ball circulation underneath Centrifugal influence and thereby prevent blocking of the separating device in particular at high viscosities of the suspensions.
  • the separating device is e.g. a sieve that connects to the rotor is connected and thus rotates.
  • the backflow channels are formed between two spokes, which form the toroidal Connect the rotor to the drive shaft.
  • This connection between rotor and drive shaft preferably takes place in an area that is approximately at an angle of 45 ° in the interior, upper segment of the rotor.
  • This arrangement has the advantage that the Spokes at a standstill with the suspension surface aligned horizontally due to the Do not immerse gravity in the grinding ball bed.
  • Rotational speed of the rotor depends on the grinding ball bed due to the high Centrifugal forces almost with a vertical suspension surface, so that at at the highest speeds of the rotor, the spokes do not enter the grinding ball bed plunge.
  • the grinding ball bed can be freely aligned in any operating state and flows unhindered and without the influence of disruptive components, e.g. the spokes, in Grinding gap.
  • Another advantage is the fact that due to the low contact of spokes and Grinding ball fill, the wear on the spokes is reduced.
  • the agitator mill is to be kept low overall, particularly in the area of the grinding gap free of any internals, e.g. Grinding pins.
  • a wear behavior wear-reducing coating such as a coating Tungsten carbide or other suitable wear protection agents.
  • the rotor and / or the housing can be designed to be coolable.
  • the rotor or the housing with internal cooling in the form of cavities equipped with a coolant such as e.g. Water.
  • Fig. 1 shows a sectional view of an embodiment of the invention Agitator mill, in particular the separating device according to claim 6 and 7, and the Internal cooling of the rotor according to claim 10.
  • Fig. 2 shows a cross section through the embodiment of Fig. 1, in particular the Spokes according to claim 3, the flow pattern according to claim 4, and the Housing cooling according to claim 11.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the sectional view according to FIG. 2, in particular illustrates the backflow of the grinding balls according to claim 5.
  • FIG 4 shows a cross section through a further embodiment, in which in particular the Return flow channels are arranged differently.
  • the variant of an agitator mill according to the invention shown in FIG. 1 consists of a two-part grinding container with an upper housing half 1 and a lower housing half 2, which enclose the rotor 3 with a toroidal outer surface. Between the housing halves 1 , 2 and the rotor 3 , the grinding gap 4 defined by two spaced-apart toroidal surfaces is formed.
  • the rotor 3 is connected to the drive shaft 6 via spokes 5 .
  • the drive shaft 6 is rotatably mounted in a housing flange 7 . The drive takes place via a motor (not shown) coupled to the upper stub shaft of the drive shaft 6 .
  • the rotor 3 is designed to be coolable and therefore has a cavity 15 which can be charged with a coolant.
  • the coolant is supplied to the cavity via a coolant inlet 16 in the hollow drive shaft 6 and via the bores 17 in a number of spokes 5 .
  • a further number of bores 18 in the spokes 5 are provided in order to convey the heated coolant out of the cavity 15 of the rotor 3 again and to lead it away from the agitator mill via the coolant outlet 19 in the hollow drive shaft 6 .
  • the material to be ground or dispersed is introduced into the grinding container from above via a grinding material inlet 8 in the upper housing half 1 and is fed to the grinding gap 4 along the truncated cone-shaped connecting piece 9 between the drive shaft 6 and the rotor 3, which also forms the spokes 5 .
  • a separating chamber 10 in which grinding balls 13 present in the grinding gap 4 are retained with the aid of a co-rotating sieve device 11 which is firmly connected to the rotor 3 .
  • the ground material can pass through the screening device 11 and is conveyed out of the agitator mill via an outlet channel 12 in the drive shaft 6.
  • the retained grinding balls 13 return to the beginning of the grinding gap 4 via return flow channels 14 between the spokes 5 .
  • Fig. 2 the grinding stock and grinding ball circulation is shown in detail.
  • Grist and grinding beads are accelerated radially outwards by the pumping action of the spokes 5 at the beginning of the grinding gap, flow through the circular cross section following the grinding gap and arrive at the separating device at the end of the grinding gap coming from below.
  • the actual flow path results from the superimposition of the flow component mentioned with a flow component due to the rotational flow perpendicular to the image plane, which is forced on by the rotor.
  • An expansion of the grinding gap 4 in the area of the screening device 11 forms a separating chamber 10 in which the grinding balls 13 are retained. From there, the grinding balls 13 return via return flow channels in the area E between the spokes 5 into the upper area A of the grinding gap 4 .
  • the housing halves 1, 2 are coolable.
  • the coolant is supplied via a first coolant inlet 20 in the upper housing half 1 , flows through the upper housing half 1 in a first outer ring channel 22a to the opposite end 22b and enters a first inner ring channel 24b there via a first housing passage 23 .
  • the coolant once again flows through the upper housing half 1 in the first inner annular channel 24 up to the opposite end 24a and exits from the upper housing half 1 there via the first coolant outlet 25 .
  • the coolant flow takes place in the lower housing half 2 in an equivalent manner to the upper housing half 1.
  • the coolant is supplied there via a second coolant inlet 30 in the lower housing half 2 , flows through the lower housing half 2 in a second inner annular channel 34a to the opposite end 34b and there it enters a second outer ring channel 32b via a second housing passage 33 .
  • the coolant again flows through the lower housing half 2, however, in the second outer ring channel 32 up to the opposite end 32a and exits from the lower housing half 2 there via the second coolant outlet 35 .
  • This figure also shows a drain screw 40 with an opening at the lowest point of the grinding chamber for the complete emptying of a grinding material suspension located in the grinding gap 4 .
  • the divisible housing with the upper housing half 1 and the lower housing half 2 is tightly closed by clamping screws 41 .
  • An elastic sealing ring 42 is provided between the housing halves 1 and 2 for sealing.
  • FIG. 4 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 , but has slight structural differences compared to this.
  • the reference numbers therefore also correspond to those of the previously described embodiment.
  • the arrangement of the return flow channels 14 is chosen differently. While these return flow channels 14 connect the end of the grinding chamber 4 immediately after the transition of the grinding chamber 4 into the separation chamber 10 with the beginning of the grinding chamber 4 in the embodiment described above, these return flow channels lie in the embodiment according to FIG. 4 in the same plane as the screening device 11 . the ground material with the grinding balls 13 therefore first encounters after entry into the deposition chamber 10 due to the flow dynamics on the screen device 11, wherein the finely ground material to be ground, these screening passage 11 and enters the discharge passage 12 and the balls 13 rejected by the screening device 11 to the outside and the return flow channels 14 are supplied.
  • the return flow channels 14 are therefore - based on the direction of flow of the ground material and the grinding balls 13 - arranged downstream of the screening device 11 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle zur Behandlung, insbesondere Mahlung und Dispergierung von fließfähigem Mahlgut. Es wird eine Mahlraum- und Rührwerksgestaltung vorgeschlagen, bei der hohe Verpressungen von Mahlkugeln weitgehend vermieden werden und dadurch der Verschleiß verringert ist. Dies wird durch einen Mahlspalt (4) erreicht, der durch zwei beabstandete, im wesentlichen torusförmige Begrenzungsflächen von Rotor (3) und Gehäuse (1,2) gebildet wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Mahlraumgeometrie können sich die Suspension und die Mahlkörper in einem kreisringförmigen Querschnitt bei jeder Drehzahl des Rührwerkes frei ausrichten, wodurch es zu einer sehr gleichmäßigen Verpressung der Mahlkugeln kommt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle zur Behandlung, insbesondere Mahlung und Dispergierung von fließfähigem Mahlgut.
Es zeigt die EP 0 111 703 B1 eine gattungsgemäße Rührwerksmühle bei der Mahlgut und Mahlkugeln in einem im Querschnitt durch zwei Kegelflächen begrenzten Mahlraum um einen im Querschnitt keilförmigen Verdrängungsring des Rotors in Umlauf gehalten werden. Dabei ist der Gutauslaß und der Guteinlaß verhältnismäßig dicht an der Mühlenachse angeordnet, so daß die durch die Trennvorrichtung ausgesonderten Mahlkugeln durch einen Rückführkanal dem einlaufenden Mahlgut wieder zugegeben werden können. Aufgrund der besonderen geometrischen Gestalt des durch Rotor und Gehäuse gebildeten Mahlspaltes ergeben sich hohe Verpressungen von Mahlkugeln und insbesondere das Anfahren der Mühle ist erschwert, da der dortige Mahlspalt eine Geometrie aufweist, die sehr lange Wege parallel zur Schwerkraft aufweist, woraus die genannten hohen Verpressungen der Mahlkugeln resultieren.
Die EP 0 665 059 B1 befaßt sich mit dem Problem der hohen Verpressungen von Mahlkugeln in einer Rührwerksmühle. Aus diesem Stand der Technik ist auch das Problem bekannt, daß eine gleichmäßige Zirkulation von Mahlkugeln in der Mühle durch den Einfluß der Schwerkraft behindert wird, wenn sich die Schüttung der Mahlkugeln in untenliegenden Bereichen der Mühle ansammeln können. Insbesondere bei Mühlen mit zylindrischem Rührwerk und vertikaler Drehachse ist dieser Effekt besonders ausgeprägt. Dies führt dazu, daß sich die Mahlkugelschüttung bei Mühlenstillstand stark verdichtet und die Mühle zum Wiederanfahren eine erheblich höhere Motorleistung benötigt als für den Mahlberieb. Solche Mühlen benötigen deshalb einen motorischen Antrieb mit einer Leistung, die deutlich höher liegt als eigentlich für die Mahlung benötigt würde. Dies verteuert die Mühle unnötig. Aufgrund der aus diesem Stand der Technik bekannten Nachteile, befaßt sich die EP 0 665 059 B1 damit, eine Mahlraumgeometrie vorzuschlagen, welche möglichst kurze Wege parallel zur Schwerkraft aufweist. Dort wird vorgeschlagen ein ringscheibenförmiges Rührwerk vorzusehen, das mit den benachbarten Gehäusewänden einen oberen und einen unteren Mahlraum bildet, an den Innenbereichen des unteren Mahlraums radial nach innen sich eine Umlenkzone anschließt, in welcher das Mahlgut mit den Mahlkörpern von der Ebene des oberen Mahlraums umgelenkt wird und von der Verbindung zwischen der Umlenkzone und dem oberen Mahlraum ein Abzweigkanal für den Mahlgutstrom zum Trennraum führt.
Bei einer Rührwerksmühle nach der EP 0 665 059 B1 ist es von Nachteil, daß das Rührwerk ringscheibenförmig ausgebildet ist und zwei ringscheibenförmige Mahlräume bildet. Bei hohen Drehzahlen des Rührwerkes werden die Mahlkugeln aufgrund der Schwerkraft in den äußeren Umfangsbereich der Mahlräume geschleudert und verdichten sich, wodurch es zu lokal überhöhten Verpressungen der Mahlkörper kommen kann. Zusätzlich ist der Verschleiß am äußeren Bereich des ringscheibenförmigen Rührwerkes nicht nur allein aufgrund der überhöhten Verpressungen, sondern auch aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten sehr hoch.
Schließlich zeigt die EP 0 370 022 eine Rührwerksmühle, bei der Mahlgut und Mahlkugeln in einem im Querschnitt topfförmigen Mahlspalt umlaufen, wobei ein ebenfalls topfförmiger Rotor in diesem Mahlspalt eingreift. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist die ungünstige Geometrie der Anordnung, welche insbesondere die Umlenkung des Mahlgutes mit den Mahlkugeln um nahezu 180° Grad an der Unterseite des Mahlbehälters auf engstem Raum erfordert. Dies führt zu lokal erhöhtem Verschleiß und auch zu Verstopfungen und damit zu Betriebsausfällen der Rührwerksmühle.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Mahlraum- und Rührwerksgestaltung vorzuschlagen, bei der lokal erhöhte Verpressungen von Mahlkugeln weitgehend vermieden werden und dadurch der Verschleiß verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Insbesondere durch Bildung eines torusförmigen Mahlspaltes mit im wesentlichen kreisringförmigem Querschnitt ergibt sich ein sehr gleichmäßiges Verschleißbild aufgrund der annähernd gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeiten der Suspension und der Mahlkugeln im Mahlspalt. Aufgrund der Mahlraumgeometrie können sich die Suspension und die Mahlkörper im kreisringförmigen Querschnitt bei jeder Drehzahl des Rührwerkes frei ausrichten, wodurch es zu einer sehr gleichmäßigen Verpressung der Mahlkugeln kommt.
Bei einer Rührwerksmühle nach der EP 0 111 703 B1 ist es aufgrund der geometrischen Gestalt des Rotors von Nachteil, daß eine einigermaßen gleichmäßige Verteilung von Mahlgut und Mahlkugeln nur dann geschaffen werden kann, wenn ein gesondertes Förderorgan vorhanden ist, das mit einer vom Rotorantrieb abweichenden Geschwindigkeit betrieben werden kann, um die Rückführgeschwindigkeit der Mahlkugeln in Bezug auf die Umlaufgeschwindigkeit des Mahlgutes positiv verändern zu können und dadurch die Durchlaufgeschwindigkeiten des Mahlgutes und der Mahlkugeln in einem bestimmten Verhältnis zueinander einstellen zu können. Ein zusätzliches Förderorgan verursacht jedoch hohe Kosten, birgt ein erhöhtes Risiko eines Maschinenausfalls und ist in kleinen und sehr kompakt bauenden Mühlen aufgrund der räumlichen Größe nur mit erheblichem Aufwand einsetzbar.
Immer mehr Produkte werden mit sehr hochwertigen Oberflächen ausgestattet und das bedeutet stetig ansteigende Anforderungen an die Hersteller von Farben und Lacken. Um eine hohe Dispergierwirkung zu erzielen, wie sie für die Aufbereitung von z.B. Farben und Lacken erforderlich ist, wird eine Mahlraumgeometrie vorgeschlagen, die für sehr kleine Mahlkugeln und für hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Suspension in der Mahlzone geeignet ist. Dieses Ziel wird durch eine Rührwerksmühle erreicht, deren Mahlspalt durch zwei im wesentlichen torusförmige Begrenzungsflächen gebildet wird. Der Rotor ist dabei vorzugsweise als Körper mit einer torusförmigen Außenfläche ausgebildet und das Gehäuse umgibt den Rotor derart, daß ein gleichmäßig schmaler Mahlspalt entsteht. Der schmale Mahlspalt weist eine Breite zwischen 5 und 15 mm auf, vorzugsweise eine Breite von 8 bis 10 mm.
Als Mahlspalt bildet sich ein Raum aus, der von torusförmigen Flächen begrenzt wird. Der so gebildete Mahlraum ist rotationssymetrisch und weist kreisringförmige Querschnitte auf. Die im Mahlspalt befindliche Suspension von Mahlgut und Mahlkugeln bewegt sich entlang eines Strömungsweges, der bezüglich des kreisringförmigen Querschnitts im äußeren Bereich des Mahlspaltes eine nach unten gerichtete Strömungskomponente und im inneren Bereich des Mahlspaltes eine nach oben gerichtete Strömungskomponente aufweist. Somit rotiert die Suspension in jedem kreisringförmigen Querschnitt zusätzlich zu der Rotation der Suspension um eine zum Rotor parallelen Rotationsachse. Die erfndungsgemäße Mahlspaltgeometrie erlaubt die Mahlung und Dispergierung von Suspensionen mit sehr hohen Viskositäten.
Für die Anwendung in der Farben- und Lackindustrie zur Herstellung von hochwertigen Lacksystemen und Pigmentdispersionen muß die Rührwerksmühle derart ausgelegt sein, daß häufig wechselnde Produktchargen in einfacher Weise hergestellt werden können. Dazu muß die Rührwerksmühle so gestaltet sein, daß sie leicht gereinigt werden kann. Daher werden bevorzugt glattwandige Oberflächen von Rotor und Gehäuse eingesetzt. Der sehr schmale Mahlspalt begünstigt die Reinigung, indem unter Einsatz von geringsten Mengen an Lösungsoder Reinigungsmitteln die Rührwerksmühle gesäubert werden kann. Aufgrund des schmalen Mahlspaltes ist auch der Verlust an Mahlgut gering, da nur geringe Restmengen in der Rührwerksmühle zurückbleiben.
Für eine leichte Entleerung der Rührwerksmühle ist die torusförmige Gestalt des Mahlspaltes vorteilhaft, da keine Toträume vorhanden sind und die Rührwerksmühle allein aufgrund der Schwerkraft nahezu vollständig entleert werden kann. Dazu ist an einer am tiefsten gelegenen Stelle des Mahlspaltes eine Öffnung vorgesehen, die durch eine Ablaßschraube verschließbar ist. Mit dem Wegfall der Toträume können sich auch keine Ablagerungen während des Stillstandes der Rührwerksmühle bilden.
Um die Mahlkugeln in dem Mahlspalt mit kreisförmigem Querschnitt zirkulieren zu lassen, sind Rückströmkanäle vorgesehen, die im fließfähigen Mahlgut dispergierte Mahlkugeln vom Ende des Strömungsweges zum Anfang des Strömungsweges hin zurückströmen lassen. Eine Trenneinrichtung, wie z.B: eine Siebfläche hält die Mahlkugeln zurück im Mahlspalt, wo hingegen das fertig gemahlene Mahlgut abgetrennt und ausgetragen wird. Die Rückströmkanäle in Nähe der Trenneinrichtung erlauben die Mahlkugelzirkulation unter Fliehkrafteinfluß und verhindern dadurch ein Blockieren der Trenneinrichtung insbesondere bei hohen Viskositäten der Suspensionen. Um ein Blockieren der Trenneinrichtung zu verhindern, kann die Trenneinrichtung zusätzlich in Richtung der Rotationsachse des Rotors drehbar sein, im einfachsten Falle ist die Trenneinrichtung z.B: ein Sieb, das mit dem Rotor verbunden ist und somit mitrotiert.
Die Rückströmkanäle bilden sich zwischen jeweils zwei Speichen aus, die den torusförmigen Rotor mit der Antriebswelle verbinden. Diese Verbindung von Rotor und Antriebswelle erfolgt vorzugsweise in einem Bereich, der sich etwa in einem Winkel von 45° im inneren, oberen Segment des Rotors befindet. Durch diese Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß die Speichen im Stillstand bei waagerechter Ausrichtung der Suspensionsoberfläche aufgrund der Schwerkraft nicht in die Mahlkugelschüttung eintauchen. Bei sehr hoher Drehgeschwindigkeit des Rotors richtet sich die Mahlkugelschüttung aufgrund der hohen Fliehkräfte nahezu mit einer senkrechten Suspensionsoberfläche aus, so daß auch bei höchsten Drehzahlen des Rotors die Speichen wiederum nicht in die Mahlkugelschüttung eintauchen. So kann sich die Mahlkugelschüttung in jedem Betriebszustand frei ausrichten und strömt ungehindert und ohne Einfluß von störenden Bauteilen, wie z.B. die Speichen, im Mahlspalt.
Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, daß aufgrund des geringen Kontaktes von Speichen und Mahlkugelschüttung, der Verschleiß an den Speichen reduziert ist. Um den Verschleiß insgesamt gering zu halten ist die Rührwerksmühle, insbesondere im Bereich des Mahlspaltes frei von jeglichen Einbauten, wie z.B. Mahlstiften. Zur weiteren Verbesserung des Verschleißverhaltens können die Oberflächen von Rotor und Gehäuse mit einer verschleißmindernden Beschichtung versehen sein, wie z.B. einer Beschichtung aus Wolframkarbid oder anderen geeigneten Verschleißschutzmitteln.
Aufgrund des erfindungsgemäßen torusförmigen Mahlspaltes und der dadurch erzielbaren freien Ausrichtung der Mahlkugelschüttung ist der Unterschied in der Mahlkugelkompression über die Gesamtoberfläche der produktberührten Flächen sehr gering und daher das Verschleißbild sehr gleichmäßig. Daraus resultiert eine verlängerte Lebensdauer des Rotors und des Gehäuses.
Zur Erzielung eines hohen Energieeintrages für eine optimierte Zerkleinerung und/oder Dispergierung kann der Rotor und/oder das Gehäuse kühlbar ausgebildet sein. Vorzugsweise ist dann der Rotor bzw. das Gehäuse mit einer Innenkühlung in Form von Hohlräumen ausgestattet, zum Durchfluten mit einem Kühlmittel wie z.B. Wasser.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle, insbesondere die Trenneinrichtung gemäß Anspruch 6 und 7, sowie die Innenkühlung des Rotors gemäß Anspruch 10.
Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 1, insbesondere die Speichen gemäß Anspruch 3, den Strömungsverlauf nach Anspruch 4, sowie die Gehäusekühlung gemäß Anspruch 11.
Fig.3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Schnittdarstellung nach Fig.2, insbesondere ist die Rückströmung der Mahlkugeln gemäß Anspruch 5 illustriert.
Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei der insbesondere die Rückströmkanäle anders angeordnet sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Variante einer erfindungsgemäßen Rührwerksmühle besteht aus einem zweigeteilten Mahlbehälter mit einer oberen Gehäusehälfte 1 und einer unteren Gehäusehälfte 2, die den Rotor 3 mit torusförmiger Außenfläche umschließen. Zwischen den Gehäusehälften 1,2 und dem Rotor 3 wird der durch zwei beabstandete torusförmige Flächen begrenzte Mahlspalt 4 gebildet. Der Rotor 3 ist über Speichen 5 mit der Antriebswelle 6 verbunden. Die Antriebswelle 6 ist in einem Gehäuseflansch 7 drehbar gelagert. Der Antrieb erfolgt über einen am oberen Wellenstumpf der Antriebswelle 6 angekoppelten, nicht dargestellten Motor.
Der Rotor 3 ist kühlbar ausgebildet und weist deshalb einen Hohlraum 15 auf, der mit einem Kühlmittel beschickt werden kann. Das Kühlmittel wird über einen Kühlmittelzulauf 16 in der hohlen Antriebswelle 6 und über die Bohrungen 17 in einer Anzahl der Speichen 5 dem Hohlraum zugeführt. Eine weitere Anzahl von Bohrungen 18 in den Speichen 5 sind vorgesehen, um das erhitzte Kühlmittel wieder aus dem Hohlraum 15 des Rotors 3 herauszufördern und über den Kühlmittelablauf 19 in der hohle Antriebswelle 6 wieder aus der Rührwerksmühle wegzuführen.
Das zu mahlende oder zu dispergierende Gut wird über einen Mahlguteinlaß 8 in der oberen Gehäusehälfte 1 von oben in den Mahlbehälter eingebracht und entlang dem kegelstumpfförmigen Verbindungsstück 9 zwischen Antriebswelle 6 und Rotor 3, das auch die Speichen 5 bildet, dem Mahlspalt 4 zugeführt. Im Zentrum des torusförmigen Rotors 3 befindet sich eine Abscheidekammer 10 in der mit Hilfe einer mit dem Rotor 3 fest verbundenen, mitrotierenden Siebeinrichtung 11 im Mahlspalt 4 vorhandene Mahlkugeln 13 zurückgehalten werden. Das Mahlgut kann die Siebeinrichtung 11 passieren und wird über einen Ablaufkanal 12 in der Antriebswelle 6 aus der Rührwerksmühle herausgefördert. Die zurückgehaltenen Mahlkugeln 13 gelangen über Rückströmkanäle 14 zwischen den Speichen 5 wieder zum Anfang des Mahlspaltes 4 zurück.
In Fig.2 ist der Mahlgut- und Mahlkugelumlauf im Detail dargestellt. Mahlgut und Mahlperlen werden durch die Pumpwirkung der Speichen 5 am Beginn des Mahlspaltes radial nach außen beschleunigt, durchströmen den kreisringförmigen Querschnitt folgend dem Mahlspalt und gelangen am Ende des Mahlspaltes von unten kommend an die Trenneinrichtung. Der tatsächliche Strömungsweg ergibt sich aus der Überlagerung der genannten Strömungskomponente mit einer Strömungskomponente aufgrund der Rotationsströmung senkrecht zur Bildebene, die durch den Rotor aufgezwungen wird.
Eine Erweiterung des Mahlspaltes 4 im Bereich der Siebeinrichtung 11 bildet eine Abscheidekammer 10 in der die Mahlkugeln 13 zurückgehalten werden. Von dort aus gelangen die Mahlkugeln 13 über Rückströmkanäle im Bereich E zwischen den Speichen 5 in den oberen Bereich A des Mahlspaltes 4 zurück.
Die Gehäusehälften 1,2 sind kühlbar ausgebildet. Das Kühlmittel wird über einen ersten Kühlmitteleinlaß 20 in der oberen Gehäusehälfte 1 zugeführt, durchströmt die obere Gehäusehälfte 1 in einem ersten äußeren Ringkanal 22a bis an das gegenüberliegende Ende 22b und tritt dort über einen ersten Gehäusedurchlaß 23 in einen ersten inneren Ringkanal 24b ein. Das Kühlmittel durchströmt abermals die obere Gehäusehälfte 1 jetzt jedoch in dem ersten inneren Ringkanal 24 bis an das gegenüberliegende Ende 24a und tritt dort über den ersten Kühlmittelauslaß 25 aus der oberen Gehäusehälfte 1 aus.
Der Kühlmittelstrom erfolgt in der unteren Gehäusehälfte 2 in äquivalenter Weise zu der oberen Gehäusehälfte 1. Das Kühlmittel wird dort über einen zweiten Kühlmitteleinlaß 30 in der unteren Gehäusehälfte 2 zugeführt, durchströmt die untere Gehäusehälfte 2 in einem zweiten inneren Ringkanal 34a bis an das gegenüberliegende Ende 34b und tritt dort über einen zweiten Gehäusedurchlaß 33 in einen zweiten äußeren Ringkanal 32b ein. Das Kühlmittel durchströmt abermals die untere Gehäusehälfte 2 jetzt jedoch in dem zweiten äußeren Ringkanal 32 bis an das gegenüberliegende Ende 32a und tritt dort über den zweiten Kühlmittelauslaß 35 aus der unteren Gehäusehälfte 2 aus.
In Fig. 3 ist nochmals die Rückströmung der Mahlkugeln 13 illustriert. Diese Figur zeigt auch einen Ablaßschraube 40 mit einer Öffnung am untersten Punkt des Mahlraumes zur restlosen Entleerung einer im Mahlspalt 4 befindlichen Mahlgutsuspension.
Das teilbare Gehäuse mit der oberen Gehäusehälfte 1 und der unteren Gehäusehälfte 2 ist durch Spannschrauben 41 dicht verschlossen. Zur Abdichtung ist zwischen den Gehäusehälften 1 und 2 ein elastischer Dichtring 42 vorgesehen.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform, weist jedoch diesen gegenüber geringfügige bauliche Unterschiede auf. Die Bezugszahlen entsprechen deshalb auch denen der vorab beschriebenen Ausführungsform.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist jedoch die Anordnung der Rückströmkanäle 14 anders gewählt. Während diese Rückströmkanäle 14 bei der vorabbeschriebenen Ausführungsform das Ende des Mahlraums 4 unmittelbar nach dem Übergang des Mahlraums 4 in die Abscheidekammer 10 mit dem Beginn des Mahlraums 4 verbinden, liegen diese Rückströmkanäle bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 in der gleichen Ebene wie die Siebeinrichtung 11. Das Mahlgut mit den Mahlkugeln 13 trifft also nach Eintritt in die Abscheidekammer 10 aufgrund der Strömungsdynamik zunächst auf die Siebeinrichtung 11, wobei das feingemahlene Mahlgut diese Siebeinrichtung 11 durchtritt und in den Ablaufkanal 12 gelangt und die Mahlkugeln 13 von der Siebeinrichtung 11 nach außen abgewiesen und den Rückströmkanälen 14 zugeführt werden. Dieser Effekt wird auch durch die Rotation der Siebeinrichtung 11 unterstützt, welche die Mahlkugeln 13 bei Berührung mit einer Zentrifugalkraft beaufschlagt. Bei dieser Ausführungsform sind die Rückströmkanäle 14 daher - bezogen auf die Strömungsrichtung des Mahlgutes und der Mahlkugeln 13 - der Siebeinrichtung 11 nachgeordnet.

Claims (17)

  1. Rührwerksmühle mit einem Gehäuse (1, 2) einen Mahlraum bildet und einem in den Mahlraum hineinragenden Rotor (3) zur Behandlung von fließfähigem Mahlgut in einem durch die Innenwand des Gehäuses (1, 2) und der Außenwand des Rotors (3) begrenzten Mahlspalt (4) dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlspalt (4) durch zwei beabstandete, im wesentlichen torusförmige Begrenzungsflächen von Rotor (3) und Gehäuse (1, 2) gebildet wird.
  2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das fließfähige Mahlgut einem Strömungsweg entlang bewegt, der im äußeren Bereich des Mahlspaltes (4) eine nach unten gerichtete Strömungskomponente (B) und im inneren Bereich des Mahlspaltes (4) eine nach oben gerichtete Strömungskomponente (D) aufweist.
  3. Rührwerksmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) als Körper mit im wesentlichen torusförmiger Außenfläche ausgebildet ist.
  4. Rührwerksmühle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) ein Verbindungsmittel (9) aufweist, das den torusförmigen Rotor (3) im Bereich der inneren oberen Außenfläche des Torus mit einer zentralen Antriebswelle (6) verbindet.
  5. Rührwerksmühle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (9) ein kegelstumpfförmiger Hohlkörper ist, der Bohrungen aufweist, zur Bildung von Rückströmkanälen (14) zum Zurückfördern von im fließfähigen Mahlgut dispergierten Mahlkugeln (13) vom Ende des Stömungsweges im inneren Bereich des Mahlspaltes (4) zum Anfang des Stömungsweges im äußeren Bereich des Mahlspaltes (4) hin.
  6. Rührwerksmühle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (9) eine Anzahl von Speichen (5) sind, wobei jeweils zwei benachbarte Speichen (5) einen Rückströmkanal (14) begrenzen, zum Zurückfordern von im fließfähigen Mahlgut dispergierten Mahlkugeln (13) vom Ende des Stömungsweges im inneren Bereich des Mahlspaltes (4) zum Anfang des Stömungsweges im äußeren Bereich des Mahlspaltes (4) hin.
  7. Rührwerksmühle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trenneinrichtung (11) am Ende des Strömungsweges vorgesehen ist, zur Zurückhaltung der Mahlkugeln (13) und zum Abtrennen und Austragen des fließfähigen Mahlgutes aus dem Mahlraum.
  8. Rührwerksmühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (11) in Richtung der Rotationsachse des Rotors (3) drehbar ist.
  9. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Mahlgut eine Dispersion von festem Mahlgut und einer Dispersionsflüssigkeit ist.
  10. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung eine Mahlung und/oder Dispergierung ist.
  11. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) eine Innenkühlung aufweist.
  12. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 2) eine Innenkühlung aufweist.
  13. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mahlspalt bildenden Oberflächen von Rotor (3) und Gehäuse (1, 2)mit einer verschleißmindernden Beschichtung versehen sind.
  14. Rührwerksmühle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus Wolframkarbid besteht.
  15. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mahlspalt (4) bildenden Oberflächen von Rotor (3) und Gehäuse (1, 2) glattwandig ausgebildet sind.
  16. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlspalt (4) zwischen 5 und 15 mm breit ist.
  17. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückströmkanäle (14) etwa in der gleichen Ebene liegen wie die Trenneinrichtung (11) wodurch das Mahlgut mit den Mahlkugeln (13) zunächst auf die Trenneinrichtung (11) trifft und die Mahlkugeln (13) anschließend den Rückströmkanälen (14) zugeführt werden.
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