TW202233305A

TW202233305A - 耐磨轉子

Info

Publication number: TW202233305A
Application number: TW111102367A
Authority: TW
Inventors: 柯內爾弗雷費爾; 愛德華納特
Original assignee: 瑞士商布勒股份有限公司
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2022-09-01
Also published as: CN116801985A; US20240042454A1; WO2022179750A1; KR20230148343A; EP4049758A1; JP2024507484A; TWI832144B

Abstract

一種用於攪拌磨機的轉子，具有一般性的圓柱形轉子體，其外壁界定了研磨室的內表面，在攪拌磨機運行期間，待處理的待磨物料流經該研磨室。在轉子體的轉子末端上設有陶瓷環，其中轉子末端與攪拌磨機的產品入口相對。本發明進一步係關於一種具有根據本發明之轉子的攪拌磨機、一種根據本發明的轉子在用於製造分散體之攪拌磨機中的用途以及一種製造轉子的方法。

Description

耐磨轉子

本發明係關於一種用於攪拌磨機的轉子，特別是一種耐磨的、形狀穩定的塑膠轉子。

攪拌磨機在於液體中研磨並分散固體方面具有廣泛應用。例如，攪拌磨機被用來製造黏合劑、印刷油墨、化妝品、藥品或被用來製造電池漿料的原料（特別是矽）。立式攪拌磨機中的研磨室通常由圍繞豎直定向之中心縱軸旋轉的轉子及定子所形成，在研磨室中製造分散體，必要時使用研磨助劑，例如陶瓷球。為此可在轉子及/或定子上安裝例如圓銷形式之研磨工具。待磨物料經產品入口進入研磨室，於該處被研磨，並且經產品出口排出。此種攪拌磨機例如披露於EP 1 992 412 A1。

特別是在製造電池漿料的原料時，必須達到x50=100至200 nm之細度，此需要較長研磨時間。由於待加工固體具有磨蝕性，研磨室中加工區的明顯磨損是可預見的。此外，應避免最終產品中的金屬污染，因此，攪拌磨機較佳採用不含金屬的轉子來代替常用的鋼轉子。

在先前技術中，使用陶瓷轉子及塑膠轉子是已知的。然而，陶瓷轉子的製造成本極高，且構造複雜。例如，SSiC或SiSiC因其硬度而極為耐磨，但亦因此而容易斷裂。此兩種陶瓷亦具有極佳之導熱性，明顯高於鋼。但問題在於須製造大型部件。

使用塑膠轉子亦能避免金屬污染。然而，根據待磨物料，此種類型的轉子可能會很快出現機械磨損。特別是在研磨介質施壓的區域（高能量密度區域），塑膠材料受損嚴重。還須總是事先檢查用於轉子的塑膠是否與待磨物料相容，即，是否能確保該塑膠的耐化學性。塑膠的導熱性普遍較差，此係極為不利的。

本發明的一個目的在於提供一種用於攪拌磨機的低成本轉子，該轉子形狀穩定，特別是能耐受普通溶劑，尤其可用於製造電池漿料。要使磨蝕性固體的濕磨成為可能，但不讓最終產品受到有害磨損。

本發明的基本思路在於為攪拌磨機的轉子使用在高能量密度區域、特別是在加工區的下部區域（即轉子下端）具有陶瓷耐磨元件的轉子體。在豎向佈置的攪拌磨機中，由於重力及產品固體所引起的研磨介質偏轉，再加上轉子的高轉速，特別是在加工區的底部，即轉子的下部區域，轉子會出現嚴重磨損。一般來說，攪拌磨機的最大磨損出現在轉子末端，即與產品入口相對的部位。

因此，本發明提供一種轉子，該轉子具有一般性的圓柱形轉子體，其外壁界定了研磨室的內表面，在攪拌磨機運行期間，待處理的待磨物料流經該研磨室。在轉子的高能量輸入區域中設有陶瓷環。此區域為轉子與攪拌磨機的產品入口相對之一側。在立式攪拌磨機中，此為轉子體的下段。陶瓷環的表面特別是形成界定研磨室內表面之轉子外壁的一部分。該部分較佳延伸至佈置在轉子外壁上的研磨工具處。如此，陶瓷環可被研磨工具固定住，以防止扭轉及/或脫落。

陶瓷環較佳與轉子體連接，特別是螺接、黏接或形狀配合式連接。根據較佳實施方式，若轉子體由塑膠構成，則亦可將陶瓷環澆鑄在轉子體中。

陶瓷環可具有基本呈L形的截面，其中L形陶瓷環的長邊（即其側邊）佈置於轉子的外表面。作為替代方案，陶瓷環可具有基本呈U形的截面，其側邊分別佈置於轉子的外表面及內表面。

較佳地，由陶瓷環形成的轉子外壁部分的長度L與轉子外徑D的比率L/D在0.05與0.5之間。形成轉子外壁的陶瓷環部分的厚度S1與轉子總壁厚S2的比率S1/S2較佳在0.1與0.9之間。

塑膠轉子可具有以下材料中的至少一種：PA、PET、PEEK、PVDF及POM。陶瓷環則又可具有下列材料中的至少一種：ZrO ₂、SSiC，SiSiC及Si ₃N ₄。

本發明進一步提供一種具有根據本發明之轉子的攪拌磨機。根據習知磨機，根據本發明的攪拌磨機進一步具有包括定子內壁的定子，其中轉子佈置在定子內部。此外設有產品入口及產品出口，研磨室形成於定子內壁與轉子外壁之間。待磨物料可經由產品入口進入研磨室，並經由產品出口離開研磨室。

轉子外徑D與定子內徑D2之比較佳為0.6 ≤ D/D2 ≤ 0.95。此外，攪拌磨機可具有佈置在轉子的一個部分以內的內定子，其中在轉子與內定子的外壁之間形成產品出口。內定子的外徑d22與轉子的內徑d1之比較佳為0.8 ≤ d22/d1 ≤ 0.98。

本發明進一步係關於一種根據本發明的轉子在用於製造分散體、特別是用於製造電池漿料之攪拌磨機中的用途，以及一種製造轉子的方法。該方法包括將陶瓷環與轉子體連接，特別是黏接、螺接或形狀配合式連接之步驟。

圖1示例性地圖示根據先前技術豎向佈置之攪拌磨機的一部分。圖1所示的攪拌磨機照常具有帶內部研磨室8的研磨容器或定子2。研磨室8中至少部分地裝有研磨介質43。攪拌磨機進一步具有內定子22及可圍繞中心縱軸19旋轉的轉子35。轉子35上安裝有伸入研磨室8的第一工具38。容器壁或定子內壁9上安裝有伸入研磨室8的第二工具74。經過處理的待磨物料透過轉子35與內定子22之間的間隙被導引至擋住研磨介質43的保護篩30處，並經由排出管路31排出。

圖2示出用於如圖1所示之立式攪拌磨機的轉子的截面圖。根據本發明如圖所示之實施方式，該轉子具有一般性的圓柱形轉子體351，該轉子體具有外壁32。具有外徑D的轉子體351可由塑膠或鋼製成，其中塑膠為首選。轉子與圖1所示的定子一起在攪拌磨機運行期間形成研磨室，待處理的待磨物料流經該研磨室。

立式攪拌磨機之轉子上的最大磨損通常形成於轉子的下部區域，即由於重力及待磨物料與研磨介質的偏轉，再加上轉子的高轉速而產生高能量密度之區域。一般來說，無論在立式攪拌磨機還是在臥式攪拌磨機中，造成最大磨損的區域是在運行過程中與產品入口相對的區域。根據本發明，恰是在此區域中設置環形耐磨環，該耐磨環由堅硬的、因此極為耐磨的陶瓷材料製成。在此列舉ZrO ₂、SSiC、SiSiC及Si ₃N ₄等材料作為例子。如此一來，轉子35可絕大部分由低成本的轉子本體製成，但有磨損風險的部分則由耐磨的陶瓷材料取代。

如圖2中標有Y的部分所詳細圖示的那樣，陶瓷環352可實質上具有L形輪廓，其中L的短邊形成底面，長邊（即L的側邊）形成外側32的下段，即造成最大磨損的部分。因此，陶瓷環352形成外側32的長度L的下段以及具有總壁厚S2之轉子的底面。

陶瓷環352與轉子體連接，例如螺接、黏接，或在塑膠轉子體的情況下，亦可澆鑄在塑膠中。在轉子的外側32，陶瓷環352較佳延伸至最下面一排研磨工具38，如圖2中標有X的部分所示。如此，陶瓷環352可進一步被工具38固定住，特別是防止扭轉或脫落。

陶瓷環的壁厚S1與轉子的總壁厚S2的關係較佳為0.1 ＜ S1/S2 ＜ 0.9。

圖3示出根據本發明另一實施方式之轉子的截面圖。如圖2所示，轉子體351的下段上安裝有陶瓷耐磨元件。根據圖3所示的實施方式，該耐磨元件仍以陶瓷環352之形式實現，但與圖2不同，該陶瓷環具有基本呈U形的輪廓，因此除了底面及外側32的一部分外，轉子內側的一部分表面（即產品出口的一部分）亦被耐磨元件透過U的第二側邊增強了。這在圖3中標有Y的部分有更詳細之圖示。在外側32，陶瓷環352仍可至少延伸之最下面一排研磨工具38，如圖3中標有X的部分所示。

本發明進一步提供一種使用根據本發明之轉子的攪拌磨機。為此，僅圖1中示例性所圖示的轉子35被根據本發明如圖2或圖3所示的轉子取代。根據此種攪拌磨機的典型伸展度，得出轉子35的外徑與定子2的內徑之比為0.6至0.95。內定子22的外徑與轉子35的內徑之比例如為0.8至0.98。

根據本發明的轉子特別是可藉由將陶瓷環352與轉子體351連接而製成。此點特別是可透過黏接、螺接或形狀配合式連接而實現。若轉子體352由塑膠構成，則亦可將陶瓷環352澆鑄在塑膠體351中。

根據本發明的轉子及使用此轉子的攪拌磨機特別適用於製造需要高細度的分散體，例如x50=100至200 nm之細度，由此需要較長研磨時間，其中此等分散體須儘可能地保持無金屬污染。例如，電池漿料的原料製造即屬於此種情況。

2:定子 8:研磨室 9:定子內壁 19:中心縱軸 22:內定子 30:保護篩 31:排出管路 32:外壁 35:轉子 38:研磨工具 43:研磨介質 74:第二工具 351:轉子體 352:陶瓷環 D:外徑 L:長度 S1:壁厚 S2:總壁厚

下面將參考圖式對本發明進行詳細說明，其中：

圖1為先前技術之立式攪拌磨機的截面圖，

圖2為用於根據本發明實施方式之立式攪拌磨機的轉子截面圖，以及

圖3為用於根據本發明另一實施方式之立式攪拌磨機的轉子截面圖。

32:外壁

35:轉子

38:研磨工具

351:轉子體

352:陶瓷環

D:外徑

L:長度

S1:壁厚

S2:總壁厚

Claims

一種用於攪拌磨機的轉子（35），包括：一般性的圓柱形轉子體（351），其外壁（32）界定了研磨室的內表面，在該攪拌磨機運行期間，待處理的待磨物料流經該研磨室，陶瓷環（352），佈置在該轉子體（351）的轉子末端，其中該轉子末端與該攪拌磨機的產品入口相對。
如請求項1所述之轉子（35），其中，該轉子（35）被配置為用於立式攪拌磨機。
如請求項1或2所述之轉子（35），其中，該陶瓷環（352）與該轉子體（351）連接，特別是螺接或形狀配合式連接。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，該陶瓷環（352）的表面形成界定該研磨室之該內表面之該轉子外壁（32）的一部分。
如請求項4所述之轉子（35），其中，該部分延伸至佈置在該轉子之該外壁（32）上的研磨工具（38）處，並且該陶瓷環（352）被該等研磨工具（38）固定住，以防止扭轉及/或脫落。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，該轉子體（351）由塑膠構成。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，該陶瓷環（352）具有基本呈L形的截面，其中該L形陶瓷環（352）的側邊佈置於該轉子（35）的該外表面（32）。
如請求項1至6中任一項所述之轉子（35），其中，該陶瓷環（352）具有基本呈U形的截面，其中該U形陶瓷環（352）的側邊分別佈置於該轉子（35）的該外表面（32）及內表面。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，該轉子（35）之該外壁（32）的由該陶瓷環（352）所形成之部分的長度L與該轉子（35）之外徑D的比率L/D在0.05與0.5之間。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，轉子壁厚S1與該陶瓷環（352）之形成該轉子（35）的該外壁（32）之該部分的厚度S2的比率S1/S2在0.1與0.9之間。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，該轉子體（351）具有以下材料中的至少一種：PA、PET、PEEK、PVDF及POM。
如前述請求項中任一項所述之轉子（35），其中，該陶瓷環（352）具有下列材料中的至少一種：ZrO ₂、SSiC，SiSiC及Si ₃N ₄。
一種攪拌磨機，包括：如前述請求項中任一項所述之轉子（35）；具有定子內壁（9）的定子（2），其中該轉子（35）佈置在該定子（2）內部，產品入口，及產品出口，其中在該定子內壁（9）與該轉子（35）的該外壁（32）之間形成研磨室（8），其中該待磨物料可經由該產品入口進入該研磨室（8），並經由該產品出口離開該研磨室（8）。
一種如請求項1至12中任一項所述之轉子（35）在用於製造分散體、特別是用於製造電池漿料之攪拌磨機中的用途。
一種製造如請求項1至12中任一項所述之轉子（35）的方法，其特徵在於以下步驟： - 將陶瓷環（352）與該轉子體（351）連接，特別是黏接、螺接或形狀配合式連接。