EP3102332B1

EP3102332B1 - Rührwerkskugelmühle

Info

Publication number: EP3102332B1
Application number: EP15702511.5A
Authority: EP
Inventors: Benedikt SIMONS; Guillaume Martin
Original assignee: Willy A Bachofen AG
Current assignee: Willy A Bachofen AG
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: ES2669612T3; EP2905080A1; EP3102332A1; KR102385148B1; JP6734195B2; MY180354A; CN106061613A; PL3102332T3; DK3102332T3; US10464069B2; KR20160117601A; CN106061613B; US20170014830A1; WO2015118090A1; JP2017505228A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle gemäss dem unabhängigen Patentanspruch.
Eine Rührwerkskugelmühle der gattungsgemässen Art ist z.B. in WO 2010/112274 beschrieben. Die dort beschriebene Rührwerkskugelmühle umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Mahlkammer, die durch einen Mantel und je eine einlass- und eine auslassseitige Stirnwand begrenzt ist, sowie eine drehbar gelagerte Rührwelle, auf der innerhalb der Mahlkammer schaufelradartige, auch als Acceleratoren bezeichnete Rührorgane axial gegenseitig beabstandet angeordnet sind. In der Nähe der einlassseitigen Stirnwand ist ein Einlass zur Zufuhr von Mahlgut und Mahlkörpern angeordnet und in der auslassseitigen Stirnwand ist ein Auslass zur Entnahme des gemahlenen Guts vorgesehen, welcher durch ein Mahlkörper zurückhaltendes Separator-Sieb von der Mahlkammer abgetrennt ist. Im Betrieb werden die Rührwelle und damit die mit ihr drehfest verbundenen Rührorgane durch einen externen Motor in Rotation versetzt. Ähnlich aufgebaute Rührwerkskugelmühlen sind z.B. in EP 0 627 262 und EP 2 272 591 beschrieben.
Diese mit schaufelradartigen Rührorganen versehenen Rührwerkskugelmühlen befördern während des Mahl- und/oder Dispergierprozesses einen Teil des aus Mahlkörpern und dem zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gut gebildeten Gemisches radial nach aussen, woraufhin mindestens ein Teil des Gemisches Richtung Rührwelle und von dort zurück in die Förderkammern der Rührorgane strömt bzw. eingesaugt wird. Dieser Vorgang ist im Weiteren als Mahlkörperkreislauf bezeichnet.
Bei den bekannten Rührwerkskugelmühlen dieser Bauart tritt unter gewissen Konstellationen das Problem auf, dass während des Mahl- bzw. Dispergierprozesses nur ein unzureichender Teil des radial nach aussen beförderten aus Mahlkörpern und dem zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gut gebildeten Gemisches Richtung Rührwelle und von dort zurück in die Förderkanäle der Rührorgane strömt bzw. eingesaugt wird. Dies tritt vor allem dann auf, wenn die kinetische Energie der Mahlkörper so gross ist, dass ihre Trägheitskräfte grösser sind als die Schleppkräfte des zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Guts. In diesem Fall findet eine Trennung zwischen Mahlkörpern und dem zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gut statt, d.h. das zu mahlende und/oder zu dispergierende Gut wird vom beabsichtigten Mahlkörperkreislauf erfasst, während sich der überwiegende Teil der Mahlkörper zur Peripherie der Mahlkammer hin verdichtet. Dies kann einerseits dazu führen, dass in die Mahlkammer nachströmendes Produkt sich an den verdichteten Mahlkörpern aufstaut und sich dadurch der Druck in der Mahlkammer zunächst solange erhöht bis die Mahlkörperschicht unter dem Einfluss der Druckkräfte lokal aufreisst und sich der Druck dann spontan wieder verringert. Dies kann zu Vibrationen der Rührwerkskugelmühle führen. Eine weitere Folge der Ansammlung der Mahlkörper zur Peripherie der Mahlkammer hin kann ein suboptimales Mahlergebnis sein.
Durch die vorliegende Erfindung soll eine Rührwerkskugelmühle der gattungsgemässen Art so verbessert werden, dass sich die Mahlkörper nicht oder allenfalls nur in stark reduziertem Ausmass an der Peripherie der Mahlkammer anhäufen können, sondern möglichst vollständig vom zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gut mitgeschleppt und so dem Mahlkörperkreislauf zugeführt werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Rührwerkskugelmühle gelöst, wie sie durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs spezifiziert ist. Weitere vorteilhafte Aspekte ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Die erfindungsgemässe Rührwerkskugelmühle umfasst eine Mahlkammer, eine zumindest teilweise in die Mahlkammer hineinragende, drehbar gelagerte Rührwelle, auf der innerhalb der Mahlkammer Rührorgane axial in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und einen Einlass zur Zufuhr von Mahlgut und Mahlkörpern sowie einen Auslass zur Entnahme des gemahlenen Guts, wobei die Rührorgane je mindestens eine Förderkammer aufweisen und so ausgebildet sind, dass sie im Betrieb ein aus zu mahlendem bzw. zu dispergierendem Gut und Mahlkörpern bestehendes Gemisch durch ihre mindestens eine Förderkammer hindurch von der Rührwelle weg nach aussen fördern, und wobei in der Mahlkammer mit der Rührwelle drehfest verbundene Rückförderorgane angeordnet sind, welche im Betrieb das Gemisch seitlich neben und/oder zwischen den Rührorganen nach innen zur Rührwelle hin fördern.
Der Begriff durch die Förderkammer "hindurch" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das zu mahlende bzw. zu dispergierende Gut von der Rührwelle weg in die Förderkammer hinein, in der Förderkammer nach aussen, und dann aussen wieder aus der Förderkammer heraus gefördert wird. Die Rückförderorgane erzeugen ein nach innen zur Rührwelle gerichtetes Strömungsfeld, was die Schleppkräfte des zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gutes erhöht. Mahlkörper, die in Kontakt mit diesen Rückförderorganen kommen, erhalten einen ebenfalls nach innen zur Rührwelle hin gerichteten Impuls. Beides unterstützt die Aufrechterhaltung des gewünschten Mahlkörperkreislaufs.
Gemäss einem Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die Rückförderorgane seitlich an den Rührorganen angeordnet. "Seitlich" bedeutet, dass die Rückförderorgane auf denjenigen Seiten der Rührorgane angeordnet sind, die in Richtung der Drehachse der Rührwelle weisen (die Drehachse der Rührwelle steht also senkrecht auf diesen Seiten), beispielsweise stehen die Rückförderorgane von seitlichen Stirnflächen der Rührorgane ab. Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die Rückförderorgane in einem Abstand seitlich neben und/oder zwischen den Rührorganen angeordnet. Beide Aspekte sind in konstruktiver Hinsicht besonders günstig.
Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die Rückförderorgane seitlich an mindestens einem mit der Rührwelle drehfest verbundenen separaten (vorzugsweise scheibenförmigen) Träger angeordnet. Dadurch können die Rührorgane und die Rückförderorgane unabhängig voneinander optimiert und hergestellt werden.
Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die Rückförderorgane als Rückförderschaufeln ausgebildet.
Dabei können die Rührorgane gemäss einem weiteren Aspekt als Schaufelräder ausgebildet sein und Lenkschaufeln aufweisen, die von aussen in Drehrichtung der Rührorgane schräg nach innen angestellt sind und vorzugsweise in Drehrichtung der Rührorgane gekrümmt ausgebildet sind, wobei die Rückförderschaufeln gegen die Drehrichtung der Rührorgane schräg nach innen angestellt sind.
Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die Rückförderschaufeln in mindestens einer mit der Rührwelle drehfest verbundenen, als Schaufelrad ausgebildeten Rückfördereinheit angeordnet.
Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die Rückförderschaufeln in Drehrichtung gekrümmt ausgebildet.
Dabei kann der Krümmungsradius der Rückförderschaufeln beispielsweise 40% - 70% des äusseren Durchmessers der Rührorgane betragen.
Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle weisen die Rückförderschaufeln jeweils ein inneres Ende und ein äusseres Ende auf, wobei die Rückförderschaufeln an ihrem inneren Ende einem Winkel mit der Umfangsrichtung am Ort des jeweiligen inneren Endes einschliessen, der im Bereich von 5° bis 30° liegt.
Gemäss einem weiteren Aspekt der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle sind die auf der Rührwelle angeordneten Rührorgane als Ein-Kammer-Rührorgane und/oder als Zwei-Kammer-Rührorgane ausgebildet und weisen jeweils einen gleich grossen äusseren Durchmesser auf, wobei der Abstand zwischen einem Ein-Kammer-Rührorgan und einem benachbart angeordneten Ein-Kammer-Rührorgan oder zwischen einem Ein-Kammer-Rührorgan und einem benachbart angeordneten Zwei-Kammer-Rührorgan im Bereich von 10% - 20% des äusseren Durchmessers der Rührorgane liegt, und wobei der Abstand zwischen einem Zwei-Kammer-Rührorgan und einem benachbart angeordneten Zwei-Kammer-Rührorgan im Bereich von 30% - 40% des äusseren Durchmessers der Rührorgane liegt. Dadurch wird der Mahlkörperkreislauf weiter optimiert.
Weitere vorteilhafte Aspekte ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle mit Hilfe der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1: einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle;
Fig. 2-4: je eine perspektivische Schrägansicht von drei Acceleratoren;
Fig. 5: eine perspektivische Schrägansicht eines in der Rührwerkskugelmühle der Fig. 1 eingesetzten Accelerators;
Fig. 6: eine Skizze zur Verdeutlichung der gegenseitigen Positionierung diverser Elemente der Rührwerkskugelmühle;
Fig. 7: einen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle;
Fig. 8: eine perspektivische Schrägansicht einer Förderscheibe der Rührwerkskugelmühle der Fig. 7;
Fig. 9: einen Axialschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle;
Fig. 10: eine perspektivische Schrägansicht von auf der Rührwelle der Rührwerkskugelmühle der Fig. 9 angeordneten Elementen und
Fig. 11-13: je einen Axialschnitt durch drei weitere Ausführungsbeispiele einer Rührwerkskugelmühle.

Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen. Ferner sind die Begriffe stromaufwärts und stromabwärts in Bezug auf die generelle Richtung des Mahlgutstroms durch die Rührwerkskugelmühle, d.h. vom Mahlguteinlass zum Mahlgutauslass zu verstehen. Als "Rührorgane" werden im Folgenden "Acceleratoren" beschrieben, sodass die Begriffe synonym verwendet werden, wobei allerdings die Rührorgane grundsätzlich nicht auf die beschriebenen Acceleratoren beschränkt sind.
Wie die Schnittansicht der Fig. 1 zeigt, umfasst die erfindungsgemässe Rührwerkskugelmühle eine im Wesentlichen zylindrische Mahlkammer 1, die durch einen Mantel 2 und je eine einlass- und eine auslassseitige Stirnwand 3 bzw. 4 begrenzt ist. Durch die einlassseitige Stirnwand 3 ist eine extern oder in der Stirnwand drehbar gelagerte Rührwelle 5 durchgeführt, auf der innerhalb der Mahlkammer 1 drei schaufelradartige Rührorgane bzw. Acceleratoren 10, 20 und 30 axial voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Acceleratoren 10, 20 und 30 sind mit der Rührwelle drehfest verbunden und werden im Betrieb von dieser drehend angetrieben. In der Nähe der einlassseitigen Stirnwand 3 ist ein Einlass 6 zur Zufuhr von Mahlgut und Mahlkörpern angeordnet und in der auslassseitigen Stirnwand 4 ist ein Auslass 7 zur Entnahme des gemahlenen Guts vorgesehen, wobei der Auslass 7 durch ein die Mahlkörper zurückhaltendes Separator-Sieb 8 von der Mahlkammer 1 abgetrennt ist. In der auslassseitigen Stirnwand 4 ist ein gegen das Innere der Mahlkammer 1 hin offener Ringkanal 9 ausgebildet. Im Betrieb werden die Rührwelle und damit die mit ihr drehfest verbundenen Rührorgane bzw. Acceleratoren durch einen nicht dargestellten externen Motor in Rotation versetzt.
Der grundsätzliche Aufbau der drei Acceleratoren 10, 20 und 30 ist am besten aus den teilweise aufgeschnittenen perspektivischen Schrägansichten der Figuren 2-4 erkennbar. Dabei sind die für die Erfindung wesentlichen Elemente noch nicht dargestellt, auf diese wird erst weiter unten eingegangen.
Der im Folgenden als Ein-Kammer-Accelerator bezeichnete Accelerator 10 umfasst zwei parallele ringförmige Scheiben 11 und 12, zwischen denen gekrümmte Lenkschaufeln 14 angeordnet sind, die sich vom äusseren Umfang der Scheiben in Drehrichtung P schräg nach innen erstrecken. Die Scheibe 12 ist rührwellennah mit einer Reihe von Öffnungen 15 versehen, durch welche das Gemisch aus Mahlgut und Mahlkörpern in den Accelerator 10 eintreten kann. Die Öffnungen 15 können auch unter einem Winkel von 40° - 50° zur Rührwellenachse geführt werden oder geschlitzt ausgebildet sein. Die Scheibe 11 weist eine im Durchmesser verhältnismässig grosse zentrale Öffnung 16 (Fig. 1) auf, die demselben Zweck dient (Eintritt des Gemischs in den Accelerator). Die beiden ringförmigen Scheiben 11 und 12 definieren zwischen sich eine Förderkammer und bilden zusammen mit den Lenkschaufeln 14 ein Ein-Kammer-Schaufelrad, welches bei Drehung der Rührwelle 5 (Fig. 1) und damit des Accelerators 10 in Drehrichtung P das in der Förderkammer befindliche Gemisch aus Mahlgut und Mahlkörpern nach aussen in Richtung auf die Peripherie (Mantel 2) der Mahlkammer 1 fördert.
Der Accelerator 20 unterscheidet sich vom Accelerator 10 durch eine Ausbildung als Zwei-Kammer-Accelerator. Er umfasst drei parallele ringförmige Scheiben 21, 22 und 23, zwischen denen jeweils gekrümmte Lenkschaufeln 24 angeordnet sind, die sich vom äusseren Umfang der Scheiben in Drehrichtung P schräg nach innen erstrecken. Die mittlere Scheibe 23 bildet das tragende Element und ist drehfest auf der Rührwelle 5 angeordnet. Die mittlere Scheibe 23 ist ferner rührwellennah mit einer Reihe von Öffnungen 25 versehen, durch welche das Gemisch aus Mahlgut und Mahlkörpern hindurchtreten kann. Die Öffnungen 25 können auch unter einem Winkel von 40° - 50° zur Rührwellenachse geführt werden oder geschlitzt ausgebildet sein. Die beiden äusseren Scheiben 21 und 22 weisen je eine im Durchmesser verhältnismässig grosse zentrale Öffnung 26 auf, durch welche das Gemisch aus Mahlgut und Mahlkörpern in den Accelerator 20 eintreten kann. Die drei ringförmigen Scheiben 21, 22, 23 definieren zwischen sich zwei Förderkammern und bilden zusammen mit den Lenkschaufeln 24 ein Zwei-Kammer-Schaufelrad, welches bei Drehung der Rührwelle 5 (Fig. 1) und damit des Zwei-Kammer-Accelerators 20 in Drehrichtung P das in den Förderkammern befindliche Gemisch aus Mahlgut und Mahlkörpern nach aussen in Richtung auf die Peripherie (Mantel 2) der Mahlkammer 1 fördert.
Der im Folgenden als Zwei-Kammer-End-Accelerator bezeichnete Accelerator 30 ist im Prinzip gleich ausgebildet wie der Zwei-Kammer-Accelerator 20. Er umfasst zwei ringförmige äussere Scheiben 31 und 32 und eine mittlere Scheibe 33, zwischen denen jeweils gekrümmte Lenkschaufeln 34 angeordnet sind, die sich vom äusseren Umfang der Scheiben in Drehrichtung P schräg nach innen erstrecken. Der Zwei-Kammer-End-Accelerator 30 ist am freien Ende der Rührwelle 5 befestigt, wobei seine zentrale Scheibe 33 am Ende der Rührwelle angeschraubt ist. Alternativ könnte die mittlere Scheibe 33 auch ähnlich wie die mittlere Scheibe 23 des Accelerators 20 ausgebildet und auf der Rührwelle befestigt sein. Die mittlere Scheibe 33 ist wieder rührwellennah mit einer Reihe von Öffnungen 35 versehen und die beiden äusseren Scheiben 31 und 32 weisen je eine im Durchmesser verhältnismässig grosse zentrale Öffnung 36 auf. Die Öffnungen 35 können auch unter einem Winkel von 40° - 50° zur Rührwellenachse geführt werden oder geschlitzt ausgebildet sein. Die drei Scheiben 31, 32, 33 definieren zwischen sich zwei Förderkammern und bilden zusammen mit den Lenkschaufeln 34 wieder ein Zwei-Kammer-Schaufelrad, wobei allerdings die Lenkschaufeln zwischen der mittleren Scheibe 33 und der dem Auslass 7 zugewandten äusseren Scheibe 33 in axialer Richtung breiter sind als die Lenkschaufeln zwischen der mittleren Scheibe 33 und der anderen äusseren Scheibe 31. Der Zwei-Kammer-End-Accelerator 30 übergreift mit seinen breiteren Lenkschaufeln das Separator-Sieb 8 (Fig. 1).
In den Fig. 1 und auch in den Figuren 7 und 11-13 sind einige typische Maße der Mahlkammer 1 und der Acceleratoren 10, 20 und 30 eingetragen. Der Innendurchmesser der Mahlkammer 1 bzw. von deren Mantel 2 ist mit D bezeichnet. Mit d_a ist der (normalerweise für alle Acceleratoren gleiche) Aussendurchmesser der Acceleratoren 10, 20 und 30 bezeichnet. Er beträgt typischerweise 75% - 90% des Mahlkammerdurchmessers D. Das Maß d_i bezeichnet den (normalerweise für alle Acceleratoren gleichen) Durchmesser der zentralen Öffnungen 16, 26 und 36 der Acceleratoren 10, 20 und 30. Er beträgt typischerweise 70% - 80% des äusseren Durchmessers d_a. Mit cl, c2 und c3 sind die in axialer Richtung gemessenen Gesamtbreiten der Acceleratoren 10, 20 und 30 bezeichnet. Das Maß k bezeichnet die durch den Innenabstand von jeweils zwei benachbarten Scheiben 11, 12 bzw. 21, 23 und 23, 22 bzw. 31, 33 der Acceleratoren 10, 20 und 30 definierten Förderkammerbreiten der Acceleratoren 10, 20 und 30. Sie betragen typischerweise 5% - 15% des äusseren Durchmessers d_a. Mit a ist der axiale Abstand des der eintrittsseitigen Stirnwand 3 nächstliegenden Accelerators von der Stirnwand bezeichnet. Er beträgt typischerweise 10% - 15% des äusseren Durchmessers d_a. Die Maße b1 und b2 bezeichnen die axialen Abstände zwischen jeweils benachbarten Acceleratoren. Auf die Abstände b1 und b2 zwischen den Acceleratoren 10, 20 und 30 wird weiter unten noch näher eingegangen.
Im Betrieb der Rührwerkskugelmühle tritt das aus zu mahlendem bzw. zu dispergierendem Gut und Mahlkörpern bestehende Gemisch durch die rührwellennahen Öffnungen 16 bzw. 26 bzw. 36 in die Acceleratoren bzw. Rührorgane 10, 20 und 30 ein und wird durch deren Förderkammer bzw. Förderkammern hindurch aus den Acceleratoren bzw. Rührorganen heraus nach aussen in den peripheren bzw. mantelnahen Bereich der Mahlkammer 1 gefördert. Von dort strömt ein Teil des Gemisches im schon erwähnten Mahlkörperkreislauf seitlich neben und zwischen den Acceleratoren wieder in den rührwellennahen Bereich und wird von dort wieder in die Acceleratoren eingesaugt. Das gemahlene bzw. dispergierte Gut wird durch den Auslass 7 aus der Mahlkammer abgeführt. Die Öffnungen 15 bzw. 25 bzw. 35 dienen dazu, ein axiales Mahlkörpergefälle auszugleichen. Im Betrieb werden nämlich teilweise Mahlkörper stromabwärts (in Richtung vom Einlass zum Auslass) von einer Förderkammer zur nächsten verschleppt. Die Öffnungen 15 bzw. 25 und 25 besitzen durch ihre Schräge die Eigenschaft, die Mahlkörper stromaufwärts zu fördern und auf dieses Weise das Mahlköpergefälle auszugleichen.
Soweit entspricht die erfindungsgemässe Rührwerkskugelmühle in Aufbau und Funktionsweise dem Stand der Technik, wie er beispielsweise durch die schon eingangs angeführte WO 2010/112274 A1 , EP 0 627 262 B1 , oder EP 2 272 591 B1 repräsentiert ist. Der Fachmann bedarf daher soweit keiner näheren Erläuterung.
Um dem der Erfindung zugrundeliegenden Problem der Mahlkörper-Verdichtung im mantelnahen Bereich der Mahlkammer zu begegnen, sind gemäss einem ersten Erfindungsgedanken in der Mahlkammer 1 spezielle Rückförderorgane angeordnet, welche dafür sorgen, dass das besagte Gemisch mit möglichst allen darin enthaltenen Mahlkörpern vom mantelnahen Bereich in den rührwellennahen Bereich der Mahlkammer rückgefördert wird.
Im Ausführungsbeispiel der Rührwerkskugelmühle gemäss Fig. 1 sind diese Rückförderorgane seitlich an je einer oder beiden der äusseren Scheiben 11 bzw. 21 und 22 bzw. 31 der Acceleratoren 10, 20 und 30 angeordnet (sie stehen von den jeweiligen seitlichen Stirnflächen der äusseren Scheiben 11 bzw. 21 in Richtung der Drehachse der Rührwelle ab) und sind dort mit 17, 27 und 37 bezeichnet. Die Detaildarstellung der Fig. 5, welche den Accelerator 20 der Fig. 1 isoliert in perspektivischer Schrägansicht zeigt, lässt Gestalt und Anordnung der Rückförderorgane 27 deutlich erkennen.
An jeder der beiden äusseren ringförmigen Scheiben 21 und 22 des Accelerators 20 sind je vier in Drehrichtung P des Accelerators 20 gekrümmte Rückförderorgane in Form von Rückförderschaufeln 27 angeordnet. Die Rückförderschaufeln 27 sind im Prinzip ähnlich ausgebildet wie die Lenkschaufeln 24 des Accelerators 20, jedoch in Bezug auf die Drehrichtung entgegengesetzt angestellt, so dass sie bei Drehung des Accelerators 20 in Drehrichtung P eine Förderwirkung in umgekehrter Richtung entfalten, also von aussen nach innen in Richtung auf die Rührwelle zu. Die Anzahl Rückförderschaufeln 27 pro Seite des Accelerators 20 kann auch kleiner oder grösser als vier sein und beispielsweise bis zu zwanzig betragen.
Bei den Acceleratoren 10 und 30 sind die Rückförderorgane ebenfalls als Rückförderschaufeln 17 bzw. 37 ausgebildet und gleich angeordnet wie beim Accelerator 20, allerdings hier im Ausführungsbeispiel jeweils nur an einer Seite des Accelerators 10 bzw. 30. Die Anzahl von Rückförderschaufeln kann ebenfalls kleiner oder grösser als vier sein und beispielsweise ebenfalls bis zu zwanzig betragen.
Die in axialer Richtung gemessene Höhe h der Rückförderschaufeln 17, 27 und 37 beträgt etwa 5% - 15% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren 10, 20 und 30 (Fig. 1). Der Krümmungsradius r_s der Rückförderschaufeln 17, 27 und 37 beträgt vorzugsweise etwa 40% - 70% des äusseren Durchmessers d_a (Fig. 1) der Acceleratoren 10, 20 und 30 (Fig. 6). Der zwischen der Umfangsrichtung t_u am Ort der inneren Enden 27i der Rückförderschaufeln 17, 27 und 37 und der Tangente t_s an die inneren Enden der Rückförderschaufeln eingeschlossene Anstellwinkel α beträgt etwa 5° - 30° (Fig. 6).
Die Rückförderschaufeln 17, 27 und 37 erzeugen einerseits ein nach innen zur Rührwelle gerichtetes Strömungsfeld, was die Schleppkräfte des zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gutes erhöht. Andererseits erhalten Mahlkörper, die in Kontakt mit diesen Rückförderschaufeln kommen, einen ebenfalls nach innen zur Rührwelle gerichteten Impuls. Beides unterstützt die Aufrechterhaltung des gewünschten Mahlkörperkreislaufs.
In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle dargestellt. Ein erster Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht darin, dass auf der Rührwelle 5 anstelle des Ein-Kammer-Accelerators 10 ein weiterer Zwei-Kammer-Accelerator 20 auf der Rührwelle angeordnet ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind aber hier die Rückförderorgane nicht an den Rührorganen bzw. Acceleratoren 20 und 30 angeordnet, sondern sind als separate Rückfördereinheiten 40 ausgebildet und vorzugsweise mittig zwischen jeweils zwei Acceleratoren angeordnet.
Fig. 8 zeigt die Ausbildung einer solchen Rückfördereinheit 40 in einer perspektivischen Schrägansicht. Sie besteht aus einem scheibenförmigen Träger 41 und je vier an beiden Seiten des Trägers angeordneten Rückförderschaufeln 47. Der Träger 41 ist auf der Rührwelle 5 (Fig. 6) angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Ausserdem weist der Träger 41 im rührwellennahen Bereich eine Reihe von Öffnungen 45 auf, durch welche das Mahlgut/Mahlkörper-Gemisch hindurch strömen kann. Die Öffnungen 45 können auch unter einem Winkel von 40° - 50° zur Rührwellenachse geführt werden oder geschlitzt ausgebildet sein. Anordnung, Ausbildung und Anzahl der Rückförderschaufeln 47 sind gleich wie im Zusammenhang mit Fig. 5 und Fig. 6 erläutert und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele teilweise zu kombinieren und sowohl Rückförderschaufeln an den Acceleratoren als auch eine oder mehrere eigenständige Rückfördereinheiten vorzusehen.
Die Figuren 9 und 10 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Rührwerkskugelmühle. Hierbei sind wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 in der Mahlkammer 1 auf der Rührwelle 5 zwei Zwei-Kammer-Acceleratoren 20 und ein Zwei-Kammer-End-Accelerator 30 angeordnet, die alle ebenfalls nicht mit Rückförderschaufeln ausgestattet sind. Im Unterschied zu den beiden ersten Ausführungsbeispielen ist bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen zwei benachbarten der drei Acceleratoren jeweils eine als Zwei-Kammer-Schaufelrad ausgebildete Rückfördereinheit 50 angeordnet. Die Rückfördereinheiten 50 sind im Prinzip gleich ausgebildet wie die schaufelradartigen Zwei-Kammer-Acceleratoren 20. Sie weisen demnach drei ringförmige Scheiben 51, 52 und 53 und jeweils zwischen diesen gekrümmte und schräg nach innen angestellte Rückförderschaufeln 57 auf. Die Anstellrichtung der Rückförderschaufeln 57 ist jedoch entgegengesetzt zu derjenigen der Lenkschaufeln 24 und 34 in den Acceleratoren 20 und 30 (also gegen die Drehrichtung schräg nach innen), so dass sich bei gleicher Drehrichtung eine entgegengesetzt gerichtete Förderwirkung ergibt. Die mittlere Scheibe 53 ist drehfest auf der Rührwelle 5 befestigt und weist in ihrem rührwellennahen Bereich eine Reihe von nicht dargestellten Durchtrittsöffnungen auf. Die Öffnungen können auch unter einem Winkel von 40° - 50° zur Rührwellenachse geführt werden oder geschlitzt ausgebildet sein. Die beiden äusseren Scheiben 51 und 52 weisen je eine im Durchmesser verhältnismässig grosse zentrale Öffnung 56 auf. Die Scheiben 51, 53 sowie die Scheiben 52, 53 begrenzen jeweils eine Förderkammer, insgesamt also zwei Förderkammern, und bilden zusammen mit den Rückförderschaufeln 57 ein Zwei-Kammer-Schaufelrad analog dem Zwei-Kammer-Accelerator 20, jedoch mit Förderrichtung von aussen nach innen anstatt von innen nach aussen. Im Prinzip könnte die Rückfördereinheit 50 auch durch einen von der Orientierung her "verkehrt herum" auf der Rührwelle 5 montierten Zwei-Kammer-Accelerator 20 realisiert sein. Bezüglich Gestalt, Anordnung und Anzahl der Rückförderschaufeln 57 gelten dieselben Betrachtungen wie im Zusammenhang mit den beiden ersten Ausführungsbeispielen ausgeführt.
Die Rückfördereinheiten 50 können zwischen den einzelnen Acceleratoren im axialen Abstand von den Acceleratoren oder vorzugsweise lückenlos zwischen den Acceleratoren angeordnet sein, wobei sich dann eine besonders kompakte Bauform ergibt. Selbstverständlich ist es im Prinzip auch möglich, eine schaufelradartige Ein-Kammer-Rückfördereinheit analog dem Accelerator 10 auszubilden.
In den Figuren 11-13 sind drei weitere Ausführungsbeispiele einer Rührwerksmühle je in einem Axialschnitt dargestellt. Jedes der drei Ausführungsbeispiele umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Mahlkammer 1, die durch einen Mantel 2 und je eine einlass- und eine auslassseitige Stirnwand 3 bzw. 4 begrenzt ist. Durch die einlassseitige Stirnwand 3 ist eine extern oder in der Stirnwand drehbar gelagerte Rührwelle 5 durchgeführt, auf der innerhalb der Mahlkammer 1 schaufelradartige Rührorgane bzw. Acceleratoren axial im gegenseitigen Abstand angeordnet sind. Die Acceleratoren sind mit der Rührwelle drehfest verbunden und werden im Betrieb von dieser drehend angetrieben. In der Nähe der einlassseitigen Stirnwand 3 ist ein Einlass 6 zur Zufuhr von Mahlgut und Mahlkörpern angeordnet und in der auslassseitigen Stirnwand 4 ist ein Auslass 7 zur Entnahme des gemahlenen Guts vorgesehen, welcher durch ein Mahlkörper zurückhaltendes Separator-Sieb 8 von der Mahlkammer 1 abgetrennt ist. In der auslassseitigen Stirnwand 4 ist ein gegen das Innere der Mahlkammer 1 hin offener Ringkanal 9 ausgebildet.
Die Rührwerkskugelmühle der Fig. 11 entspricht im Prinzip derjenigen der Fig. 7 und umfasst zwei Zwei-Kammer-Acceleratoren 20 und einen Zwei-Kammer-End-Accelerator 30. Die Rührwerkskugelmühle der Fig. 12 umfasst drei Ein-Kammer-Acceleratoren 10 und einen Zwei-Kammer-End-Accelerator 30. Die Rührwerkskugelmühle der Fig. 13 entspricht im Prinzip derjenigen der Fig. 1 und umfasst einen Ein-Kammer-Accelerator 10, einen Zwei-Kammer-Accelerator 20 und einen Zwei-Kammer-End-Accelerator 30. Die Acceleratoren 10, 20 und 30 sind wie im Zusammenhang mit den Figuren 2-4 beschrieben ausgebildet und bedürfen deshalb keiner weiteren Erläuterung.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1, 7 und 9 sind bei den drei Ausführungsbeispielen der Figuren 11-13 der Rührwerkskugelmühle keine Rückförderorgane vorhanden. Das Problem der Mahlkörper-Verdichtung im mantelnahen Bereich der Mahlkammer wird bei diesen Ausführungsbeispielen dadurch gelöst, dass konstruktive Bedingungen geschaffen sind, unter denen die Mahlkörper vom zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gut mitgeschleppt und so dem Mahlkörperkreislauf zugeführt werden. Diese Bedingungen sind erfüllt, wenn das durch die Förderkammerbreite k definierte freie Volumen innerhalb der Acceleratoren mit dem durch den Abstand b1 bzw. b2 definierten Volumen zwischen jeweils zwei benachbarten Acceleratoren in einem bestimmten Verhältnis steht. Das Verhältnis ist dabei so gewählt, dass die Strecke, die die Mahlkörper zurücklegen, so lange ist, dass sie auf ihrem Weg ausreichend kinetische Energie abgeben können, so dass die resultierenden Trägheitskräfte geringer sind als die Schleppkräfte des zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Guts. Andererseits ist diese "Beruhigungsstrecke" hinreichend kurz gewählt, so dass die kinetische Energie ein ausreichend hohes Niveau behält, um die gewünschte intensive mechanische Beanspruchung des zu mahlenden und/oder dispergierenden Guts aufrecht zu erhalten.
Das erforderliche Verhältnis zwischen dem durch die Kanalbreite k definierten freien Volumen innerhalb eines Accelerators zu dem durch den Abstand zwischen zwei benachbarten Acceleratoren definierten Volumen ist gemäss des Ausführungsbeispiels durch eine spezielle Bemessung der Abstände b1 bzw. b2 zwischen den Acceleratoren realisiert. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 11 liegen die Abstände b2 zwischen den beiden Zwei-Kammer-Acceleratoren 20 bzw. zwischen dem mittleren Zwei-Kammer-Accelerator 20 und dem Zwei-Kammer-End-Accelerator 30 im Bereich von 30% - 40% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren 20 und 30.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 12 liegen die Abstände b1 zwischen jeweils zwei der Ein-Kammer-Acceleratoren 10 und der Abstand b1 zwischen dem dritten Ein-Kammer-Accelerator 10 und dem Zwei-Kammer-End-Accelerator 30 im Bereich von 10% - 20% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren 10 und 30.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 13 liegen der Abstand b1 zwischen dem Ein-Kammer-Accelerator 10 und dem benachbarten Zwei-Kammer-Accelerator 20 im Bereich von 10% - 20% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren 10, 20 und 30 und der Abstand b2 zwischen dem Zwei-Kammer-Accelerator 20 und dem Zwei-Kammer-End-Accelerator 30 im Bereich von 30% - 40% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren 10, 20 und 30.
Allgemein ist das für die Etablierung der oben erwähnten Bedingungen erforderliche Verhältnis zwischen dem durch die Förderkammerbreite k definierten freien Volumen innerhalb eines Accelerators zu dem durch die Abstände b1 und b2 definierten Volumen zwischen je zwei benachbarten Acceleratoren durch folgende Bemessungsvorschrift erreicht:

1. Der Abstand b1 zwischen einem Ein-Kammer-Accelerator 10 und einem benachbarten Ein-Kammer-Accelerator 10 oder zwischen einem Ein-Kammer-Accelerator 10 und einem benachbarten Zwei-Kammer-Accelerator 20 oder 30 im Bereich von 10% - 20% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren.
2. Der Abstand b2 zwischen zwei benachbarten Zwei-Kammer-Acceleratoren 20 oder 30 liegt im Bereich von 30% - 40% des äusseren Durchmessers d_a der Acceleratoren.

Die beschriebene Bemessung der Abstände zwischen den Acceleratoren 10, 20 und 30 kann mit Vorteil auch bei den mit Rückförderorganen ausgestatteten Ausführungsbeispielen gemäss den Figuren 1 und 7 angewandt werden. Zur Verdeutlichung dieser Kombinationsmöglichkeit sind die Abstände b1 und b2 in diesen Figuren ebenfalls eingetragen. Die optimierte Vergrösserung der Abstände zwischen den Acceleratoren gemäss der vorstehenden Bemessungsvorschrift führt in Kombination mit dem Einsatz von Rückförderorganen zu einer weiteren Verbesserung des Mahlkörperkreislaufs.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, soll jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Vielmehr sind für den Fachmann zahlreiche Modifikationen denkbar, ohne dabei von der Lehre der Erfindung abzuweichen. So können zum Beispiel in der Mahlkammer auch mehr als drei Rührorgane mit an bzw. zwischen diesen angeordneten Rückförderorganen vorgesehen sein. Der Schutzbereich wird daher durch die nachstehenden Patentansprüche definiert.

Claims

Rührwerkskugelmühle mit einer Mahlkammer (1), einer zumindest teilweise in die Mahlkammer (1) hineinragenden, drehbar gelagerten Rührwelle (5), auf der innerhalb der Mahlkammer (1) Rührorgane (10, 20, 30) axial in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und mit einem Einlass (6) zur Zufuhr von Mahlgut und Mahlkörpern sowie einem Auslass (7) zur Entnahme des gemahlenen Guts, wobei die Rührorgane (10, 20, 30) je mindestens eine Förderkammer aufweisen und so ausgebildet sind, dass sie im Betrieb ein aus zu mahlendem bzw. zu dispergierendem Gut und Mahlkörpern bestehendes Gemisch durch ihre mindestens eine Förderkammer hindurch von der Rührwelle weg nach aussen fördern, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mahlkammer (1) mit der Rührwelle (5) drehfest verbundene Rückförderorgane (17, 27, 37; 47; 57) angeordnet sind, welche im Betrieb das Gemisch seitlich neben und/oder zwischen den Rührorganen (10, 20, 30) nach innen zur Rührwelle (5) hin fördern.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, wobei die Rückförderorgane (17, 27, 37) seitlich an den Rührorganen (10, 20, 30) angeordnet sind.
Rührwerkskugelmühle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückförderorgane (47) in einem Abstand seitlich neben und/oder zwischen den Rührorganen (10, 20, 30) angeordnet sind.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 3, wobei die Rückförderorgane (47) seitlich an mindestens einem mit der Rührwelle (5) drehfest verbundenen separaten Träger (41) angeordnet sind.
Rührwerkskugelmühle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückförderorgane als Rückförderschaufeln (17, 27, 37; 47; 57) ausgebildet sind.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 5, wobei die Rührorgane (10, 20, 30) als Schaufelräder ausgebildet sind und Lenkschaufeln (14, 24, 34) aufweisen, die von aussen in Drehrichtung der Rührorgane schräg nach innen angestellt sind und vorzugsweise in Drehrichtung der Rührorgane gekrümmt ausgebildet sind, und wobei die Rückförderschaufeln (17, 27, 37; 47; 57) von aussen gegen die Drehrichtung der Rührorgane schräg nach innen angestellt sind.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Rückförderschaufeln (57) in mindestens einer mit der Rührwelle (5) drehfest verbundenen, als Schaufelrad ausgebildeten Rückfördereinheit (50) angeordnet sind.
Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Rückförderschaufeln (17, 27, 37; 47; 57) in Drehrichtung gekrümmt ausgebildet sind.
Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 8, wobei die Rührorgane (10, 20, 30) einen äusseren Durchmesser (d_a) aufweisen und der Krümmungsradius der Rückförderschaufeln (17, 27, 37; 47; 57) 40% - 70% des äusseren Durchmessers (d_a) der Rührorgane (10, 20, 30) beträgt.
Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Rückförderschaufeln (17, 27, 37; 47; 57) jeweils ein inneres Ende und ein äusseres Ende aufweisen, wobei die Rückförderschaufeln an ihrem jeweiligen inneren Ende (27i) einen Winkel (α) mit der Umfangsrichtung (t_u) am Ort des jeweiligen inneren Endes (27i) einschliessen, der im Bereich von 5° - 30° liegt.
Rührwerkskugelmühle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die auf der Rührwelle (5) angeordneten Rührorgane als Ein-Kammer-Rührorgane (10) und/oder als Zwei-Kammer-Rührorgane (20, 30) ausgebildet sind und jeweils einen gleich grossen äusseren Durchmesser (d_a) aufweisen, wobei der Abstand (b1) zwischen einem Ein-Kammer-Rührorgan (10) und einem benachbart angeordneten Ein-Kammer-Rührorgan oder zwischen einem Ein-Kammer-Rührorgan und einem benachbart angeordneten Zwei-Kammer-Rührorgan (10, 20, 30) im Bereich von 10% - 20% des äusseren Durchmessers (d_a) der Rührorgane liegt, und wobei der Abstand (b2) zwischen einem Zwei-Kammer-Rührorgan (20, 30) und einem benachbart angeordneten Zwei-Kammer-Rührorgan (20, 30) im Bereich von 30% - 40% des äusseren Durchmessers (d_a) der Rührorgane liegt.