EP2905081B1

EP2905081B1 - Tauchmühle mit mahlraumabdichtung

Info

Publication number: EP2905081B1
Application number: EP15151982.4A
Authority: EP
Inventors: Frank Niemann
Original assignee: Wilhelm Niemann & Co KG GmbH
Current assignee: Wilhelm Niemann & Co KG GmbH
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: DE102014118909A1; DE102014118909B4; EP2905081A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Tauchmühle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mischvorrichtungen oder auch Dissolver weisen einen Antrieb auf, der eine senkrecht in das Mischgut tauchende Dispergierwelle antreibt, an der ein Mischwerkzeug angeordnet ist, das vorzugsweise als kreisrunde Scheibe ausgebildet ist an deren Außendurchmesser Zähne angeordnet sind. Durch diese Scheibe entsteht ein laminarer Sog, der zum Umwälzen des Gutes führt. Unter Dispergieren versteht man im vorliegenden Falle das allseitige Benetzen von Primärteilchen pulveriger Stoffe wie z.B. Farbpigmente, Füllstoffe und dergleichen, die in der Regel beim Einschütten in die Flüssigkeit Agglomerate bilden.
Zur Erreichung einer gleichmäßigen Primärteilchenbenetzung ist die Übertragung einer hohen Leistung auf das Mischgut erforderlich. Aus diesem Grund sollte eine hohe Feststoffkonzentration gewählt werden, um beim Dispergicrprozess ein Verspritzen zu vermeiden. Erst nach Erreichen einer homogenen Benetzung darf auf die Gebrauchskonsistenz verdünnt werden. Hierdurch wird verständlicherweise das Benetzen der pulverigen Stoffe, die oftmals verschiedener Art und Dichte sind, problematisch und zeitaufwendig.
Dispergieren, in der vorher beschriebenen Form unterscheidet sich stark von einem vielfach in der Chemie vorkommenden einfachen Rührvorgang, bei dem oftmals nur Flüssigkeiten untereinander oder Flüssigkeiten mit geringem Anteil von pulverigen Stoffen vermischt oder hergestellt werden.
Vorrichtung aus diesem Bereich sind aus den DE 7138140 U , DE 10113451 A1 , DE 2208443 A , DE 36 16 203 A1 , DE 34 38 766 A1 , DE 26 44 326 A1 , DE 1 941 831 C , DE 18 14 506 A , US 44 51 155 A , DE 82 34 623 U1 , US 36 30 636 A , US 30 30 083 A , US 48 13 787 A , DD 42 040 A5 US 24 64 588 A , JP H03 72932 A , KR 101 313 725 B1 bekannt.
Diese Dissolver wurden in der letzten Zeit um eine sogenannte Tauchmühle (Korbmühle, Basket-Mill) erweitert. Diese Mühle ist auf der Welle oftmals zusätzlich zur Dispergierscheibe (Pumpscheibe) angeordnet, weist eine Mahlkammer bzw. Mahlraum auf, in der Mahlkörper (Perlen) angeordnet sind, die durch eine Rührscheibe in Bewegung gesetzt werden. Dabei wird das zu mahlende Mischgut in der Regel von oben durch den Mahlraum gesaugt, die durch die Rührscheibe bewegten Perlen mahlen dabei das Mischgut. Ein Trennsieb, das vorzugsweise im Bodenbereich des Mahlraums angeordnet ist, trennt die Perlen vom Mahlgut, so dass diese sich nicht in den Behälter ergießen (Siehe Fig. 1).
Die Dispergierscheibe (Pumpscheibe), die vorzugsweise unterhalb des Mahlkorbs angeordnet ist, saugt hierbei das Mischgut durch die Tauchmühle.
Aufgrund des Umstandes, dass der Mahlraum durch ein nicht rotierendes Gehäuse definiert wird, in dessen Mitte eine rotierende Welle angeordnet ist, deren Erstreckungen die Perlen in dem Mahlraum in Bewegung setzen, bedarf es einer Dichtung zwischen Mahlraumgehäuse und Welle. Bei diesen Dichtungen handelt es sich nicht um Dichtungen im klassischen Sinn, sondern sie dienen dazu die Mahlkörper (Perlen mit 0,7 - 1,7 mm Durchmesser je nach Sortierung) in dem sogenannten Mahlraum zurückzuhalten. Man spricht auch von Mahlkörperseparation.
Standardmäßige Abdichtungen bestehen aus 2 parallel zu einander stehenden Hartmetallringen (natürlich samt Halter) von denen das obere Teil mit der Rührwelle rotiert und das untere Teil fest steht (Siehe Fig 1).
Der Vorteil hieran ist, dass Hartmetall sehr verschleißfest und daher sehr gut beständig gegen abrasive Einflüsse, verursacht durch die umlaufenden Mahlperlen, ist.
Nachteilig ist jedoch, dass eine Gefahr der Mahlkörperzerstörung durch unsachgemäß eingestelltes Spaltmaß besteht. Die so zerstörten Mahlkörper (Perlen) verunreinigen dann das Mahlgut, sind teuer im Ersatz und tragen zu großem Verschleiß am Dichtungssystem bei. Ferner sind diese Abdichtungen generell teuer in der Herstellung, und sehr empfindlich gegen Stöße, verursacht durch eine vibrierende Rührwelle.
Aus den DE2312109 A , DE1915158 A , DE4307083 A , CH525028 A , DE3614721 A , DE2908154 A , DE2044895 A , JP4322751 A , DE2618728 A , DE19913243 A , DE2650439 A sind eine Reihe von Dichtungen im Bereich von Rührmaschinen und Rührwellen bekannt. Keine dieser Druckschriften offenbart jedoch einen alternativen Dichtungseinsatz im Bereich von Tauchmühlen.
Aus der DE 20 2004 013 056 U1 ist eine Tauchmühle bekannt, bei der keinerlei Dichtung zwischen Welle und Mahlkorb ausgebildet ist. Vielmehr wird das Spaltmaß so klein gewählt, dass eine Dichtung nicht notwendig ist. Dies ist nur durch eine zusätzliche, eigene Lagerung der Rührscheibe im Mahlkorb möglich.
Aus der DE 7023251 U ist eine Dichtung aus Kunststoff bekannt, die zwischen einem Behälter und einer Welle angeordnet ist.
Eine wichtige Anmeldung in diesem Bereich ist die DE 10 2009 013214 . Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Tauchmühle eine Dichtung bereitzustellen, die einfacher in der Unterhaltung und sicherer in der Montage ist. Ferner sollen Schläge der Welle aufgefangen werden, die oftmals zum Öffnen der Dichtungen führen, wodurch sich Mahlkörper in der Dichtung verklemmen und zu Schäden an der Gegenlauffläche führen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Tauchmühle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Im Einzelnen handelt es sich um eine Tauchmühle, die durch eine rotierende Rührwelle angetrieben wird. Diese Tauchmühle wird in einen Behälter geführt und befindet sich somit im Mischgut. Die Tauchmühle umfasst eine Mahlraumabdichtung zwischen der Rührwelle und einem Mahlraum, der durch ein Mahlraumgehäuse gebildet wird.
Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, strömt das Mahlgut von oben in die Mühle, wobei es von der Sogscheibe unterhalber der Mühle angesaugt wird. Die Mahlkörper befinden sich im Mahlraum innerhalb des Mahlraumgehäuses. Damit die Mahlkörper nicht aus der Mühle austreten, werden sie durch ein Spaltsieb bzw. durch einen Mahlkörperseparator zurückgehalten.
Innerhalb des Mahlraums drehen ebenfalls eine oder mehrere Scheiben, die das Mahlgut mit den Mahlkörpern umwälzt. Der Mahl- und Dispergierprozess findet zwischen den Mahlkörpern und den Mahlraumbegrenzungen statt.
Das Spaltsieb bildet in Durchflussrichtung nach unten den Abschluss des Mahlraumgehäuses. Es bildet somit die untere Wand bzw. den Boden des Mahlraumgehäuses. Ferner ist im unteren Bodenbereich des Mahlraumgehäuses ein Dichtring vorgesehen, die das Mahlraumgehäuse gegenüber der Rührwelle abdichtet.
Eine Trägerplatte ist beabstandet um die Rührwelle angeordnet und nimmt den Dichtring auf, wobei die Trägerplatte mit dem Dichtring schwimmend in Bezug zum Malraumgehäuse gelagert ist, ohne sich dabei mit der Rührwelle mitzudrehen. Die Trägerplatte ist vorzugsweise als Ring ausgebildet, in dessen Inneren sich der Dichtring befindet. Die Unterseite der Trägerplatte liegt auf einer Gleitfläche auf, so dass sie schwimmend gelagert ist. Damit jedoch keine Mahlkörper in diese Gleitfläche eintreten können, wird die Trägerplatte durch Mitnehmerstifte am Rotieren gehindert und durch Federelemente auf die Gleitfläche heruntergezogen. Beide Elemente erlauben ein gewisses Schwimmen in Bezug zu einem seitlichen/horizontalen Versatz der vertikal rotierenden Welle, so dass auf prozessbedingte Auslenkungen der Welle besser reagiert werden kann. Die Belastung des Dichtelements wird somit minimiert.
Die Trägerplatte ist auf einem Klemmring schwimmend gelagert, der um die Rührwelle angeordnet ist, und der vorzugsweise an das Spaltsieb angrenzt bzw. dieses Spaltsieb zentrisch festklemmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Klemmring als Abschluss auf dem Spaltsieb an diesem befestigt und grenzt somit das Spaltsieb zur Welle ab.
Wie bereits ausgeführt wurde, wird die Trägerplatte durch Federkraft auf den Klemmring gedrückt. Der Klemmring ist vorzugsweise in Strömungsrichtung unterhalb der Trägerplatte angeordnet und die Trägerplatte wird durch Federn angepresst, wobei diese so ausgelegt sind, dass genügend Bewegungsmöglichkeiten zum Schwimmen vorhanden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Dichtring aus Teflon.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spalt zwischen der Befestigungsmutter auf der Rührwelle und dem Dichtelement, der durch den Dichtring abgedichtet wird, größer als der Durchmesser der Mahlkörper, so dass im Falle eines Versagens des Dichtrings die Mahlkörper durch den Spalt austreten können. Ebenfalls bei einem starken horizontalen Versetzen der Welle, bei dem sowohl die Dichtung als auch die Trägerplatte nicht mehr ausreichend reagieren können, können die Mahlkörper in diesen Radialspalt eintreten und ohne Beschädigung wieder austreten, da der Spalt ausreichend groß ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Dicht- oder Trennspalt aus einem drehenden und einem feststehenden Ring in einer Werkstoffpaarung hart-weich, oder hart-hart mit einem vorgegebenen Radialspalt von ca. 0,1mm. Die Werkstoffpaarung könnte z. B. Keramik-Hartmetall oder Keramik-Teflon-Hartkohle sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Trägerplatte und der Klemmring aus einem Material gefertigt, das jeweils eine unterschiedliche Härte aufweist, und insbesondere unterschiedlich gehärteter Stahl ist, damit sie aufeinander gleiten.
Der Spalt/ Radialspalt zwischen Befestigungsmutter und Dichtelement ist vorzugsweise um die 2mm. Das Ringspiel ist vorzugsweise um die 5mm. Durch diesen Ansatz kann die Dichtung mechanisch entlastet werden und weist auch weniger Angriffsfläche in Bezug auf die Mahlkörper auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden aufgrund der Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch das Grundprinzip der Tauchmühle nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Tauchmühle mit einer Dichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Dichtung im Detail mit Dichtring.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Dichtung im Detail mit Radialspalt.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Behälter 1, in dem zu mischendes, dispergierendes und zu mahlendes Gut 2 angeordnet ist. Eine Rühr- und Pumpscheibe 3, die einen Sog erzeugt, ist am Ende einer rotierenden Welle 4 angeordnet. Diese Rühr- und Pumpscheibe erzeugt einen laminaren Sog, der dazu führt, dass das Mischgut von oben in einen Mahlraum gesogen und durch diesen nach unten herausgezogen wird. Der Einlass 5 in den Mahlraum ist um die Welle angeordnet. Innerhalb des Mahlraums sind Mahlkörper 6 in Form von Kugeln bzw. Perlen angeordnet. Diese Kugeln werden durch eine weitere Scheibe/Rotor 7 innerhalb des Mahlraums in Bewegung gebracht um das Mischgut zu zermahlen und zu dispergieren, was darauf zurückzuführen ist, dass sich das Mischgut innerhalb des Mahlraumes befindet. Damit die Kugeln nicht in den Behälter gesogen werden, gibt es einen Mahlkörperseparator/Spaltsieb 8, der als feines Sieb ausgebildet ist und der die Kugeln vom Mischgut trennt, bevor das Mischgut wieder in den Mischbehälter 1 gelangt. Um den Mahlraum bzw. um das Mahlraumgehäuse herum ist eine Kühlung 9 angeordnet, die sicherstellt, dass das Mischgut innerhalb des Mahlraumes nicht zu stark erhitzt wird. Der Behälter weist ebenfalls eine Kühlung auf, so dass zu hohe Temperaturen für das Mahlgut vermieden werden. Der Mahlraum selbst ist nicht rotierend innerhalb des Behälters angeordnet und wird durch Stangen 10 am Gehäuse (nicht dargestellt) der Rührmaschine außerhalb des Behälters befestigt.
Die Figur 2 zeigt nun im Detail den Mahlraum mit seinem Gehäuse wobei der Mahlraum samt seines Gehäuses 11 gegenüber der sich rotierenden Welle 4, die sich durch den Mahlraum erstreckt, abzudichten ist. Aufgrund des Umstandes, dass das Mischgut beziehungsweise Mahlgut von oben entlang der Welle in den Mahlraum fließt, bedarf es keiner Abdichtung nach oben.
Die Dichtung ist im Unteren Bereich A angeordnet.
Die Figur 3 zeigt den Aufbau der Dichtung im Schnitt im Detail in Bezug auf den Bereich A aus Figur 2. Die Rührwelle 4 rotiert. Auf der Rührwelle ist eine Befestigungsmutter 31 ausgebildet, an der der Dichtring 13 anliegt. Die Befestigungsmutter 31 ist somit eine Erweiterung der Rührwelle und dreht sich mit dieser. Der Dichtring 13 liegt an der Rührwelle an und ist mit der Trägerplatte 20, die als Ring ausgebildet ist fest verbunden. Die Trägerplatte 20 liegt schwimmend auf dem Klemmring 27 auf. Es besteht lediglich eine schwimmende Verbindung 29 mit einem Bewegungsradius von vorzugsweise ca. 5mm der Trägerplatte 20 in der Horizontalen. Die Trägerplatte wird durch Federn 22 gehalten. Ein Mitnehmerstift 28 verhindert, dass die Trägerplatte in Rotation gerät.
Ein Radialspalt 30 beträgt vorzugsweise 2mm, so dass die Mahlkörper im Falle einer defekten Dichtung oder Mahlkörperverpressung durchtreten können, die ohne diese Ablassfunktion zur Zerstörung der Mahlkörper 6 führen würde.
Die Figur 4 zeigt den Aufbau der Dichtung im Schnitt im Detail in Bezug auf den Bereich A aus Figur 2. Die Rührwelle 4 rotiert. Auf der Rührwelle ist eine Befestigungsmutter 31 ausgebildet, auf der ein Hartstoffring 32 oder eine Beschichtung aufgebracht ist. Die Befestigungsmutter 31 ist somit eine Erweiterung der Rührwelle und dreht sich mit dieser. Der zweite Hartstoffring 33 umschließt mit einem radialen Trennspalt (Siebspalt) 34 von ca. 0,1mm die Rührwelle und ist mit der Trägerplatte 20, die als Ring ausgebildet ist fest verbunden. Die Trägerplatte 20 liegt schwimmend auf dem Klemmring 27 auf. Es besteht lediglich eine schwimmende Verbindung 29 mit einem Bewegungsradius vorzugsweise ca. 5mm der Trägerplatte 20 in der Horizontalen. Die Trägerplatte wird durch Federn 22 gehalten. Ein Mitnehmerstift 28 verhindert, dass die Trägerplatte in Rotation gerät.

Bezugszeichenliste

1. Behälter
2. Mahlendes Gut
3. Rührscheibe
4.Rührwelle
5.Einlass in den Mahlraum
6. Mahlkörper
7. Scheibe/Rotor
8. Mahlkörperseparator/ Spaltsieb
9. Kühlung
11. Mahlraumgehäuse
13.Dichtring
14. Tauchmühle
20. Trägerplatte
22. Druckfeder
27. Klemmring
28. Mitnehmerstift
29. Schwimmlager
30. Radialer Spalt
31. Befestigungsmutter
32. Innen-Spaltring
33. Außen-Spaltring
34. Radialer Trennspalt (Siebspalt)

Claims

Tauchmühle, die um eine Rührwelle (4) angeordnet ist, umfassend eine Mahlraumabdichtung zwischen der Rührwelle (4) und einem Mahlraum, der durch ein Mahlraumgehäuse (11) gebildet wird, mit einem Spaltsieb (8), das eine Seitenwand des Mahlraumgehäuses (11) bildet, mit einem Dichtring (13), oder mindestens zwei zylindrischen Ringen (32, 33), wobei die besagten mindestens zwei zylindrischen Ringe einen Außen-Spaltring (33) und einen inneren Spaltring (32) umfassen, die das Mahlraumgehäuse (11) gegenüber der Rührwelle abdichten, gekennzeichnet durch
eine Trägerplatte (20), die um die Rührwelle angeordnet ist, und die den Dichtring (13) oder den zylindrischen Außen-Spaltring (33) aufnimmt, wobei die Trägerplatte (20) mit dem Dichtring oder dem zylindrischem Außen-Spaltring (33) schwimmend in Bezug zum Mahlraumgehäuse gelagert ist, ohne dabei mit der Rührwelle mitzudrehen.
Tauchmühle nach dem vorhandenen Anspruch, wobei ein Rückhalten der Mahlkörper (6) durch einen definierten, radialen Trennspalt (34) gewährleistet ist, also einem zusätzlichen dynamischen Siebspalt, wobei sich der maximale Trennspalt vorzugsweise errechnet durch: kleinsten Mahlkörperdurchmesser geteilt durch 3, was einem radialen Trennspaltmaß bei einseitiger Anlage von dem inneren Spaltring (32) in Außen-Spaltring (33) entspricht.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtring (13) aus Teflon gefertigt ist.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Spaltring (32) aus einem verschleißfesten Hartstoff, z. B. Hartmetall oder Keramik ist, wobei vorzugsweise die Rührwelle in diesem Bereich auch eine entsprechende, verschleißfeste Beschichtung hat.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, wobei der Außen-Spaltring (33) der in der Trägerplatte (20) fest eingebettet ist, aus einem verschleißfesten Hartstoff, z. B. Hartmetall oder Keramik ist oder aus einem verschleißfesten Elastomer.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (20) auf einem Klemmring (27) schwimmend gelagert ist, der um die Rührwelle angeordnet ist, und der vorzugsweise an das Spaltsieb (8) angrenzt oder auf diesem befestigt ist.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Klemmring (27) als Gegenlager der Trägerplatte (20) auf dem Spaltsieb an diesem befestigt ist.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (20) durch Federkraft auf den Klemmring (27) gedrückt wird.
Tauchmühle nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine oder mehrere Federn (22) die Trägerplatte (20) auf den Klemmring (27) pressen.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (30) zwischen Rührwelle (4) und Trägerplatte (20), der durch den Dichtring (13) abgedichtet wird, größer als der Durchmesser der Mahlkörper ist, so dass im Falle eines Versagens des Dichtrings (13) die Mahlkörper durch den Spalt austreten können.
Tauchmühle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (20) und der Klemmring (27) aus einem Material gefertigt sind, das jeweils eine unterschiedliche Härte aufweist, und insbesondere unterschiedlich gehärteter Stahl oder Teflon-Stahl sein kann.