EP3019276B1

EP3019276B1 - Rührwerkskugelmühle mit axialkanälen

Info

Publication number: EP3019276B1
Application number: EP14752251.0A
Authority: EP
Inventors: Horst Pausch
Original assignee: Netzsch Feinmahltechnik GmbH
Current assignee: Netzsch Feinmahltechnik GmbH
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: US20160107163A1; ES2845601T3; JP2016528032A; KR20160029825A; RU2663485C2; US20190358639A1; DE102013111762A1; EP3019276A1; US10610871B2; US11141737B2; PL3019276T3; CN204170782U; RU2016103790A; WO2015003676A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle mit einem Mahlbehälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Mahlen mit einer Rührwerkskugelmühle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Rührwerkskugelmühlen werden zum Zerkleinern und Homogenisieren von Feststoffpartikeln eingesetzt, wobei mittels einer Rührwelle Mahlhilfskörper intensiv bewegt werden. Dabei werden die Feststoffpartikel durch Prall, Druck, Scherung und Reibung zerkleinert. Prinzipiell können Rührwerkskugelmühlen unterschieden werden hinsichtlich einer horizontalen oder vertikalen Ausrichtung der Mahlkammer. Die Aktivierung der Mahlhilfskörper erfolgt durch die Rührwelle, die mit Rührkörpern wie beispielswiese Stäben oder Scheiben ausgestattet sein kann. Der Mahlraum ist üblicherweise zu siebzig bis neunzig Prozent mit Mahlhilfskörpern im Größenbereich von 0,03 - 9 mm Durchmesser gefüllt.
Das zu vermahlende Produkt strömt beim Mahlvorgang kontinuierlich von einem Produkteinlass axial durch den Mahlraum bis zu einem Produktauslass. In einem Auslassbereich erfolgt dann die Trennung der Mahlhilfskörper vom Produktstrom mittels eines Trennsystems.
Der Durchsatz und die Mahlkörpergröße werden in geschlossenen Rührwerkskugelmühlen durch eine Trenneinrichtung begrenzt. Mit Hilfe der Trenneinrichtung sollen die Mahlhilfskörper sicher im Mahlbehälter zurückgehalten werden und dürfen auch bei hohen Durchsatzleistungen nicht zu einer Mahlkörperverpressung oder zur Verstopfung führen. Die Trenneinrichtungen können in bekannter Weise als Spaltsysteme, Zentrifugalsysteme oder als externe Abtrennsysteme ausgebildet sein. Bekannte Spaltsysteme sind beispielsweise Siebpatronen oder Spaltrohre, welche an verschiedenen Stellen des Mahlraumes angeordnet sein können.
Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind Zentrifugalsysteme als dynamische Trenneinrichtungen, bei der die Mahlhilfskörper radial beschleunigt werden, wodurch aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft diese zurück in den Mahlbehälter transportiert werden. Derartige dynamische Trenneinrichtungen können beispielsweise durch einen um ein Sieb rotierenden Käfig gebildet sein. Sie finden Einsatz insbesondere bei hohen Durchsatzleistungen und bei Verwendung von Kleinstmahlkörpern.
Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Rührwerkskugelmühle mit einem Mahlkörperabtrennsystem ( DD 256 460 A1 ) umfasst ein Trennsieb, mit dessen Hilfe die Mahlhilfskörper in der Mahlkammer gehalten werden sollen. Das Mahlkörperabtrennsystem ist dazu aus einem rechtwinkligen, kastenförmigen Siebrahmen, einem unteren gekrümmten Trennsieb mit rechteckiger Form und einem im Abstand darüber liegenden Mahlkörperfangsieb gebildet. Die eigentliche Mahlkörperabtrennung wird dabei durch das rechteckig gestaltete Trennsieb realisiert, das mittels Halteelementen an zwei sich gegenüberliegenden Seiten am Siebrahmen befestigt ist, der mit den beiden Sieben als geschlossene Baueinheit in den Mahlbehälter eingesetzt ist.
Eine weitere mit einem dynamischen Trennsystem ausgestattete Rührwerkskugelmühle ist in der europäischen Patentanmeldung EP 1 468 739 A1 offenbart, bei der die Trenneinrichtung vor einem Gutauslass angeordnet ist und aus einem Trennorgan und einem dieses antreibenden Antriebsorgan gebildet ist. Das Trennorgan weist dabei zwei koaxial zur Kammerachse angeordnete Kreisscheiben auf, zwischen denen mehrere, um den Scheibenmittelpunkt symmetrisch verteilte, sowie vom Scheibenrand nach innen führende Förder- bzw. Flügelelemente angeordnet sind, die beim Betrieb der Rührwerkskugelmühle einen Gegendruck auf das Gut-Mahlkörper-Gemisch erzeugen, sodass aufgrund der Zentrifugalkraft und der unterschiedlichen spezifischen Dichte die Mahlhilfskörper vom Produkt getrennt und zurück in den Innenraum befördert werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Trenneinrichtungen für Rührwerkskugelmühlen können zwar verhindern, dass Mahlhilfskörper in den Produktauslass gelangen, jedoch hat es sich in der Praxis gezeigt, dass es im Bereich der Trenneinrichtung zu einer erhöhten Konzentration an Mahlhilfskörpern kommt. Der eigentliche Mahlvorgang findet aber nicht in diesem Bereich, sondern in der Mahlkammer in einem Bereich vor der Trenneinrichtung statt. Die niedrige Konzentration an Mahlhilfskörpern in dem besonders mahlwirksamen Bereich verursacht eine verringerte Mahlleistung, was zu einem unbefriedigenden Mahlergebnis führen kann.
Wünschenswert wäre es deshalb eine Rührwerkskugelmühle mit einem Trennsystem bereitzustellen, welches eine verbesserte Verteilung der Mahlhilfskörper in der Mahlkammer ermöglicht. Dabei sollte die gewünschte gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfskörper in der Mahlkammer ohne konstruktive Änderungen, An- oder Umbauten der Mahlkammer möglich sein. Die bekannten Vorrichtungen der oben genannten Art sind für eine gleichmäßige Mahlhilfskörperverteilung jedoch nur unzureichend geeignet.
Aus der US 2011/0036935 A1 ist eine Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung bekannt, wobei die Trenneinrichtung neben radialen Öffnungen auch axiale Öffnungen aufweist, durch die ein Gemisch aus Mahlgut und Mahlhilfskörpern in eine Trennkammer der Trenneinrichtung strömen kann. Darüber hinaus sind die Mahlscheiben des Rührwerks in ihren äußeren Randbereichen mit axialen Durchgangsöffnungen versehen. Ganz ähnlich aufgebaute Rührwerkskugelmühlen sind auch aus den US Patenten 5 797 550 und 5 333 804 bekannt.
Eine weitere Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung ist in der DE 10 2007 043 670 A1 offenbart. Gemäß einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung innerhalb der Rührwelle der Rührwerkskugelmühle angeordnet, wobei die Rührwelle radiale Öffnungen aufweist, die sich axial über den Bereich erstrecken, in dem die Trenneinrichtung angeordnet ist.
Aus der DE 195 10 807 A1 und der JP 2011 147866 A sind Rührwerksmühlen samt Rührwellen bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine verbesserte Verteilung der Mahlhilfskörper in der Mahlkammer ermöglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Rührwerkskugelmühle gelöst, die die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Insbesondere ist die Rührwelle mit mindestens einer die dynamische Trenneinrichtung erweiternden Ausnehmung versehen, welche sich in axialer Richtung in die Mahlkammer erstreckt und wie beschrieben ausgebildet ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfskörper in der Mahlkammer die Trenneinrichtung und die Rührwelle durch eine geeignete Ausgestaltung und Kopplung die Rückführung der Mahlhilfskörper in die Mahlkammer bewirken können. Dabei sollte die Rückführung der Mahlhilfskörper insbesondere möglichst ohne eine aufwendige Umgestaltung des Mahlbehälters oder durch Umleitung der Mahlhilfskörper außerhalb des Mahlbehälters erfolgen können.
Dies wird dadurch erreicht, dass die dynamische Trenneinrichtung mit der Rührwelle derart gekoppelt ist, dass mindestens eine Ausnehmung der Trenneinrichtung axial erweitert ist, derart, dass sich die erweiterte Ausnehmung in axialer Richtung in einem Bereich der Rührwelle in die Mahlkammer hinein erstreckt. Dazu sind in der Rührwelle Ausnehmungen eingebracht, die mit den Ausnehmungen in der Trenneinrichtung in Verbindung stehen und diese erweitern. Bei Betrieb der Mühle kann so ein Teil der Mahlhilfskörper durch die Ausnehmung in der Rührwelle zurück in die Mahlkammer befördert werden.
Bevorzugt ist der Bereich der Ausnehmungen der Trenneinrichtung in axialer Richtung kleiner als der Bereich mit der erweiternden Ausnehmung. Durch einen damit verkürzten Trennbereich bzw. verlängerten Bereich außerhalb dieses Trennbereichs werden die Mahlhilfskörper weiter in die Mahlkammer in axialer Richtung hinein befördert, sodass die Verweildauer der Mahlhilfskörper in der Mahlkammer effektiv erhöht wird.
Vorzugsweise verläuft die erweiternde Ausnehmung achsparallel zur Drehachse der Rührwelle. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass der Fertigungsaufwand zum Einbringen einer solchen Ausnehmung in die Rührwelle vergleichsweise gering ist.
Als vorteilhaft hat sich auch erwiesen, wenn die erweiternde Ausnehmung zumindest teilweise in axialer Richtung schraubenförmig beziehungsweise schraubenlinienförmig um die Drehachse der Rührwelle verläuft. Auf diese Weise kann beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit und damit auch ein Austrittsort beziehungsweise Wiedereintrittsort der Mahlhilfskörper in die Mahlkammer positiv beeinflusst werden. Verläuft beispielsweise die schraubenförmige Ausnehmung entgegen der Drehrichtung der Rührwelle, so erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung zum Produkteinlass hin, wodurch der Wiedereintrittsort der Mahlhilfskörper in einen vorderen Bereich der Mahlkammer, nahe dem Produkteinlass verschoben werden kann.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung erstreckt sich die erweiternde Ausnehmung im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rührwelle. Dadurch wird erreicht, dass die Mahlhilfskörper auch über die gesamte Länge der Rührwelle in der Mahlkammer verteilt werden können.
Durch die Ausbildung der erweiternden Ausnehmung als Strömungskanal kann, beispielsweise durch einen geeignet gewählten Querschnitt des Kanals, die Verteilung der Mahlhilfskörper in vorteilhafter Art und Weise beinflusst werden.
Der Strömungskanal ist dabei zumindest abschnittsweise als Nut in die Rührwelle eingebracht. Denkbar ist zum Beispiel auch, dass in einem axialen Bereich in Nähe der Trenneinrichtung der Strömungskanal als Bohrung in die Rührwelle eingebracht ist und in einem Abschnitt nahe dem Produkteinlass als Nut ausgebildet ist. Die Mahlhilfskörper werden dadurch in axialer Richtung durch einen Strömungskanal geleitet und treten erst nahe dem Produktauslass in die Mahlkammer wieder aus.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung stimmt die Anzahl der Strömungskanäle mit der Anzahl der Ausnehmungen der Trenneinrichtung überein. Durch die Mehrzahl über den Umfang der Rührwelle verteilter Strömungskanäle wird die gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfskörper weiter verbessert. Im Hinblick darauf wird ebenfalls als vorteilhaft angesehen, wenn die Strömungskanäle parallel zueinander verlaufen.
Der Mahlvorgang in der Mahlkammer wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, dass Mahlhilfskörper zusätzlich durch einen mit der Trenneinrichtung gekoppelten Abschnitt der Rührwelle in die Mahlkammer einströmen können. Ohne die erfindungsgemäße Kopplung mit der Trenneinrichtung kommt es während des Mahlprozesses erfahrungsgemäß zu einer erhöhten Konzentration der Mahlhilfkörper in der Nähe der Trenneinrichtung, was dazu führt, dass im Bereich der Rührwelle die Konzentration an Mahlhilfkörpern sinkt. Ziel ist es aber, eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfkörper in der Mahlkammer zu erreichen, um den Mahlprozess effektiv ablaufen zu lassen.
Beim Betrieb der Rührwerkskugelmühle wird über einen Einlasskanal ein zu mahlendes Gut, beispielsweise in flüssiger Form, kontinuierlich in den Innenraum der Mahlkammer geführt und in diesem zusammen mit den Mahlhilfskörpern zum Produktauslass hin befördert. Die Mahlhilfkörper werden im Bereich des Produktauslasses mittels der Trenneinrichtung vom Mahlgut getrennt und das Mahlgut über den Auslasskanal aus dem Mahlbehälter gefördert. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren strömen die Mahlhilfskörper ausgehend von der Trenneinrichtung entlang der Rührwelle zurück in die Mahlkammer, dadurch, dass sich der Widerstand für die Mahlhilfskörper, hervorgerufen durch das kontinuierlich geförderte Mahlgut, aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung von Trenneinrichtung und Rührwelle verringert.
Vorzugsweise wird der Austrittsort oder Austrittsbereich der Mahlhilfkörper durch Einstellen und aufeinander Abstimmen von Rührwellendrehzahl, Querschnittsform der Rückführkanäle und/oder Ausrichtung der erweiternden Ausnehmung in der Rührwelle eingestellt. Die Einstellung und Abstimmung kann dabei manuell oder über einen Regelkreis automatisiert erfolgen. Da der Austrittsort unter anderem auch abhängig ist von der Durchsatzrate und damit Strömungsgeschwindigkeit, welche sich von Mahlvorgang zu Mahlvorgang in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabe und Anforderung an das Mahlergebnis ändern kann, sollte dieser anpassbar sein. Beispielsweise hat sich herausgestellt, dass sich der Austrittsort bei einer vergleichsweise hohen Durchsatzrate nachteilig in Richtung der Trenneinrichtung verschieben kann. Durch die geeignete Wahl der Drehzahl der Rührwelle und/oder Ausgestaltung der Rückführkanäle kann der Verschiebung des Austrittsorts entgegengewirkt werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren weist die Rührwelle mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung auf, welche einer dynamischen Trenneinrichtung zugeordnet ist. Die Ausnehmung ist als Strömungskanal ausgebildet und geeignet, Mahlhilfskörper in den Mahlraum zurück zu führen. Insbesondere weist die Rührwelle trenneinrichtungsseitig einen Endabschnitt auf, mit dem eine Verbindung des Strömungskanals mit mindestens einer der Ausnehmungen der Trenneinrichtung herstellbar ist.
Die dynamische Trenneinrichtung kann sowohl durch die Rührwelle als auch mittels einer separaten Vorrichtung angetrieben werden. Die Trenneinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass das aus den Mahlhilfskörpern und dem gemahlenen und/oder dispergierten Gut gebildete Gemisch über die Ausnehmungen der Trenneinrichtung zum Produktauslass strömen kann. Beim Einströmen in die Ausnehmung wird ein Teil der Rotationsenergie auf die Mahlhilfskörper übertragen, worauf aufgrund der radial wirkenden Zentrifugalkraft und der unterschiedlichen Dichte die zum Mahlen dienenden Mahlkörper vom Mahlgut getrennt und zurück in den Innenraum der Mahlkammer befördert werden. Das Mahlgut selbst gelangt durch die Trenneinrichtung hindurch und verlässt über den Auslasskanal die Mahlkammer.
Durch die Rotation der dynamischen Trenneinrichtung muss das Mahlgut beim Durchströmen der Trenneinrichtung entgegen der Zentrifugalkraft einen relativen Druck überwinden, welcher von einer Speisepumpe, die mit dem Einlasskanal der Rührwerkskugelmühle verbunden ist, aufgebracht wird. Andererseits müssen die Mahlhilfskörper entgegen der von der Speisepumpe erzeugten Strömung in Richtung der Mahlkammer zurück transportiert werden, was bei den bekannten Rührwerkskugelmühlen gewöhnlich zu einem Anstauen der Mahlhilfskörper im Bereich der Trenneinrichtung führt. Durch die erfindungsgemäßen in den Mahlraum axial hinein verlaufenden Ausnehmungen in der Rührwelle können die Mahlhilfskörper über diese Ausnehmungen ausweichen. Die von beiden Seiten radial wirkende Strömung vom Mahlgut einerseits und von den Mahlhilfskörpern andererseits führt zu einer Strömung der Mahlhilfkörper in den erweiternden Ausnehmungen zurück in die Mahlkammer, vorzugsweise in einen besonders mahlwirksamen Bereich der Rührwelle.
Die erweiternde Ausnehmung in der Rührwelle ist als Strömungskanal und zumindest abschnittsweise in Form einer Nut in die Rührwelle eingebracht. Zusätzlich kann der Strömungskanal zumindest abschnittsweise als Bohrung in der Rührwelle ausgebildet sein. Dadurch wird ermöglicht, dass die Mahlhilfkörper in eine bestimmte Richtung strömen und beispielsweise durch eine geeignete Kombination von Nut und Bohrung die Mahlhilfskörper erst an einem bestimmten Ort aus der Rührwelle austreten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine radial verlaufende Längswand des Strömungskanals abgewinkelt, derart, dass auf die Mahlhilfkörper im Strömungskanal zusätzlich zur Zentrifugalkraft eine weitere durch die abgewinkelte Kanalwand hervorgerufene radiale Kraftkomponente einwirkt. Beispielsweise kann somit ein Anstauen der Mahlhilfskörper verhindert werden, indem die Mahlhilfskörper relativ schnell den Strömungskanal wieder verlassen. Durch die daraus resultierende erhöhte radiale Beschleunigung der Mahlhilfskörper werden diese in radialer Richtung weiter in die Mahlkammer befördert, was zu einer verbesserten Verteilung der Mahlhilfskörper im Querschnitt der Mahlkammer beiträgt. Denkbar ist aber auch, dass mindestens eine Kanalwand in axialer Richtung schraubenartig verläuft, um beispielsweise die Mahlhilfskörper erst oder verstärkt in einem bestimmten Bereich der Mahlkammer wieder austreten zu lassen.
In einer Weiterbildung sind die Mahlelemente der Rührwelle als Mahlscheiben ausgebildet und weisen mindestens eine zentrumsnahe Öffnung auf, welche als durchgehende Ausnehmung in die Mahlscheibe eingebracht ist. Zwischen den Mahlscheiben sind Distanzbuchsen angeordnet. Die Mahlscheiben werden mit den Distanzbuchsen axial verspannt und bilden das Rührwerk, an dem sich die dynamische Trenneinrichtung anschließt. Der Rückführkanal verläuft dabei axial durch die Öffnungen in den Mahlscheiben.
Die Distanzbuchsen weisen vorzugsweise einen polygonförmigen Querschnitt, insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf. Die Distanzbuchsen können aber auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Zu beachten ist dabei jedoch, dass der Querschnitt der Distanzbuchse nicht kreisförmig ist, da sonst die gewünschte Pumpwirkung in radialer Richtung nicht erreicht wird.
Die Öffnung in den Mahlscheiben sind zentrumsnah eingebracht, derart, dass durch die Öffnung zentrumsnah strömende Mahlhilfskörper von den Distanzbuchsen erfasst, beschleunigt und radial nach außen transportiert werden. Bevorzugt sind die Distanzbuchsen so gestaltet, dass deren Kanten bei Rotation der Rührwelle die Öffnungsfläche zumindest teilweise, besonders bevorzugt ganz überstreichen.
Zusätzlich können in vorteilhafter Weise die Mahlscheiben radiale Ausnehmungen aufweisen. Diese dienen vorwiegend zur Aktivierung der Mahlhilfskörper, können aber auch ein erfindungsgemäß zusätzliches Rückströmen der Mahlhilfskörper ermöglichen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Rückführkanäle die Mahlhilfkörper aus dem Bereich der Trenneinrichtung entweichen können wodurch ein lokales Anstauen der Mahlhilfkörper verhindert wird. Die für einen effektiven Mahlvorgang angestrebte gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfskörper kann durch die in den Mahlraum axial hineinverlaufenden Ausnehmungen erreicht werden. Zudem ist eine Anpassung der Verteilung der Mahlhilfkörper an die jeweilige Mahlaufgabe durch die beschriebenen konstruktiven Anpassungen der Rührwelle und/oder der Mahlparameter wie Drehzahl und Durchflussleistung möglich. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die vorteilhafte Wirkung im Wesentlichen auf der besonderen Ausgestaltung der Rührwelle beruht. Dadurch kann bei entsprechenden konstruktiven Voraussetzungen und/oder geeigneter Adapterbauteile eine Rührwerkskugelmühle auch modifiziert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

FIG 1a: schematisch im Längsschnitt eine Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und die als Nut in die Rührwelle eingebrachte Rückführkanäle aufweist, die Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitern,
FIG 1b: schematisch die Rührwerkskugelmühle aus FIG 1a im Querschnitt im Bereich der Trenneinrichtung und im Bereich der Rührwelle,
FIG 2a: schematisch im Längsschnitt im Wesentlichen die Rührwerkskugelmühle aus FIG 1a mit einer dynamischen Trenneinrichtung, welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und die als Nut in die Rührwelle eingebrachte Rückführkanäle aufweist, die Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitern, wobei die Ausnehmung in der Trenneinrichtung über eine Bohrung mit den Rückführkanal verbunden ist,
FIG 2b: schematisch die Rührwerkskugelmühle aus FIG 2a im Querschnitt im Bereich der Trenneinrichtung und im Bereich der Rührwelle,
FIG 3a: schematisch im Längsschnitt eine Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung, welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und die als Nut und Bohrung in die Rührwelle eingebrachte Rückführkanäle aufweist, die Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitern,
FIG 3b: schematisch die Rührwerkskugelmühle aus FIG 3a im Querschnitt im Bereich der Trenneinrichtung und im Bereich der Rührwelle,
FIG 4a: schematisch im Längsschnitt im Wesentlichen die Rührwerkskugelmühle aus FIG 1a mit einer dynamischen Trenneinrichtung, welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und die als Nut in die Rührwelle eingebrachte Rückführkanäle aufweist, die Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitern, und einem zusätzlichen dynamischen Element,
FIG 4b: schematisch die Rührwerkskugelmühle aus FIG 4a im Querschnitt im Bereich der Trenneinrichtung und im Bereich der Rührwelle,
FIG 5: schematisch im Längsschnitt eine Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung, welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und als Nut in die Rührwelle eingebrachten Rückführkanäle aufweist, die Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitern, wobei die Rückführkanäle schraubenförmig um die Rührwelle verlaufen,
FIG 6: schematisch im Längsschnitt eine Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung, welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und die einen als Nut in die Rührwelle eingebrachten Rückführkanal aufweist, die eine Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitert, wobei der Rückführkanal schraubenförmig um die Rührwelle verläuft,
FIG 7: schematisch im Längsschnitt eine Rührwerkskugelmühle mit einer dynamischen Trenneinrichtung, welche mit der Rührwelle gekoppelt ist und die eine als Nut in die Rührwelle eingebrachten Rückführkanal aufweist, die eine Ausnehmungen der Trenneinrichtung axial erweitert, wobei der Rückführkanal und die Ausnehmung in der Trenneinrichtung schraubenförmig um die Rührwelle verlaufen,
FIG 8: schematisch im Querschnitt eine Rührwelle mit beispielhaft gezeigten Ausführungsformen der erweiterten Ausnehmung der Rührwelle und
FIG 9: schematisch im Querschnitt eine Rührwelle, bei der die Mahlelemente als Mahlscheiben mit einer zentrumsnahen Öffnung ausgebildet und zwischen den Mahlscheiben Distanzbuchsen angeordnet sind.

Die Rührwerkskugelmühle 2 gemäß FIG 1 weist einem Mahlbehälter 4 auf, in dem eine mit Mahlelementen 6 versehene Rührwelle 8 angeordnet ist, wodurch eine Mahlkammer 10 zwischen dem Mahlbehälter 4 und der Rührwelle 8 gebildet wird, in die sich die Mahlelemente 6 hineinerstrecken, in die mindestens ein Einlasskanal 12 für Mahlgut mündet und in der eine dynamische Trenneinrichtung 14 für Mahlhilfskörper vorgesehen ist, wobei die Trenneinrichtung 14 mit Ausnehmungen 16 zur Mahlhilfskörper-Rückführung versehen ist und die Rührwelle 8 mit die Trennrichtung 14 erweiternden nutförmigen Ausnehmungen 18 versehen ist, welche sich in axialer Richtung gegen den Produktstrom hin zum Einlassbereich der Mahlkammer 10 erstrecken.
Einem Produktauslasskanal 20 ist eine als Sieb 22 ausgebildete statische Trenneinrichtung vorgeschaltet. Die nutförmigen Ausnehmungen 18 in der Rührwelle 8 verlaufen achsparallel zur Drehachse der Rührwelle 8 und bilden Rückführkanäle 18 für die Mahlhilfkörper. Die Rückführkanäle 18 und die Ausnehmungen 16 in der Trenneinrichtung 14 gehen ineinander über, sodass beim Betrieb der Mühle 2 die Mahlhilfkörper über die Rückführkanäle 18 in Richtung Produkteinlass ausweichen können, zurück in die Mahlkammer gelangen und somit verteilt werden.
Die Rührwerkskugelmühle 2 ist so konstruiert, dass das zu vermahlende Gut über den Einlasskanal 12 mittels einer hier nicht dargestellten Pumpe kontinuierlich in den Mahlbehälter 4 befördert wird und in der Mahlkammer 10 zusammen mit den Mahlhilfskörpern axial in Richtung Auslasskanal 20 strömt und dabei gemahlen wird. Im Bereich der Trenneinrichtung 14 strömt das Mahlgut mit den Mahlkörpern durch die Ausnehmungen 16 in der Trenneinrichtung 14 hindurch. Das Mahlgut verlässt über den Auslasskanal 20 den Mahlbehälter 4 und die Mahlhilfskörper werden aufgrund der durch die rotierende Trenneinrichtung 14 auf die Mahlhilfskörper wirkenden Zentrifugalkräfte radial nach außen bewegt. Das kontinuierlich beförderte Mahlgut-Mahlhilfskörper-Gemisch strömt aber von außen von der Mahlkammer 10 aus kommend in die Ausnehmungen 16 der Trenneinrichtung 14 ein, weshalb die Rückströmung der Mahlhilfskörper behindert wird. Daraus resultierend strömen die Mahlhilfkörper in den Rückführkanal 18 in der Rührwelle 8 ein und werden dann durch die ebenfalls rotierende Rührwelle 8 weiterhin beschleunigt und zurück in die Mahlkammer 10 befördert.
FIG 1b zeigt Querschnitte der Rührwerkskugelmühle 2 aus FIG 1a zum einen im Bereich der Trenneinrichtung 14 als Schnitt A - A und zum anderen im Bereich der Rührwelle 8 als Schnitt B - B. Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, bildet die Trenneinrichtung 14 eine Art Käfig, durch dessen Ausnehmungen 16 das Mahlgut-Mahlhilfskörper-Gemisch strömen kann und dadurch beim Betrieb der Mühle 2 beschleunigt wird. Die Querschnittsform der Ausnehmungen 16 entspricht der Querschnittsform der Rückführkanäle 18 in der Rührwelle 8, welche eine V-Form aufweisen. Durch die dadurch gebildeten abgewinkelten radial verlaufenden Längswände 24 der Kanäle 18 wirkt auf die Mahlhilfskörper neben der Zentrifugalkraft eine weitere radial nach außen wirkende Kraft, so dass die Mahlhilfkörper verstärkt in die Mahlkammer 10 befördert werden.
In FIG 2a ist eine Rührwerkskugelmühle 2 dargestellt, bei der die Ausnehmungen 16 in der Trenneinrichtung über eine axial eingebrachte Bohrung 26 mit den Rückführkanälen 18 in der Rührwerkskugelmühle 2 verbunden sind. Denkbar ist auch, dass ein oder mehrere Rückführkanäle 18 in einem ersten Abschnitt der Rührwelle 8 als Bohrung ausgebildet sind. Dadurch kann erreicht werden, dass die in dem Kanal 18 strömenden Mahlhilfskörper erst in einen Bereich nahe des Produkteinlasses austreten und in die Mahlkammer 10 befördert werden. Um den selektiven Austritt in die Mahlkammer 10 zu erreichen, ist statt einer Bohrung 26 auch jede andere Art von Ausnehmung möglich, welche geeignet ist, die Mahlhilfkörper zu einem Bereich oder Abschnitt mit einer offenen Ausnehmung 18 zu leiten.
FIG 2b zeigt Querschnitte der Rührwerkskugelmühle 2 aus FIG 2a zum einen im Bereich der Trenneinrichtung 14 als Schnitt A - A und zum anderen im Bereich der Rührwelle 8 als Schnitt B - B. Die Bohrung 26 als Verbindung zwischen der Ausnehmung 16 der Trenneinrichtung und dem Rückführkanal 18 ist in axialer Richtung gesehen schräg eingebracht. Dieser Abschnitt der Trenneinrichtung 14 wirkt dadurch zusätzlich als Pumpe für die Mahlhilfskörper, welche aufgrund dieser Pumpwirkung aus den Bereich der Trenneinrichtung 14 abgesaugt werden um die Mahlhilfskörper in die Mahlkammer in einem Bereich der Rührwelle 8 zu befördern.
Eine Rührwerkskugelmühle 2 mit einer wie in FIG 2a dargestellten Trenneinrichtung 14 ist in FIG 3a gezeigt. Die Rührwelle 8 weist durch axial verlaufende Bohrungen 28 in der Rührwelle 8 ausgebildete Rückführkanäle 18 auf, welche abschnittsweise unterbrochen und wie bei einem als Nut eingebrachten Rückführkanal 18 zur Mahlkammer 10 hin offen sind. Die Bohrungen 28 in der Rührwelle sind wie die Bohrungen 26 der Trenneinrichtung 14 in axialer Richtung gesehen schräg eingebracht und wirken als Pumpe. In den offenen Abschnitten der Rückführkanäle 18 können die Mahlhilfskörper in die Mahlkammer entweichen.
FIG 3b zeigt Querschnitte der Rührwerkskugelmühle 2 aus FIG 3a zum einen im Bereich der Trenneinrichtung 14 als Schnitt A - A und zum anderen im Bereich der Rührwelle 8 als Schnitt B - B.
FIG 4a zeigt im Wesentlichen die Rührwerkskugelmühle 2 aus FIG 1a mit einer dynamischen Trenneinrichtung 14, welche mit der Rührwelle 8 gekoppelt ist und die als Nut in die Rührwelle 8 eingebrachte Rückführkanäle 18 aufweist, die Ausnehmungen 16 der Trenneinrichtung 14 axial erweitern, und mit einem zusätzlichen dynamischen Element 30, welches mit radial verlaufenden Kanälen oder Flügeln versehen ist. Der auslassseitige Endabschnitt 32 der Mühle 2 und das sich anschließende zusätzliche dynamische Element 30 verlaufen konisch zueinander, wodurch sich ein Spalt 34 bildet, welcher eine Strömung in radialer Richtung zur dynamischen Trenneinrichtung 14 hin erzeugt. Im Unterschied zu der in FIG 1a gezeigten Rührwerkskugelmühle 2 ist der Rückführkanal 18 in axialer Richtung gesehen produkteinlassseitig durch eine Wandung 36 abgeschlossen. Durch die Wandung 36 kann einem nachteiligen Einströmen des zu mahlenden Gutes in den Rückführkanal 18 von der Produkteinlassseite her entgegengewirkt werden.
FIG 4b zeigt Querschnitte der Rührwerkskugelmühle 2 aus FIG 4a zum einen im Bereich der Trenneinrichtung 14 als Schnitt A - A und zum anderen im Bereich der Rührwelle 8 als Schnitt B - B. Die Ausnehmungen 16 in der Trenneinrichtung 14 sind in radialer Richtung gesehen schräg eingebracht, wodurch eine zusätzliche Pumpwirkung radial nach außen erzeugt wird. Bei einer relativ hohen Durchsatzrate kann so eine ausreichend starke Gegenströmung erzeugt werden, um die Mahlhilfskörper radial nach außen zu befördern, damit diese über den Rückführkanal 18 zurück in die Mahlkammer 10 gelangen können.
Eine Rührwerkskugelmühle 2 mit einer Rührwelle 8 mit in axialer Richtung schraubenförmig verlaufenden Rückführkanälen 18, welche als Nut in die Rührwelle 8 eingebracht sind, ist in FIG 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird aufgrund des schraubenförmigen Verlaufs der Kanäle 18 zusätzlich eine Strömung in axialer Richtung zum Produkteinlass hin erzeugt. Die Ausnehmungen 16 der Trenneinrichtung 14 hingegen sind achsparallel zur Drehachse der Rührwelle 8 eingebracht.
In FIG 6 ist eine Rührwerkskugelmühle 2 wie schon in FIG 5 gezeigt dargestellt. Die Rührwelle 8 weist bei dieser Ausführungsform jedoch nur einen Rückführkanal 18 auf, welcher auch nur mit einer Ausnehmung 16 der Trenneinrichtung 14 gekoppelt ist. Denkbar ist aber auch, zwischen den Ausnehmungen 16, 18 eine im Umfang verlaufende Ausnehmung in die Trenneinrichtung 14 oder in die Rührwelle 8 einzubringen. Die Mahlhilfkörper könnten somit aus allen Ausnehmungen 16 in der Trenneinrichtung 14 über die Verbindungsausnehmung in den Rückführkanal 18 befördert werden.
Der Rückführkanal 18 könnte aber auch schraubenförmig bis über die Trenneinrichtung 14 weitergeführt eingebracht sein. Eine derartige Ausführungsform ist in FIG 7 dargestellt. Die Trenneinrichtung 14 weist nur eine Ausnehmung 16 auf, welche in den Rückführkanal 18 übergeht.
Die Figuren 8 zeigen im Querschnitt exemplarisch verschiedene Ausführungsformen der Rührwelle 8. Insbesondere wird auf FIG 8d hingewiesen, bei der die Rührwelle 8 zwar Ausnehmungen 18 aufweist, jedoch sind diese nicht wie in den zuvor beschriebenen Figuren als Kanal 18 ausgebildet. Eine Art Rückführkanal 18 wird beim Betrieb der Mühle 2 durch die Rotation der Rührwelle 8 gebildet. Aufgrund einer fortlaufenden Verdrängung des Mahlgut-Mahlhilfskörper-Gemisches entsteht eine ähnlich ausgebildete Mahlkammer 10 wie bei einer Rührwelle 8 mit einem Rückführkanal 18, wobei unterhalb der Mahlkammer 10 die Mahlhilfskörper zurück strömen können.
Mahlscheiben 38 als Mahlelemente mit mindestens einer zentrumsnahen Öffnung 40 sind in Figur 9 dargestellt. Zwischen den Mahlscheiben 38 sind Distanzbuchsen 42 angeordnet. Die Mahlscheiben 38 und die Distanzbuchsen 42 sind axial verspannt und bilden zusammen mit einer hier nicht dargestellten erfindungsgemäßen dynamischen Trenneinrichtung eine Rührwelle.
Jede Mahlscheibe 38 in den Figuren 9a bis 9d ist mit insgesamt vier Öffnungen 40 versehen, durch die Mahlhilfskörper zurückströmen können. Die Formen der Mahlscheiben sind durch die gestrichelte Linie verdeutlicht und die Distanzbuchsen 42 weisen einen polygonförmigen Querschnitt auf. Dabei sind die Öffnungen 40 in die Mahlscheibe 38 so eingebracht, dass eine untere Öffnungswand 44 wie in den Figuren 9a,9b,9c dargestellt bündig mit einer Fläche 46 der Distanzbuchse 42 abschließt. Die Distanzbuchsen 42 sind dabei so ausgestaltet, dass deren Kanten, bei Rotation der Rührwelle 8, die Öffnungen 40 vollständig überstreicht. In Figur 9d dagegen ragt die Distanzbuchse 42 in axialer Richtung gesehen in die Öffnung 40 hinein, so dass bei Rotation der Rührwelle 8 die Öffnung 40 nur teilweise überstrichen wird.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass durch die zentrumsnahe Anordnung der Öffnungen 40, die Mahlhilfskörper besonders effektiv zurück in die Mahlkammer transportiert werden.
In Figur 9a,9c und 9d ist eine Mahlscheibe 38 mit einer Distanzbuchse 42 mit quadratischem Querschnitt dargestellt, wobei die Mahlscheibe 38 in Figur 9c zusätzlich insgesamt 4 radiale Ausnehmungen 48 aufweist. Figur 9b zeigt eine Mahlscheibe 38 mit dreieckiger Form und abgeflachten beziehungsweise abgerundeten Ecken, bei der die Distanzbuchse 42 im Querschnitt eine zur Mahlscheibe 38 korrespondierende Form aufweist.
Die Figuren 9e und 9f zeigen exemplarisch weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen und Anordnungen einer Mahlscheibe 38 mit zentrumsnaher Öffnung 40 und einer Distanzbuchse 42. Die in den Figuren 9 dargestellten Varianten sind nicht abschließend, insbesondere ist eine Kombination verschiedener Mahlscheiben 38 und Distanzbuchsen 42 denkbar, solange ein erfindungsgemäßes Rückströmen der Mahlhilfskörper gewährleistet ist.
Die Rührwerkskugelmühle 2 ist spezifisch auf eine effektive Verteilung der Mahlhilfskörper in der Mahlkammer 10 ausgerichtet. Indem die Mahlhilfskörper in axialer Richtung entlang der Rührwelle 8 von der Trenneinrichtung 14 zurück in die Mahlkammer 10 befördet werden, wird eine erhöhte Konzentration von Mahlhilfskörpern im Bereich der Trenneinrichtung 14 verhindert.
Des Weiteren wird auch unvermahlenes Produkt, das zentrumsnah entlang der Rührwelle 8 vom Einlassbereich der Rührwerkskugelmühle 2 in axialer Richtung hin zur Trenneinrichtung 14 strömt, in radialer Richtung zurück in die Mahlkammer 10 befördert, in einen äußeren effektiveren Mahlbereich hinein. Bei einer Rührwerkskugelmühle 2 mit Mahlscheiben 38 kommt dieser Effekt insbesondere bei Mahlscheiben 38 mit einer radialen Ausnehmung 48 zum Tragen, da unvermahlenes Produkt besonders durch die Ausnehmungen 48 in der Mahlscheibe 38 in axialer Richtung zentrumsnah zurückströmen kann. Die Gefahr, dass dadurch unvermahlenes Produkt bis in den Auslasskanal 20 gelangt, wird durch die Pumpwirkung der Distanzbuchsen 42 minimiert.

Bezugszeichenliste

02: Rührwerkskugelmühle
04: Mahlbehälter
06: Mahlelemente
08: Rührwelle
10: Mahlkammer
12: Einlasskanal
14: Dynamische Trenneinrichtung
16: Ausnehmungen Trenneinrichtung
18: Ausnehmungen Rührwelle
20: Auslasskanal
22: Sieb
24: Längswände axial verlaufend
26: Bohrung in der Trenneinrichtung
28: Bohrung in der Rührwelle
30: Zusätzliches dynamisches Element
32: Auslassseitiger Endabschnitt
34: Spalt
36: Wandung
38: Mahlscheibe
40: Öffnung (zentrumsnahe-)
42: Distanzbuchsen
44: Öffnungswand (untere-)
46: Fläche Distanzbuchse
48: Ausnehmung Mahlscheibe

Claims

Rührwerkskugelmühle (2) mit einem Mahlbehälter (4), in dem eine mit Mahlelementen (6) versehene Rührwelle (8) angeordnet ist, wodurch eine Mahlkammer (10) zwischen dem Mahlbehälter (4) und der Rührwelle (8) gebildet ist, in die sich die Mahlelemente (6) hineinerstrecken, in die mindestens ein Einlasskanal (12) für Mahlgut mündet und in der eine dynamische Trenneinrichtung (14) für Mahlhilfskörper vorgesehen ist, wobei die Trenneinrichtung (14) mit Ausnehmungen (16) zum Hindurchströmen von Mahlgut-Mahlhilfskörper-Gemisch sowie zur Mahlhilfskörper-Rückführung versehen ist und die Rührwelle (8) mit mindestens einer die Trenneinrichtung (14) erweiternden Ausnehmung (18) versehen ist, welche sich in axialer Richtung in die Mahlkammer (10) erstreckt, wobei die Ausnehmung (18) als Strömungskanal ausgebildet ist und der Strömungskanal (18) zumindest abschnittsweise als Nut in die Rührwelle (8) eingebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (18) der Rührwelle (8) mit der Ausnehmung (16) in der Trenneinrichtung (14) in Verbindung steht und diese erweitert.
Rührwerkskugelmühle (2) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Ausnehmungen (16) der dynamischen Trenneinrichtung in axialer Richtung kleiner ist als der Bereich mit der erweiterten Ausnehmung (18).
Rührwerkskugelmühle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erweiternde Ausnehmung (18) achsparallel zur Drehachse der Rührwelle (8) verläuft.
Rührwerkskugelmühle (2) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die erweiternde Ausnehmung (18) zumindest abschnittsweise schraubenförmig um die Drehachse der Rührwelle (8) verläuft.
Rührwerkskugelmühle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die erweiternde Ausnehmung (18) im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rührwelle (8) erstreckt.
Rührwerkskugelmühle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (18) zumindest abschnittsweise als axiale Bohrung (28) in die Rührwelle (8) eingebracht ist.
Rührwerkskugelmühle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Strömungskanäle (18) mit der Anzahl der Ausnehmungen (16) der Trenneinrichtung (14) übereinstimmt.
Rührwerkskugelmühle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungskanäle (18) parallel zueinander verlaufen.
Verfahren zum Mahlen mit einer Rührwerkskugelmühle (2), bei der über einen Einlasskanal (12) Mahlgut zugeführt und in einer zwischen einer Rührwelle (8) und einem Mahlbehälter (4) gebildeten Mahlkammer (10) in Richtung einer dynamischen Trenneinrichtung (14) gefördert wird, wobei mittels der Trenneinrichtung (14) im Mahlgut enthaltene Mahlhilfskörper in radialer Richtung zurück in die Mahlkammer (10) transportiert werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mahlhilfskörper zusätzlich durch einen die Trenneinrichtung (14) erweiternden Abschnitt der Rührwelle (8) in die Mahlkammer (10) einströmen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Austrittsort oder Austrittsbereich der Mahlhilfskörper durch Einstellen und aufeinander Abstimmen von Rührwellendrehzahl, Querschnittsform der Ausnehmungen (18) und/oder Ausrichtung der erweiternden Ausnehmungen (18) eingestellt wird.