EP3050628B1

EP3050628B1 - Rührwerkskugelmühle und mahlscheibe für rührwerkskugelmühlen

Info

Publication number: EP3050628B1
Application number: EP16000204.4A
Authority: EP
Inventors: Klaus Ott
Original assignee: Netzsch Feinmahltechnik GmbH
Current assignee: Netzsch Feinmahltechnik GmbH
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2036-01-28
Also published as: CN105833948B; DE102015101476A1; PL3050628T3; CN105833948A; EP3050628A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle.

Stand der Technik

Die Rührwerkskugelmühle ist ein Gerät zur Grob-, Fein- und Feinstzerkleinerung oder Homogenisierung von Mahlgut. Eine Rührwerkskugelmühle besteht aus einem vertikal oder horizontal angeordneten, meist annähernd zylindrischen Mahlbehälter, der zu 70% bis 90 % mit Mahlkörpern gefüllt ist. Der Mahlbehälter ist bei Rührwerkskugelmühlen in der Regel stationär gelagert. Ein Rührwerk mit geeigneten Rührelementen sorgt für die intensive Bewegung der Mahlkörper. Viele herkömmlich bekannte Mühlen werden durch eine zentrale Öffnung in einer der Stirnwände befüllt. Das Einfüllen kann alternativ auch direkt über den Mahlzylinder erfolgen. Die Mahlgutsuspension wird kontinuierlich durch den Mahlraum gepumpt. Dabei werden die suspendierten Feststoffe durch Prall- und Scherkräfte zwischen den Mahlkörpern zerkleinert bzw. dispergiert. Der Austrag ist von der Bauform abhängig und erfolgt beispielsweise durch ein Sieb am Mühlenende.
Das Rührwerk ist in der Regel durch eine Rührwerkswelle gebildet, die dazu dient, Scheiben oder radial abstehende Stifte zu drehen, insbesondere um in Flüssigkeit verteilte Feststoffe zu deagglomerieren und zu zerkleinern. Die Rührwerkswelle wird in der Regel motorisch angetrieben. Als geeignete Rührelemente finden insbesondere Scheibenrührer mit einer Mehrzahl von an einer Rührwelle angeordneten Mahlscheiben Verwendung. Die Mahlscheiben sind meist kreisförmig und können mit Durchlassöffnungen versehen sein. Über die Durchlassöffnung wird insbesondere die Produktströmung sichergestellt. Bekannt sind auch Scheiben mit radial abstehenden Erhebungen, die sich von der inneren Peripherie der Scheibe nach außen erstrecken, um eine intensivere Aktivierung der Mahlkörper zu erzielen.
Aus dem Stand der Technik bekannte glatte Mahlscheiben erzeugen überwiegend Schichtströmungen der Mahlkörper in radialer und tangentialer Richtung, wobei die Mahlkörper aneinander reiben. Axiale Impulse (Pralleffekte) sind dabei kaum wirksam.
DE 60115392 T2 beschreibt eine Feinmühle mit verbesserter Mahlscheibe. Wenigstens eine der Mahlscheiben weist einen sich axial erstreckenden Stift auf, der nach außen radial versetzt zur Welle und nach innen radial versetzt zur äußeren Kante der Mahlscheibe angebracht ist und ein distales Ende aufweist, das einem glatten Oberflächenteil einer nächsten benachbarten Mahlscheibe zugewandt ist. Der Stift wirkt als Aktivierungselement positiv auf die Mahlkörperbewegung. Insbesondere aktivieren die Stifte der Mahlscheiben die Mahlkörper wechselseitig in axialer Richtung. Dies führt vermehrt zu Kontakten zwischen den Mahlkörpern und damit zu effektiveren Zerkleinerungsvorgängen.
Der vorbeschriebene Stand der Technik weist jedoch auch Nachteile auf. Exzenterscheiben erzeugen beispielsweise eine Unwucht, die zu Vibrationen der Rührwerkskugelmühle führt. Die sogenannten Trinex-Scheiben - diese weisen eine Grundform in Form eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken auf - können die Mahlkörper nicht optimal aktivieren beziehungsweise bewirken einen nicht ausreichenden Leistungseintrag in das Mahlgut bzw. die Mahlkörperpackung. Bei den in der DE 60115392 T2 beschriebenen Mahlscheiben ergibt sich eine starke Verdrängung der Mahlkörper in den Trennbereich hinein, in dem die Mahlkörper vom Produkt getrennt werden. In diesem Trennbereich sollte die Mahlkörper Konzentration jedoch möglichst niedrig sein.
Das Dokument DE 1 632 424 A1 offenbart eine Rührwerkskugelmühle mit einer Rührwelle, an welcher eine Vielzahl von scheibenförmigen Elementen vorgesehen ist. Die scheibenförmigen Elemente umfassen gewölbte Profile, welche unterschiedlich ausgebildet sein können. Die Profile können in Form von Schlitzen, Nuten, Durchbrüchen oder Vorsprüngen gebildet sein und eine Breite in etwa von 5 bis 15% des Scheibendurchmessers aufweisen. Auf den scheibenförmigen Elementen können zwei bis maximal zehn Profile angeordnet werden.
Das Dokument EP 0 410 229 A1 beschreibt eine Rührwerkskugelmühle zur Feinstmahlung. An einer Rührwelle sind mehrere Mahlscheiben vorgesehen. Die Mahlscheibe ist einseitig oder beidseitig mit einer oder mehreren exzentrisch umlaufenden angeschrägten Wirkflächen versehen. Die Kanten der Mahlscheiben können nach einer oder nach beiden Seiten hin abgeschrägt sein, während eine Ober- und/oder eine Unterseite der Scheibe mit umlaufenden, vorzugsweise mit kreiszentrischen zickzackförmig verlaufenden angeschrägten, Prallflächen nach innen und/oder nach außen versehen ist/sind.
Die Offenlegungsschrift US 2014/0008473 A1 offenbart eine Rührwerkskugelmühle, bei welcher an einer Rührwelle diverse Mahlscheiben angeordnet sind. Die Mahlscheiben können je nach Ausführungsform unterschiedlich ausgebildete Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen.
Der Gegenstand der Offenlegungsschrift DE 16 07 533 A1 beschreibt eine Rührwerkskugelmühle zum Feinstmahlen für Suspensionen, bei welcher an einer Rührwelle exzentrische Vollscheiben angeordnet sind. Die Exzenterscheiben können unterschiedlich ausgebildet sein und bspw. Löcher oder Schlitze umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Exzenterscheiben mit konzentrischen wulstartigen Rippen versehen sein, welche sowohl auf der Vorder- als auch auf der Hinterseite angeordnet sein können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rührwerkskugelmühle mit Mahlscheiben bereitzustellen, die eine Verbesserung der Mahlwirkung und / oder Effizienz der Rührwerkskugelmühle bewirken und die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen.
Die obige Aufgabe wird durch eine Rührwerkskugelmühle gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle zur Bearbeitung und insbesondere Zerkleinerung von Mahlgut mit Hilfe von Mahlkörpern. Eine solche Rührwerkskugelmühle umfasst ein Rührwerk mit einer drehbaren axialen Rührwelle und mit mindestens zwei spiegelbildlich an der axialen Rührwelle im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Mahlscheiben. Die Mahlscheiben weisen insbesondere zwei kreisrunde Stirnseiten mit im Wesentlichen senkrecht zur axialen Rührwelle des Rührwerks ausgebildeten Stirnseitenebenen auf. Die Mahlscheibe umfasst erste Bereiche, in denen eine erste der zwei Stirnseiten erste Erhebungen (Erhöhungen) gegenüber der ersten Stirnseitenebene aufweist. Weiterhin umfasst die Mahlscheibe zweite Bereiche, in denen eine zweite der zwei Stirnseiten zweite Erhebungen (Erhöhungen) gegenüber der zweiten Stirnseitenebene aufweist. Die Erhebungen der jeweiligen Stirnseiten bilden jeweils Strömungskanäle für den Produktstrom aus Mahlgut und Mahlkörpern aus. Der Produktstrom wird durch die Strömungskanäle von den Stirnseitenebenen der Mahlscheibe weg gelenkt, insbesondere wird der Produktstrom in den Zwischenraum zwischen zwei Mahlscheiben gelenkt. Die durch die Erhebungen ausgebildeten Strömungskanäle bewirken wechselseitige axiale Impulse auf die Mahlkörper und die Ausbildung von so genannten Entlastungs- und Verdichtungszonen. Dies führt zu Vibrationen bzw. Turbulenzen und somit einer erhöhten Stoßfrequenz zwischen den Mahlkörpern.
Durch die spiegelbildliche Anordnung der Mahlscheiben können Vertiefungen der einen Mahlscheibe direkt gegenüberliegend zu Vertiefungen der anderen Mahlscheibe ausgebildet und Erhöhungen der einen Mahlscheibe direkt gegenüberliegend zu Erhöhungen der anderen Mahlscheibe ausgebildet sein. Erfindungsgemäß sind durch die spiegelbildliche Anordnung der Mahlscheiben Erhöhungen der einen Mahlscheibe direkt gegenüberliegend zu Erhöhungen der anderen Mahlscheibe ausgebildet und eine zwischen zwei Erhöhungen liegende erste Stirnseitenebene der einen Mahlscheibe direkt gegenüberliegend zu einer zwischen zwei Erhöhungen liegenden zweiten Stirnseitenebene der anderen Mahlscheibe ausgebildet.
Die Erhebungen der Stirnseiten vergrößern weiterhin die aktive Oberfläche der Stirnseiten der Mahlscheibe, wodurch die Aktivierung der Mahlkörper verstärkt wird. Insbesondere bewirken die erfindungsgemäßen Erhebungen in radialer Ausrichtung der Mahlscheibe eine Erhöhung von axialen Stoßeffekten.
Die Mahlscheibe umfasst erste Bereiche, in denen die erste Stirnseite Erhebungen gegenüber der ersten Stirnseitenebene aufweist. Dagegen weist die Mahlscheibe in diesen Bereichen auf der zweiten gegenüberliegenden Stirnseite Vertiefungen gegenüber der zweiten Stirnseitenebene auf. Insbesondere weist die Mahlscheibe in diesem ersten Bereich dieselbe Dicke wie in benachbarten Bereichen auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Mahlscheibe zweite Bereiche umfassen, in denen die eine erste Stirnseite Vertiefungen gegenüber der ersten Stirnseitenebene aufweist und wobei die Mahlscheibe in diesen zweiten Bereichen auf der zweiten Stirnseite zweite Erhebungen gegenüber der zweiten Stirnseitenebene aufweist. Insbesondere entsprechen die Bereiche, in denen die erste Stirnseite erste Erhebungen aufweist den Bereichen der Mahlscheiben, in denen die zweite Stirnseite zweite Vertiefungen aufweist und vice versa. Insbesondere stellt die zweite Stirnseite somit ein inverses Abbild der ersten Stirnseite der Mahlscheibe dar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mahlscheibe in ersten Bereichen auf der ersten Stirnseite Erhebungen aufweist und in zweiten Bereichen auf der zweiten Stirnseite Erhebungen aufweist. In den ersten Bereichen entspricht die zweite Stirnseite der zweiten Stirnseitenebene und in den zweiten Bereichen entspricht die erste Stirnseite der ersten Stirnseitenebene.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Erhebungen radial von einer zentralen Wellenöffnung für die Rührwelle des Rührwerks zu einem äußeren Rand beziehungsweise Außenumfang der Mahlscheibe. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Erhebungen und / oder die Vertiefungen von einer zentralen Wellenöffnung für die Rührwelle des Rührwerks zu einem äußeren Rand beziehungsweise Außenumfang der Mahlscheibe, wobei die Vertiefungen in einem Winkel ungleich 0° zu den Radien der Mahlscheibe ausgebildet sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Vertiefungen in einem Winkel zwischen 15° und 75° zu den Radien der Mahlscheibe ausgebildet.
Die Erhebungen und Vertiefungen einer Stirnseite können beispielsweise in einem regelmäßigen Muster alternierend ausgebildet sein, das heißt Erhebungen und Vertiefungen sind abwechselnd in einem gleichmäßigen Muster auf der jeweiligen Stirnseite angeordnet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und / oder Vertiefungen an sich jeweils strukturiert sind und so genannten Unterstrukturen aufweisen. Bei den Unterstrukturen handelt es sich beispielsweise um ein weiteres Profil aus kleineren Erhebungen und Vertiefungen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Mahlscheibe im Bereich der zentralen Wellenöffnung eine erste Stärke auf. Dagegen weist die Mahlscheibe im Bereich ihres Außenumfangs eine zweite Stärke auf, die größer ist als die erste Stärke. Das heißt, insbesondere nimmt die Stärke der Mahlscheibe radial nach außen hin zu. Dies führt ebenfalls zur Ausbildung von Verdichtungs- und / oder Entlastungszonen. In eine solche sich nach außen verdickende Mahlscheibe können beispielsweise Vertiefungen eingefräst werden, um die gewünschten alternierenden axialen Bewegungen im Mahlgut- Mahlkörper- Produktstrom zu erzielen. Insbesondere werden wechselseitige Einfräsungen verwendet, um ein oben beschriebenes Muster zu erhalten, bei dem erhöhte Bereiche auf der einen Stirnseite mit Vertiefungen auf der anderen Stirnseite korrespondieren.
Alternativ kann eine konische Erweiterung beziehungsweise Verdickung der Mahlscheibe zum äußeren Rand hin sukzessive auf unterschiedlichen inneren Radien beziehungsweise Kreisringen der Mahlscheibe erfolgen. In Verbindung mit gegensätzlich gerichteten Einfräsungen in benachbarten Ringen kann eine weitere Intensivierung der Radialströmung bewirkt werden, wobei ebenfalls Druckdifferenzen erzeugt und somit Kavitationseffekte bewirkt werden.
Beispielsweise können die Stirnseiten der Mahlscheibe jeweils in mindestens zwei Kreisringe unterteilt sein, wobei innerhalb der Kreisringe alternierende Bereiche mit Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet sind. Insbesondere ist wiederum vorgesehen, dass Bereiche derart ausgebildet sind, dass beispielsweise auf der ersten Stirnseite Erhebungen und auf der zweiten Stirnseite Vertiefungen ausgebildet sind. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass Vertiefungen in einem inneren Kreisring auf einer Stirnseite der Mahlscheibe keine oder nur bereichsweise Angrenzungsbereiche mit Vertiefungen in einem angrenzenden äußeren Kreisring derselben Stirnseite der Mahlscheibe aufweisen. Zusätzlich ist vorgesehen, dass Erhebungen im inneren Kreisring auf einer Stirnseite der Mahlscheibe keine oder nur bereichsweise Angrenzungsbereiche mit Erhebungen im angrenzenden äußeren Kreisring auf derselben Stirnseite der Mahlscheibe aufweisen.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform einer in mindestens zwei Kreisringen unterteilten Mahlscheibe weisen die Vertiefungen in einem inneren Kreisring keine Angrenzungsbereiche mit Vertiefungen in einem angrenzenden äußeren Kreisring auf. Zudem weisen die Erhebungen im inneren Kreisring keine Angrenzungsbereiche mit Erhebungen im angrenzenden äußeren Kreisring auf. Insbesondere sind innerhalb eines Kreissegments umfassend ein Teilsegment des inneren Kreisrings und ein Teilsegment des äußeren Kreisrings eine Erhebung und eine Vertiefung fluchtend angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer in mindestens zwei Kreisringen unterteilten Mahlscheibe weisen die Vertiefungen in einem inneren Kreisring keine Angrenzungsbereiche mit Vertiefungen in einem angrenzenden äußeren Kreisring auf. Dagegen weisen Erhebungen im inneren Kreisring bereichsweise Angrenzungsbereiche mit Erhebungen im angrenzenden äußeren Kreisring auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Muster aus Erhebungen und Vertiefungen auf einer Stirnseite der Mahlscheibe nicht zu 100% invers auf der anderen Stirnseite der Mahlscheibe nachgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer in mindestens zwei Kreisringen unterteilten Mahlscheibe sind die Vertiefungen in einem inneren Kreisring in einem ersten Winkel ungleich 0° zu den Radien der Mahlscheibe ausgebildet. Dagegen sind die Vertiefungen in einem angrenzenden äußeren Kreisring in einem zweiten Winkel ungleich 0° zu den Radien der Mahlscheibe ausgebildet, wobei der erste Winkel ungleich dem zweiten Winkel ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Winkel um einen spitzen Winkel und bei dem zweiten Winkel um einen negativen spitzen Winkel gegenüber einem Radius der Mahlscheibe. Beispielsweise werden die Mahlscheiben aus einem Vollmaterial hergestellt, in das die Vertiefungen eingearbeitet, insbesondere eingefräst, werden, um somit die Erhebungen und / oder Vertiefungen gegenüber einer Stirnseitenebene der Mahlscheibe auszubilden. Durch das Einfräsen der Vertiefungen in das Vollmaterial ist es möglich, die Vertiefungen mit verschiedenen Winkeln in die Mahlscheibe einzubringen, so dass die Vertiefungen nicht radial zur Scheibenachse aufgeteilt sind.
Die Mahlscheibe kann auch mittels anderer geeigneter Verfahren aus einem Vollmaterial hergestellt werden, beispielsweise mittels eines Umformverfahrens wie Formgießen oder Ähnlichem.
Gemäß der Erfindung sind mindestens zwei benachbarte Mahlscheiben an einer Rührwelle derart angeordnet, dass die jeweils einander direkt gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils spiegelbildlich ausgebildet sind. Insbesondere sind Vertiefungen der einen Mahlscheibe direkt axial gegenüberliegend zu Vertiefungen der anderen Mahlscheibe ausgebildet und Erhöhungen der einen Mahlscheibe sind direkt axial gegenüberliegend zu Erhöhungen der anderen Mahlscheibe ausgebildet. Dadurch gibt es zwischen den beiden Mahlscheiben im Bereich der jeweiligen Vertiefungen verbreiterte Bereiche mit einem größeren Abstand zwischen den beiden Mahlscheiben. Dies sind sogenannte Entlastungszonen. Weiterhin gibt es zwischen den beiden Mahlscheiben im Bereich der jeweiligen Erhöhungen verengte Bereiche mit einem geringeren Abstand zwischen den beiden Mahlscheiben. Dies sind sogenannte Verdichtungszonen. Zwischen den Entlastungszonen und den Verdichtungszonen besteht eine Druckdifferenz, wodurch axiale Pulse erzeugt werden. Dies führt zu Schwingungen in dem Mahlgut- Mahlkörper- Produktstrom und damit zu einer zusätzlichen Beanspruchung der Mahlgut- Partikel. Weiterhin kann eine Mahlscheibe für ein Rührwerk einer Rührwerkskugelmühle zur Bearbeitung und insbesondere Zerkleinerung von Mahlgut mit Hilfe von Mahlkörpern mit den vorbeschriebenen Merkmalen vorgesehen sein.

Figurenbeschreibung

Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

Figuren 1A bis 1D zeigen verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform einer Mahlscheibe.
Figuren 2A bis 2B zeigen verschiedene Möglichkeiten von weiteren Ausführungsformen von Matlscheiben.
Figur 3 zeigt weitere Ausführungsformen der Strukturierung Mahlscheiben.
Figuren 4A bis 4D zeigen verschiedene Ansichten einer vierten Ausführungsform einer Mahlscheibe.
Figur 5 zeigt das Strömungsverhalten von Mahlkörpern zwischen zwei Mahlscheiben gemäß den Figuren 1A bis 1D.
Figur 6 zeigt das Strömungsverhalten von Mahlkörpern zwischen zwei Mahlscheiben gemäß den Figuren 1A bis 1D, die in der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
Figuren 1A bis 1D zeigen verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform einer Mahlscheibe 1, 1a. Insbesondere zeigt Figur 1A eine Draufsicht auf eine erste Stirnseite 4 einer Mahlscheibe 1a, Figur 1B zeigt einen Schnitt durch eine Mahlscheibe 1a entlang der in Figur 1A dargestellten Schnittlinie A-A, Figur 1C zeigt eine Seitenansicht auf eine Mahlscheibe 1a und Figur 1D zeigt eine perspektivische Darstellung einer Mahlscheibe 1a. Die Mahlscheibe 1a umfasst einen kreisförmigen Scheibenkörper 3 mit einer zentralen Achsöffnung 2 für die Rührachse des Rührwerks (nicht dargestellt). Weiterhin weist die Mahlscheibe 1a Durchströmöffnungen 10 für das Mahlgut und die Mahlkörper auf.
Die Mahlscheibe 1a weist auf beiden Stirnseiten 4, 5 jeweils Erhöhungen 6, 6* auf. Die zwischen den Erhöhungen 6, 6* ausgebildeten Vertiefungen werden im Folgenden auch als Nuten 7, 7* bezeichnet, die die Mahlscheibe 1a jeweils nicht ganz durchdringen. Die Erhöhungen 6, 6* und Nuten 7,7* können willkürlich oder auch regelmäßig angeordnet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Erhöhungen 6, 6* und Nuten 7,7* regelmäßig beabstandet angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass einer ersten Erhöhung 6 auf der ersten Stirnseite 4 eine korrespondierende zweite Nut 7* auf der zweiten Stirnseite 5 zugeordnet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass einer ersten Nut 7 auf der ersten Stirnseite 4 eine korrespondierende zweite Erhöhung 6* auf der zweiten Stirnseite 5 zugeordnet ist.
Durch o.g. Ausgestaltung der Mahlscheibe 1a kommt es zu axialen Impulsen auf die Mahlkörper unter Ausbildung von sogenannten Entlastungs- und Verdichtungszonen. Das heißt die Erhöhungen 6, 6* und Nuten 7, 7* bewirken einen nach außen gerichteten Mahlgut- Mahlkörperstrom S, wobei der Mahlgut-Mahlkörperstrom S insbesondere durch die Nuten 7, 7* nach außen abgeleitet wird. Die Erhöhungen 6, 6* und Nuten 7, 7* bewirken weiterhin zusätzliche Vibrationen in den Mahlkörpern beziehungsweise in der Mahlgut- Mahlkörperpackung und führen somit zu einer hohen Stoßfrequenz zwischen den Mahlkörpern beziehungsweise Mahlgut- Mahlkörperpackungen.
Weiterhin entstehen durch die Vertiefungen 7, 7* Druckunterschiede an der Oberfläche der Stirnseiten 4, 5, welche zu Kavitationseffekten führen und den Dispergiereffekt verstärken können.
Durch die Erhöhungen 6, 6* und Vertiefungen 7, 7* wird weiterhin die aktive Scheibenoberfläche der Stirnseiten 4, 5 vergrößert. Dies führt zu einer erhöhten beziehungsweise intensiveren Aktivierung der Mahlkörper. In der dargestellten Ausführungsform ist die Mahlscheibe 1a mit Durchlassöffnungen 10 zur Erzeugung von gezielten Produktströmungen versehen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Mahlscheibe keine Durchlassöffnungen auf. Die Ausführungsform einer Mahlscheibe 1a mit Durchlassöffnungen 10 weist allerdings den Vorteil auf, dass die Durchlassöffnungen 10 die Aktivierung der Mahlkörper, insbesondere an den durch die Durchlassöffnungen 10 zusätzlich gebildeten Kanten der Mahlscheibe 1a, erhöhen. Bei Mahlscheiben ohne Durchlassöffnungen strömt der gesamte Mahlgut- Mahlkörperstrom an den Mahlscheiben vorbei.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass weitere Nuten in bereits vorhandenen Nuten 7, 7* verlaufen, das heißt, die Vertiefungen 7, 7* weisen eine weitere Unterstruktur auf.
Figuren 2A bis 2B zeigen verschiedene Möglichkeiten von weiteren Ausführungsformen von Mahlscheiben 1, 1b. Insbesondere ist die Mahlscheibe 1b in Viertelkreissektoren I bis IV aufgeteilt, wobei jeder Viertelkreissektor I bis III eine unterschiedliche Ausführungsform einer Mahlscheibe 1b-I, 1b-II, 1b-III, 1b-IV mit unterschiedlicher Ausbildung von Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 darstellt. Hierbei sind die Erhöhungen 6 beziehungsweise Vertiefungen 7 durch weitere Strukturen 6U, 7U unterteilt, beispielsweise findet sich gemäß Figur 2B in einem erhöhten Bereich 6 eine gezackte Profilierung 6U. Insbesondere sind mehrerer Reihen mit Erhöhungen 6U hintereinander angeordnet. Hierbei sind die Erhöhungen 6U immer versetzt, so dass auf eine Erhöhung 6U immer eine Aussparung beziehungsweise ein Zwischenraum 8 folgt. Die Größe der Erhöhungen 6U und Aussparungen beziehungsweise Zwischenräume 8 kann immer gleich oder variabel sein, wobei auch die Anordnung von Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 in unterschiedlichen Größen auf einer Mahlscheibe 1 denkbar ist.
Sektor I zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1b-I. Hierbei ist die Mahlscheibe 1c-I in radiale Sektoren 11 gleichr Größe unterteilt, wobei ein radialer Sektor 11 von der Mitte der Mahlscheibe 1b-I zum äußeren Rand hin in einen inneren Untersektor 12a und einen äußeren Untersektor 12b unterteilt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass ein innerer Untersektor 12a insbesondere Erhöhungen 6 und der radial angrenzende äußere Untersektor 12b dagegen Vertiefungen 7 aufweisen. Weiterhin ist vorgesehen, dass Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 in direkt benachbarten inneren Untersektoren 12a beziehungsweise direkt benachbarten äußeren Untersektoren 12b jeweils abwechselnd angeordnet sind. Insbesondere sind die Untersektoren 12a, 12b regelmäßig alternierend angeordnet, die die die Sektoren 11 stellen jeweils Winkelsegmente gleicher Größe dar. Die Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 weisen jeweils zumindest annähernd eine Trapezform auf.
Sektor II zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1b-II. Hierbei weisen die radialen Sektoren 11a, 11b jeweils unterschiedliche Winkelbreiten auf. Analog zur Mahlscheibe 1b-I sind die Erhöhungen 6 in einem äußeren Kreisring eines radialen Sektors 11 angrenzend an Vertiefungen 7 eines inneren Kreisrings desselben radialen Sektors 11 und angrenzend an Vertiefungen 7 eines äußeren Kreisrings eines direkt benachbarten radialen Sektors 11.
Sektor III zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1b-III. Hierbei weisen die radialen Sektoren 11 jeweils unterschiedliche Winkelbreiten auf. Weiterhin sind Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 unregelmäßig ausgebildet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Vertiefung 7 teilweise in einen benachbarten radialen Sektor 11 hineinragt.
Sektor IV zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1b-IV. Hierbei weisen die radialen Sektoren 11 jeweils unterschiedliche Winkelbreiten auf. Weiterhin sind Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 nur in jedem zweiten radialen Sektor 11 ausgebildet wobei die Anordnung der Erhöhungen 6 und Vertiefungen im inneren und äußeren Kreisring jedes zweigeteilten radialen Sektors 11 jeweils gleich ist. Figur 3 zeigt weitere Ausführungsformen der Strukturierung von Mahlscheiben 1, 1c. Insbesondere ist die Mahlscheibe 1c in Viertelkreissektoren I bis IV aufgeteilt, wobei jeder Viertelkreissektor I bis III eine unterschiedliche Ausführungsform einer Mahlscheibe 1c-I, 1c-II, 1c-III mit unterschiedlicher Ausbildung von Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 darstellt. Hierbei sind die Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 aus einem Vollmaterial herausgearbeitet, insbesondere sind die Vertiefungen 7 aus dem Vollmaterial herausgefräst. Dadurch ist es einfach möglich, Vertiefungen 7 mit verschiedenen Winkeln in die Mahlscheibe 1c-I, 1c-II, 1c-III einzubringen, so dass die Vertiefungen 7 nicht radial zur Scheibenachse aufgeteilt sein müssen.
Sektor I zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1c-I mit radialen Sektoren 11, die von der Mitte der Mahlscheibe 1c-I zum äußeren Rand hin in innere Untersektoren 12a und äußere Untersektoren 12b unterteilt sind. Insbesondere sind die Sektoren 11 zweireihig unterteilt. Hierbei ist vorgesehen, dass ein innerer Untersektor 12a insbesondere Erhöhungen 6 und der radial angrenzende äußere Untersektor 12b dagegen Vertiefungen 7 aufweisen. Weiterhin ist vorgesehen, dass Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 in direkt benachbarten inneren Untersektoren 12a beziehungsweise direkt benachbarten äußeren Untersektoren 12b jeweils abwechselnd angeordnet sind. Insbesondere sind die Untersektoren 12a, 12b regelmäßig alternierend angeordnet, die die die Sektoren 11 stellen jeweils Winkelsegmente gleicher Größe dar. Die Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 weisen jeweils zumindest annähernd eine Trapezform auf.
Sektor II zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1c-II, bei der ebenfalls eine Unterteilung in einen inneren Kreisring 13 und einen äußeren Kreisring 14 vorgesehen ist. Innerhalb der Kreisringe 13, 14, sind Erhöhungen 6 vorgesehen, die in der Draufsicht jeweils die Form eines gleichschenkligen Trapezes zeigen. Weiterhin sind Vertiefungen 7 vorgesehen, die in der Draufsicht die Form eines Rechtecks zeigen. Die Erhöhungen 6 und Vertiefungen 7 sind innerhalb eines Kreisrings 13, 14 regelmäßig und alternierend angeordnet. Die Vertiefungen 7 weisen eine Breite B auf, die geringer ist als längere Breitseite einer Erhöhung 613 im inneren Kreisring 13 und geringer als die kürzere Breitseite einer Erhöhung 614 im äußeren Kreisring 14. Vorzugsweise weisen die rechteckigen Vertiefung 713, 714 im inneren und äußeren Kreisring 13, 14 jeweils dieselbe Breite B auf.
Die Vertiefungen 7 sind derart angeordnet, dass die Mittelachse einer trapezförmigen Erhöhung 614 im äußeren Kreisring 14 und die Mittelachse einer rechteckigen Vertiefung 713 im inneren Kreisring 13 auf einer gemeinsamen Achse liegen und dass die Mittelachse einer rechteckigen Vertiefung 714 im äußeren Kreisring 14 und die Mittelachse einer trapezförmigen Erhöhung 613 im inneren Kreisring 13 ebenfalls auf einer gemeinsamen Achse, insbesondere auf einem Radius r der Mahlscheibe 1c-II, liegen. Insbesondere grenzt eine rechteckige Vertiefung 7₁₃ des inneren Kreisrings 13 an eine trapezförmige Erhöhung 614 im äußeren Kreisring 14. Aufgrund der oben beschriebenen Breite B der rechteckigen Vertiefungen 7 und der beschriebenen Anordnung ergibt sich somit eine Überschneidung der Erhöhungen 6₁₃, 6₁₄, das heißt insbesondere, dass die trapezförmigen Erhöhungen 613, 614 des inneren und äußeren Kreisringes 13, 14 bereichsweise aneinander grenzen. Ein solcher Angrenzungsbereich wird unter Verweis mit der Referenznummer 15 dargestellt.
Sektor III zeigt eine Ausführungsform einer Mahlscheibe 1c-III, bei der Vertiefungen 7 in verschiedenen Winkeln α1, α2 in die Mahlscheibe 1c-III eingebracht wurden, so dass die Vertiefungen 7 nicht radial zur Scheibenachse aufgeteilt sind. Insbesondere weisen die Vertiefungen 7 jeweils annähernd die Form eines Parallelogramms auf. Die Vertiefungen 713 in dem inneren Kreisring 13 sind in einem ersten Winkel α1 ungleich 0° zu einem Radius r der Mahlscheibe 1c-III ausgebildet. Dagegen sind die Vertiefungen 714 in dem angrenzenden äußeren Kreisring 14 in einem zweiten Winkel α2 ungleich 0° zu einem Radius r der Mahlscheibe 1c-III ausgebildet. Es handelt sich jeweils um spitze Winkel α1, α2 jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen. Alternativ könnte es sich auch jeweils um spitze Winkel mit gleichem Vorzeichen aber unterschiedlichem Betrag handeln.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, innerhalb eines Kreisrings 13, 14 parallelogrammähnliche Vertiefungen 7 mit jeweils unterschiedlichen Winkeln zu einem Radius r der Mahlscheibe 1c-III vorzusehen.
Figuren 4A bis 4D zeigen verschiedene Ansichten einer vierten Ausführungsform einer Mahlscheibe 1, 1d. Bei dieser wird der axiale Impuls bzw. die Verdichtungs- und/oder Entlastungszone durch unterschiedlich tiefe Einfräsungen erzielt. Insbesondere ist eine Dicke der Mahlscheibe 1d im Bereich eines inneren Durchmesser d_I und eines äußeren Durchmessers d_A gleich.
Insbesondere weist die Mahlscheibe 1d wechselseitige Vertiefungen 7 beziehungsweise Einfräsungen auf, die zu alternierenden axialen Bewegungen des Mahlguts und der Mahlkörper führen. Durch die entstehenden Aktivierungsflächen wird weiterhin eine Intensivierung der Radialströmung S bewirkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform könnte die Mahlscheibe 1d analog zu den in den Figuren 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen Einfräsungen auf unterschiedlichen inneren Radien beziehungsweise Kreisringen aufweisen. Beispielsweise können gegensätzlichen Einfräsungen in benachbarten Ringen vorgesehen sein (vergleiche Mahlscheibe 1c-III in Figur 3). Die Einfräsungen können hierbei beispielsweise unterschiedlich tief ausgebildet sein und / oder unregelmäßig angeordnet sein. Insbesondere können die Form, die Winkelanordnung und / oder die Breite der Einfräsungen unterschiedlich gewählt werden. Analog zu dem in den Figuren 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel einer Mahlscheibe 1a bewirken Druckdifferenzen hier ebenfalls vorteilhafte Kavitationseffekte.
Figur 5 zeigt das Strömungsverhalten von Mahlkörpern zwischen zwei ersten Mahlscheiben 1a gemäß dem in den Figuren 1a bis 1D dargestellten ersten Ausführungsbeispiels. Die Strukturierung der Stirnflächen 4, 5 der Mahlscheiben 1a insbesondere durch Erhöhungen 6 und Nuten 7 bewirken einen nach außen gerichteten Mahlgut- Mahlkörperstrom S. Der Mahlgut-Mahlkörperstrom S wird insbesondere durch die Nuten 7 in den Zwischenraum Z zwischen den Mahlscheiben 1a abgeleitet. Zusätzlich finden vermehrt Vibrationen in den Mahlkörpern beziehungsweise in der Mahlgut- Mahlkörperpackung statt, die zu einer erhöhten Stoßfrequenz zwischen den Mahlkörpern beziehungsweise innerhalb der Mahlgut- Mahlkörperpackungen führen und dadurch eine intensivere Beanspruchung der Mahlgutpartikel bewirken.
Figur 6 zeigt das Strömungsverhalten von Mahlkörpern zwischen zwei Mahlscheiben 1a, 1a* in einer Rührwerkskugelmühle gemäß der Erfindung, wobei die Mahlscheiben 1a, 1a* spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Durch die spiegelbildliche Anordnung der Mahlscheiben 1a, 1a* sind Vertiefungen 7 der einen Mahlscheibe 1a direkt gegenüberliegend zu Vertiefungen 7* der anderen Mahlscheibe 1a* ausgebildet und Erhöhungen 6 der einen Mahlscheibe 1a sind direkt gegenüberliegend zu Erhöhungen 6* der anderen Mahlscheibe 1a* ausgebildet. Dadurch ergeben sich im Zwischenraum Z zwischen den beiden Mahlscheiben 1a, 1a* durch den jeweils nach außen gerichteten Mahlgut- Mahlkörperstrom S insbesondere Verdichtungszonen V und Entlastungszonen E, in denen der Mahlgut- Mahlkörperstrom S jeweils unterschiedlichen Kräften ausgesetzt ist. Die Verdichtungszonen V werden dabei insbesondere in dem Bereich zwischen den beiden Mahlscheiben 1a, 1a* ausgebildet, der aufgrund der jeweiligen Erhöhungen 6, 6* der Mahlscheiben 1a, 1a*verengt ist und indem der relative Abstand A1 zwischen den beiden Mahlscheiben 1a, 1a* verringert ist.
Die Entlastungszonen E werden dabei insbesondere in dem Bereich zwischen den beiden Mahlscheiben 1a, 1a* ausgebildet, der aufgrund der jeweiligen Vertiefungen 7, 7* der Mahlscheiben 1a, 1a*verbreitert ist und indem der relative Abstand A2 zwischen den beiden Mahlscheiben 1a, 1a* erhöht ist. Zwischen den Entlastungszonen E und den Verdichtungszonen V besteht eine Druckdifferenz, wodurch axiale Pulse erzeugt werden. Dies führt zu Schwingungen in dem Mahlgut-Mahlkörperstrom S und damit zu einer zusätzlichen Beanspruchung der Mahlgut-Partikel.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1: Mahlscheibe
2: zentrale Achsöffnung
3: Scheibenkörper
4: erste Stirnseite
5: gegenüberliegende Stirnseite
6: Erhöhung
7: Vertiefung / Nut
8: Zwischenraum
10: Durchströmöffnung
11: Sektor
12: Untersektor
13: innerer Kreisring
14: äußerer Kreisring
15: Angrenzungsbereich

α: Winkel
A: relativer Abstand
B: Breite
D: Durchmesser
E: Entlastungszone
I bis IV: Viertelkreissektoren
r: Radius
S: Mahlgut- Mahlkörper- Produktstrom
V: Verdichtungszone
Z: Zwischenraum

Claims

Rührwerkskugelmühle zur Bearbeitung und insbesondere Zerkleinerung von Mahlgut mit Hilfe von Mahlkörpern, umfassend ein Rührwerk mit einer drehbaren axialen Rührwelle, mit mindestens zwei spiegelbildlich an der axialen Rührwelle im Wesentlichen diesbezüglich senkrecht angeordneten Mahlscheiben (1a, 1a*), die Mahlscheiben (1a, 1a*) umfassend jeweils zwei Stirnseiten (4, 5) mit im Wesentlichen orthogonal zur axialen Rührwelle des Rührwerks ausgebildeten Stirnseitenebenen, wobei jede der besagten Mahlscheiben (1a, 1a*) Bereiche umfasst, in denen eine erste der zwei Stirnseiten (4) erste Erhebungen (6) gegenüber der ersten Stirnseitenebene aufweist und wobei jede der besagten Mahlscheiben (1a, 1a*) Bereiche umfasst, in denen eine zweite der zwei Stirnseiten (5) zweite Erhebungen (6*) gegenüber der zweiten Stirnseitenebene aufweist, wobei durch die Erhebungen (6) auf jeder Stirnseite jeweils Strömungskanäle für einen Mahlgut und Mahlkörper umfassenden Produktstrom (S) ausgebildet sind, wobei durch die spiegelbildliche Anordnung der Mahlscheiben (1a, 1a*) die Erhebungen (6) der einen Mahlscheibe (1a) direkt gegenüberliegend zu den Erhebungen (6*) der anderen Mahlscheibe (1a*) ausgebildet und eine zwischen zwei Erhebungen (6) liegende erste Stirnseitenebene der einen Mahlscheibe (1a) direkt gegenüberliegend zu einer zwischen zwei Erhebungen liegenden zweiten Stirnseitenebene der anderen Mahlscheibe (1a*) ausgebildet sind.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, wobei sich die Erhebungen (6, 6*) gegenüber den Stirnseiten (4, 5) radial von einer zentralen Wellenöffnung (2) für die Rührwelle des Rührwerks zu einem äußeren Rand der Mahlscheibe (1) erstrecken.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erhebungen (6, 6*) jeweils strukturiert sind.
Rührwerkskugelmühle nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Mahlscheibe (1) im Bereich der zentralen Wellenöffnung (2) eine erste Stärke aufweist und wobei die Mahlscheibe (1) im Bereich ihres Außenumfangs eine zweite Stärke aufweist, wobei die erste Stärke geringer ist als die zweite Stärke.
Rührwerkskugelmühle nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Mahlscheibe (1) mittels eines Umformverfahrens, beispielsweise mittels Formgießens, hergestellt ist.