WO2020207609A1 - Mahlverfahren und mahlvorrichtung - Google Patents

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WO2020207609A1
WO2020207609A1 PCT/EP2019/074801 EP2019074801W WO2020207609A1 WO 2020207609 A1 WO2020207609 A1 WO 2020207609A1 EP 2019074801 W EP2019074801 W EP 2019074801W WO 2020207609 A1 WO2020207609 A1 WO 2020207609A1
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grinding
rotor
stator housing
particles
liquid
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PCT/EP2019/074801
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English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Ouriev
Original Assignee
Arcolor Ag
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Publication date
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/14—Mills in which the charge to be ground is turned over by movements of the container other than by rotating, e.g. by swinging, vibrating, tilting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B02C17/161—Arrangements for separating milling media and ground material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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    • B02C17/18—Details
    • B02C17/1815—Cooling or heating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
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    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/16—Mills provided with vibrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B02C2017/165—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge with stirring means comprising more than one agitator

Definitions

  • the present invention relates to a grinding method for comminuting particles in a liquid according to the preamble of claim 1 and a grinding device according to the preamble of claim 8.
  • Small particles are required, for example, for the production of dyes.
  • Ball mills are often used to achieve the desired particle size distributions.
  • EP 0 290 840 A2 describes a ball mill in which a rotor is rotatably mounted about a central longitudinal axis in a stator housing.
  • the housing comprises stator disks which extend from the outer circumferential regions of the housing that run around the longitudinal axis inwardly towards the longitudinal axis.
  • Rotor disks are formed between directly adjacent stator disks, which are rotatable together about the longitudinal axis.
  • grinding gaps are formed around the rotor disk arranged there, which join one another in a serpentine manner in sectional planes through the longitudinal axis.
  • balls can be retained in fissure serpentines. The movements between balls and between balls and disks lead to a reduction in the size of the particles in the grist.
  • US Pat. No. 2,613,036 and GB 689 453 describe grinding devices in which a housing with balls can be rotated about a longitudinal axis and set in a vibratory movement in the direction of the longitudinal axis and / or perpendicular thereto.
  • GB 689 453 and also US Pat. No. 2,693,320 each show an embodiment in which two housings with balls coupled via a spring can be made to vibrate in the direction of the longitudinal axis.
  • GB 1 115 515 shows a solution in which a housing which can be set into vibration comprises a plurality of tubes with grinding balls inside. These solutions are unsuitable for producing small particles for paint.
  • US Pat. No. 5,246,173 describes a ball mill with a tubular housing and a rotor with stirring elements which is arranged therein and rotates about the longitudinal axis of the tube.
  • the housing is carried by brackets that can set the housing in vibratory motion via eccentric drives.
  • the particle size achieved when the rotor is rotating and vibrating is smaller than when the rotor is merely rotating or when vibration is only used.
  • the improvement in the grinding process is, however, relatively small in the case of the solution described and unsuitable for producing small particles for paints.
  • the present invention is based on the object of a grinding method and a
  • Oscillation, or vibration is performed along one or more axes of motion.
  • a grinding device in which, in addition to the relative rotational movement between the stator housing and the rotor arranged in the stator housing, a translational movement between the rotor and stator housing, for example an oscillation or vibration, can be carried out along one or more axes of movement is.
  • the inner wall of the stator housing is spaced from the rotor. This distance corresponds at least to the diameter of the grinding beads used during the grinding process and is preferably 0.05 to 20 mm.
  • the rotor and the stator housing form the working area of the grinding device.
  • a liquid with particles can be rotated about a machine axis through at least one grinding passage between the stator housing and the therein arranged first rotor out.
  • grinding beads are used during the grinding process and the liquid is mixed with the
  • the particles are passed through a separating device which separates grinding beads from the particles and the liquid.
  • the relative rotational movement and the relative translational movement are carried out between the stator housing and the first rotor.
  • the translational movement takes place between the stator housing and the first rotor in the direction of a machine axis.
  • the first rotor is preferably moved back and forth in the stator housing in the direction of the machine axis.
  • the liquid with particles is guided through at least one further grinding passage between the stator housing (14) and a second rotor arranged therein together with the first rotor so as to be rotatable about the machine axis.
  • the stator housing (14) and a second rotor arranged therein together with the first rotor so as to be rotatable about the machine axis.
  • Milling bead is used during the milling process.
  • liquid with the particles is passed through a separating device which separates grinding beads from the particles and the liquid.
  • a translational movement along the machine axis is carried out between the stator housing and the first and second rotors, the first and second rotors being moved with a phase shift of 180 degrees in the direction of a machine axis during the translational movement to one another.
  • the phase-shifted movement is preferably ensured by a mechanical coupling.
  • the first rotor and the second rotor are designed as a hollow shaft and are arranged within the stator housing on a rotor shaft rotatably mounted around the machine axis in the direction of the machine axis, with a drive means rotating the rotor shaft and with it the first and second rotors can be moved around the machine axis.
  • toggle lever is composed of three elements, which by a second Joint and a fourth joint are connected to one another by a first joint to the first rotor, by a fifth joint to the second rotor and by a third joint to a bracket on the rotor shaft.
  • ferromagnetic disk and at least one electromagnet for moving the ferromagnetic disk.
  • a first set of springs are connected to the first rotor and a second set of springs to the second rotor, and both sets of springs are each connected to the rotor shaft.
  • the spring constants of the spring assemblies taking into account the damping provided by the grinding beads, the liquid and other damping elements, are preferably selected so that the two rotors vibrate in resonance at a predetermined frequency, the at least one electromagnet in particular having a harmonic vibration and / or makes it possible to generate stochastic beats.
  • the amplitude and the frequency of the translational movement or the oscillation or vibration are optimized with a measurement of a distance value and / or an acceleration value.
  • the rotor or the stator housing can be rotated via a first drive means at a speed n1.
  • the stator housing can have a second
  • n1> n2 can be. If the grinding device is blocked by the grinding beads at high radial acceleration, the speed of the rotor can be increased compared to the speed of the stator housing. This means that n1 can exceed the value of 10,000 revolutions per minute or the current value of n2.
  • both the rotor and the stator housing rotate.
  • An embodiment is also possible in which the rotor is rotating, but not the stator housing or vice versa, ie the rotor is stationary and the stator housing is rotating.
  • the relative rotational movement between rotor and stator housing is decisive.
  • the purpose of the rotation of the stator housing is to create a suspension of the liquid and the particles as well as the grinding beads in a strong, radially directed
  • the rotor can be acted upon by a third drive device with an axial oscillation in the direction of the machine axis, so that the rotor within the stator housing oscillates relative to this along the machine axis. It is also conceivable that the rotor relative to the stator housing with a third drive device with an axial oscillation in the direction of the machine axis, so that the rotor within the stator housing oscillates relative to this along the machine axis. It is also conceivable that the rotor relative to the stator housing with a
  • Vibration is applied perpendicular to the machine axis, or that the
  • Stator housing is made to vibrate relative to the rotor.
  • a suspension i. a heterogeneous mixture of substances consisting of a liquid or a fluid and finely distributed solid bodies or particles can be introduced, which leaves the stator housing on the opposite side.
  • a control and regulation unit ensures that the drive means move at the desired speed or with the desired frequency.
  • Drive means are known motors, e.g. Electric motors with or without hollow shafts in combination with a suitable gear or a belt transmission. Hydraulic and / or pneumatic actuators are also conceivable.
  • the transmission can be implemented using gear wheels, chain drives or mechanical deflection devices. For the linear movement, electromagnetic drives or vibration magnets with suitable deflection devices are provided.
  • a second rotor which is linearly movable along the machine axis, is also arranged on the machine axis.
  • the first and the second rotor preferably vibrate simultaneously with a phase offset by 180 degrees, so that the forces that act on the grinding device are eliminated by the masses of the rotors moving in opposite directions to one another.
  • a stretch flow also known as a squish flow
  • a shear flow When two opposing surfaces move relative to one another, essentially two different types of flows can form: a stretch flow, also known as a squish flow, and / or a shear flow.
  • a suspension occurs, for example in a pseudoplastic one
  • Differential speed between the surfaces can change the definition of a moving and a stationary surface.
  • Movement that moves both surfaces towards and away from each other speaks one of a bilateral displacement principle: First there is an expansion of the suspension in the first directions and then a contraction in opposite directions
  • the suspension is moved periodically.
  • Advantageous frequencies of these vibrations are in the range from 1 Hz to 1000 Hz.
  • both movements and thus both types of flow can be used simultaneously.
  • both types of flow lead to a grinding effect or to a reduction in size of the particles.
  • Stator housing for example oscillation or vibration, leads to a significant increase in the grinding capacity.
  • Figure 1 shows schematically for a portion of a rotor 13 with a rotor shaft 12 and a stator housing 14, where during operation of the grinding device with a Drehbe movement of the rotor 13 (speed n1) and the stator housing 14 (speed n2) about a machine axis 11 and with a translational movement 28 between rotor 13 and stator housing 14 in the direction of the machine axis 1 1, the two aforementioned types of flow occur.
  • the suspension is conveyed from a fluid inlet 26 to a fluid outlet 27.
  • Seals 43a facing the fluid inlet 26 and the fluid outlet 27 are arranged between the rotor shaft 12 and the stator housing 14 in such a way that the suspension, after entering through the fluid inlet 26 into the stator housing 14, can only exit the stator housing 14 through the fluid outlet 27.
  • the stationary surface 21 is an area of the inner wall 30 of the stator housing 14, and the movable surface 22 is that outer surface of the rotor 13 which extends parallel to or in the direction of the machine axis 11 .
  • the surfaces 21, 22 form two concentric cylinders. If As the rotor 13 rotates within the stator housing 14, the two surfaces 22 and 21 move relative to one another at a constant speed.
  • the definitions for movable and stationary surfaces can change.
  • the direction 25 of the translation movement 28 is shown in the flow profile 23.
  • the suspension fills the entire space between the rotor 13 and the stator housing 14. If the rotor 13 moves along the machine axis 11, then in the area C there is a displacement outward in the direction of the area B and inward. The result is a periodic elongation flow.
  • a shear flow with the shear direction 24 and the flow profile 23 arises in an annular channel between the rotor 13 and the stator housing 14.
  • the direction 25 of the translational movement 28 is also shown for the flow profile 23.
  • Signal shape of the applied periodic signal for the translational movement 28 e.g. sinusoidal, pulse-shaped, triangular, sawtooth or beats;
  • the amplitude A and the frequency f of the translational movement 28 are selected so that the flow limit of the suspension is reduced and the shear viscosity is greatly reduced.
  • the rotor 13 has an amplitude of 0.05 to 50 mm 0-to-P, i.e. from 0 to the maximum amplitude, or from 0.1 to 100 mm P-to-P (from the minimum to the maximum amplitude).
  • the maximum loadable amplitude A is determined by the diameter of the grinding beads.
  • the maximum amplitude A should be at least twice the diameter of the grinding beads.
  • the highest possible amplitudes A and / or frequencies f are desired, since with increasing frequency and / or amplitude A the dispersion speed also increases. An increasing frequency contributes more to an increasing speed than the amplitude A.
  • Pressure peaks occurring in the treated suspension during the grinding process can be prevented by flexible walls, i. Boundaries between fluid and water, or flexible wall elements are partially or fully compensated. The presence of air can also help reduce pressure peaks; however, the air is displaced inwards.
  • the mechanical construction of the grinding device according to the invention makes it possible to carry out a rotational and a translational movement at the same time, and to be able to select the movement parameters independently for both movements.
  • the two movements are therefore separate or not coupled and can be set independently of one another.
  • FIG. 1 Types of flow in a grinding zone or grinding passage during operation of the grinding device.
  • Figure 2 A cross section through a grinding device.
  • Figure 3 Two excerpts from sectional views of a separation device.
  • FIG. 4 A diagram for the reduction of the structural shear viscosity of a mixture of a suspension of a liquid and particles as well as grinding beads.
  • Line L1 with axial oscillation and shear;
  • Line L2 with a shear without oscillation.
  • FIG. 5a A visualization of the fluid dynamic behavior of the suspension without oscillation, different flow layers forming at the top right and a diagram with the shear rate on a logarithmic scale on the abscissa and with the shear viscosity on the ordinate.
  • FIG. 5b A visualization of the fluid dynamic behavior of the suspension with oscillation, with different flow layers forming at the top right and a diagram with the shear rate on a logarithmic scale on the abscissa and with the shear viscosity on the ordinate.
  • FIG. 1 The description of FIG. 1 is located above in the general description of the invention.
  • FIG. 1 A first rotor 13a and a second rotor 13b are located in a common stator housing 14. Each of the two rotors 13a, 13b is arranged displaceably within the stator housing 14 on a common rotor shaft 12 that is rotatably mounted about a machine axis 11. In this way, two process zones are created with linearly movable rotors that are rotated over the rotor shaft 12 with a synchronous, mechanical torque transmission.
  • the first rotor 13a and the second rotor 13b also vibrate at the same time with a phase offset by 180 degrees, so that the forces that act on the grinding device 10 are eliminated by the masses of the rotors 13a and 13b moving towards one another.
  • the forces of the masses moving towards one another can also be compensated for in a grinding device with only one rotor, for example rotor 13a, by using a simple countermass mass set in vibration instead of second rotor 13b.
  • the inner wall of the stator housing 14 is spaced apart from the first rotor 13a, the second rotor 13b and the rotor shaft 12. This distance corresponds at least to the diameter of the grinding beads used during the grinding process and is ⁇ preferably 0.05 to 50 mm.
  • the first rotor 13a and the stator housing 14 form a first working area of the grinding device 10
  • the second rotor 13b and the stator housing 14 form a second working area of the grinding device 10.
  • a heterogeneous mixture of a liquid and solid bodies (particles) finely distributed therein can be introduced via a fluid inlet 26.
  • a coolant and a dispersant can also be introduced. In total, there are preferably three channels which lead through the fluid inlet 26 to the process zone. The number of channels can also be greater than three, but not greater than 10.
  • the suspension 15 leaves the stator housing 14 on the opposite side at a fluid outlet 27.
  • a coolant duct 52 is formed in the stator housing 14 for the coolant, and a coolant outlet 53 is formed on the opposite side.
  • the dispersion medium is added to the suspension 15 in the stator housing 14.
  • the stator housing 14 can be rotated via a first drive means 17 at a speed n1.
  • the first rotor 13a and the second rotor 13b are driven at a speed n2 via a second drive means 18, i.e. the first rotor 13a and the second rotor 13b are mechanically coupled via a toothed shaft and move at the same speed.
  • the speed n1 is usually selected to be lower than the speed n2. In this case, n2 is a maximum of 40,000 revolutions per minute, and n1 has a maximum value of 20,000 revolutions per minute.
  • n1> n2 can also be the case.
  • the speed of the first rotor 13a and / or the second rotor 13b can be increased compared to the speed of the stator housing 14.
  • n1 can exceed a value of 20,000 revolutions per minute or even the value of n2.
  • the drive means 17, 18 are known motors, for example electric motors with or without hollow shafts in combination with a suitable gear or a belt transmission. Hydraulic and / or pneumatic actuators are also conceivable, and the transmission can be implemented via gears, chain drives or mechanical deflection devices. If an electric motor is used for the drive means 18, it works like a generator during braking and thus at least partially reduces the power consumption of the drive means 17.
  • both the first rotor 13a and the second rotor 13b and the stator housing 14 rotate.
  • An embodiment is also possible in which the first rotor 13a and the second rotor 13b rotate, but not the stator housing 14 or vice versa, ie the first rotor 13a and the second rotor 13b stand, and the stator case 14 rotates.
  • the relative movement of the first rotor 13a, the second rotor 13b and the stator housing 14 is decisive.
  • the first rotor 13a and the second rotor 13b are operatively connected to one another via a toggle lever 39.
  • the toggle lever 39 is composed of three elements which are connected to one another by a second joint 38b and a fourth joint 38d.
  • a first joint 38a connects the toggle lever 39 to the first rotor 13a, and a fifth joint 38e establishes a connection between the toggle lever 39 and the second rotor 13b.
  • the toggle lever 39 is connected to a holder 40, which in turn is firmly connected to the rotor shaft 12, while the first rotor 13a and the second rotor 13b are displaceably mounted on the rotor shaft 12.
  • toggle lever 39 can also be used, as shown in FIG.
  • a ferromagnetic disk 42 is attached to the second rotor 13b perpendicular to the direction of the machine axis 11.
  • the fastening of the ferromagnetic disk 42 to the second rotor 13b can either be detachable, for example using screws or blind rivets, or non-detachable, for example using a welding or soldering process or by manufacturing in a turning process together with the second rotor.
  • the electromagnet 19a is able to measure the distance from the ferromagnetic disk 42 to decrease, but he cannot increase this distance on his own.
  • a first spring package 41a is connected to the first rotor 13a and a second spring package 41b is connected to the second rotor 13b.
  • the first spring package 41 a and the second spring package 41 b each pull the first rotor 13a and the second rotor 13b in the direction of the bracket 40.
  • the spring package constant of the first spring package 41 a and the second spring package 41 b is taking into account the damping caused by the Mill pearls, the liquid and other damping elements are given, selected so that the first rotor 13a and the second rotor 13b oscillate in resonance. This results in a desired resonance frequency or a frequency range.
  • the bias of the spring assemblies 41a, 41b can be made adjustable. This allows adaptation to the damping properties of the grinding device, which may change during operation, so that the effective resonance frequency can be kept in a predetermined frequency range, in particular at a predetermined frequency. If necessary, spring assemblies with different coupled springs are used so that different resonance frequencies occur in the specified frequency range and a resonance frequency in the specified frequency range can be excited even with changed damping properties.
  • the further damping elements can be a coating of the surfaces of the stator housing 14 or of the rotors 13a, 13b, for example with grinding beads, polyurethane or with plastic balls that are added to the liquid together with the grinding beads.
  • two electromagnets 19a and 19b can also be used as a third drive means 19.
  • the electromagnets 19b and 19a can be switched with a delay of 1 / f. This means that the electromagnet 19a attracts the disk 42 and the electromagnet 19b switches off. As soon as the electromagnet 19a is switched off, the electromagnet 19b switches on and pulls the disk 42 in the opposite direction.
  • Such an arrangement can overcome the increased damping created by the milling beads and the fluid. With such an arrangement, a grinding device with only one rotor 13a or 13b can be realized, for example with the first rotor 13a, which contains the grinding passages 51a and 51b.
  • the stator housing 14 is permanently cooled via the fluid inlet 26, and there are altogether at least two separate grinding passages 51a and 51b.
  • the grinding beads which are between 100 micrometers and 50 mm in size, can be monodisperse or polydisperse.
  • the grinding passages 51a and 51b are Separating devices 43 are assigned which, after the respective grinding passage 51 a - 51 d, separate the grinding pearls from the particles and the liquid, so that the grinding pearls remain in the respective grinding passage 51 a - 51 d.
  • the separating devices 43 each comprise a separating screen 47 (see FIG. 3).
  • grinding beads with different size distributions are used in at least two grinding passages 51a-51d, preferably the grinding passage 51a-51d with the larger milling beads from the liquid with the particles first and the milling passage 51a - 51 d is then flowed through with the smaller grinding pearls.
  • a control and regulation unit 16 ensures that the drive means 17, 18, 19 move at the desired speed or at the desired frequency.
  • two rotary encoders 44a, 44b are provided in the grinding device 10.
  • the vibration regulation takes place via the control and regulation unit 16 by evaluating an actual value from an acceleration probe 45 and / or a distance probe 46.
  • the distance probe 46 is mounted on the outside, and the acceleration probe 45 is mounted in a fixed connection with one of the rotors 13a, 13b.
  • the rotary movement of the rotor axis and the vibration can be detected via these probes and the ferromagnetic disk 42.
  • the control and regulation unit 16 can regulate the amplitude, phase, intensity and frequency via the actual values of the distance or the acceleration.
  • Dispersants and other surface-active substances which are primarily solid particles, are also introduced directly into the grinding zone in a metered manner via the fluid inlet 26.
  • OAS surface-active substances
  • a specially adapted concentration of dispersant and / or OAS is added for each dispersing area. It is important to support the creation of new surfaces by means of the dispersant within the residence time of the processed fluid (paint) in the respective grinding passage, as well as to cover new surfaces, which are created by the dispersing process, directly on site so that none Reagglomeration can take place.
  • the sliding separating device 43 is shown, which is arranged on the first rotor 13a or on the second rotor 13b or on the stator housing 14 in such a way that a separating gap 50 is created.
  • the separating device essentially consists of a separating screen 47 which is fastened in a separating screen housing 48.
  • the separating sieve housing 48 has a conical structure so that the grinding beads 49 cause a jam in front of the separating sieve 47, which greatly reduces the direct contact between the grinding beads 49 and the separating sieve 47.
  • FIG. 4 shows the extent to which the viscosity is reduced when the grinding device 10 is subjected to a vibration.
  • the reduction in the structural shear viscosity (Pas) of a mixture of a suspension of a liquid and particles as well as grinding beads is shown by the fact that line L1 shows smaller shear viscosities with axial oscillation and shear than line L2 with shear without oscillation.
  • FIGS. 5a and 5b visualize the fluid dynamic behavior of the suspension with or without oscillation (vibration), different ones being formed in each case at the top right
  • FIG. 5a is also entered in FIG. 5b, with the shear viscosity with oscillation or vibration with a hatched area in FIG. 5b is highlighted.
  • Inner wall 30 of the stator housing and the movable outer surface 31 of the rotor 13 changes.
  • Viscosity of the suspension 15 leads to a plug flow 35 around the center line 33 of the flow gap and an edge flow 36 with a different viscosity.
  • a dilatation 32 of grinding beads 29 and fluid forms in the vicinity of the grinding beads 29.
  • FIG. 5b shows the situation which arises when not only a rotation but also a vibration is excited between the stator housing and the rotor in the grinding device.
  • the vibration converts the plug flow into an almost parabolic Newtonian in the entire flow gap by simply reducing the shear viscosity
  • Flow profile 23 in the presence of a reduced wall slip effect. This enables, on the one hand, a reduction in the drag shear forces and, on the other hand, an elimination of the dilatation 32.
  • the initial flow profile 23 adapts to the curve of the steady-state shear viscosity. The viscosity is low both in a central region 37 and in lateral regions 34. The reduction in viscosity prevents the formation of plugs.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Bei einem erfind ungsgemässen Mahlverfahren und einer Mahlvorrichtung (10) zum Zerkleinern von Partikeln in einer Flüssigkeit wird eine Flüssigkeit mit Partikeln durch mindestens eine Mahlpassage (51 a - 51 d) zwischen einem Statorgehäuse (14) und einem darin um eine Maschinenachse (11 ) drehbar angeordneten ersten Rotor (13a) geführt. In der mindestens einen Mahlpassage (51a - 51 d) werden während des Mahlvorgangs Mahlperlen verwendet. Die Flüssigkeit mit den Partikeln wird nach der mindestens einen Mahlpassage (51a - 51 d) durch eine Trennvorrichtung (43) geführt, welche Mahlperlen von den Partikeln und der Flüssigkeit trennt. Zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) wird eine relative Drehbewegung und zudem eine Translationsbewegung (28) bzw. Vibration entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen ausgeführt. Die Translationsbewegung (28) bzw. Vibration zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) erzielt eine Optimierung der Strömungsverhältnissen und der Mahlleistung.

Description

Mahlverfahren und Mahlvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mahlverfahren zur Zerkleinerung von Partikeln in einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Mahlvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Kleine Partikel werden beispielsweise für die Herstellung von Farbstoffen benötigt. Um gewünschte Partikel-Grössenverteilungen zu erzielen werden häufig Kugelmühlen verwendet.
EP 0 290 840 A2 beschreibt eine Kugelmühle, bei der in einem Statorgehäuse ein Rotor um eine zentrale Längsachse drehbar gelagert ist. Das Gehäuse umfasst Statorscheiben, die sich von äusseren um die Längsachse verlaufenden Umfangsbereichen des Gehäuses nach innen gegen die Längsachse erstrecken. Zwischen direkt benachbarten Stator scheiben sind jeweils Rotorscheiben ausgebildet, die gemeinsam um die Längsachse drehbar sind. Zwischen benachbarten Statorscheiben sind um die dort angeordnete Rotorscheibe herum Mahlspalte gebildet, die sich in Schnittebenen durch die Längsachse serpentinenartig aneinanderfügen. Im Betrieb können Kugeln in Spaltserpentinen zurückgehalten werden. Die Bewegungen zwischen Kugeln und zwischen Kugeln und Scheiben führen im Mahlgut zur Verkleinerung der darin enthaltenen Partikel. Die
Mahlleistung ist aber für spezifische Anwendungen nicht genügend.
US 2 613 036 und GB 689 453 beschreiben Mahlvorrichtungen bei denen ein Gehäuse mit Kugeln um eine Längsachse drehbar und in Richtung der Längsachse und/oder senkrecht dazu in eine Vibrationsbewegung versetzbar ist. GB 689 453 und auch US 2 693 320 zeigen je eine Ausführungsform bei der zwei Gehäuse mit Kugeln über eine Feder gekoppelt in Richtung der Längsachse in Vibration versetzbar sind. GB 1 115 515 zeigt eine Lösung bei der ein in Vibration versetzbares Gehäuse im Innern eine Vielzahl von Rohren mit Mahl kugeln umfasst. Zur Erzeugung von kleinen Partikeln für Farben sind diese Lösungen ungeeignet.
US 5 246 173 beschreibt eine Kugelmühle mit einem rohrförmigen Gehäuse und einem darin angeordneten, um die Rohrlängsachse drehbaren Rotor mit Rührelementen. Das Gehäuse wird von Halterungen getragen, die das Gehäuse über Exzenterantriebe in Vibrationsbewegung versetzen können. Die erzielte Partikelgrösse bei drehendem Rotor und Vibration ist kleiner als bei lediglich drehendem Rotor oder bei lediglich angewendeter Vibration. Die Verbesserung des Mahlvorgangs ist aber bei der beschriebenen Lösung relativ klein und zur Erzeugung von kleinen Partikeln für Farben ungeeignet. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Mahlverfahren und eine
Mahlvorrichtung bereitzustellen, mit denen eine verbesserte Mahlwirkung erzielbar ist.
Vorzugsweise sollen bei verringerter Energieaufnahme schnellere Dispergiervorgänge ermöglicht werden, die insbesondere auch zur Erzeugung von Partikeln für Farben einsetzbar sind.
Bei Farben besteht die Anforderung Partikel mit einer Grösse im Mikrometerbereich auf eine Grösse bis weit in den Nanometerbereich zu zerkleinern. Der Nanometerbereich ist bei Partikelgrössen von weniger als einem Mikrometer erreicht. Für gängige Farben müssen Partikelgrössen im Bereich von 200 bis 300 Nanometern liegen. Für spezielle Farben werden Partikelgrössen von 1 bis 50 Nanometern benötigt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die ab hängigen Ansprüche beschreiben alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten.
Beim Lösen der Aufgabe wurde in einem erfinderischen Schritt erkannt, dass der Mahlvorgang von Kugelmühlen mit einem Statorgehäuse, einem darin angeordneten Rotor und zwischen diesen Elementen eingeführten Mahlkugeln durch eine Optimierung von Strömungsverhältnissen verbessert werden kann. Diese Verbesserung wird dadurch erzielt, dass zusätzlich zur relativen Drehbewegung zwischen Rotor und Statorgehäuse zwischen diesen Elementen eine Translationsbewegung, beispielsweise eine Schwingung bzw.
Oszillation oder eine Vibration, entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen ausgeführt wird.
Zum Durchführen eines erfindungsgemässen Mahlverfahrens wird eine erfindungsgemässe Mahlvorrichtung eingesetzt, bei der zusätzlich zur relativen Drehbewegung zwischen dem Statorgehäuse und dem im Statorgehäuse angeordneten Rotor eine T ranslationsbewegung zwischen Rotor und Statorgehäuse, beispielsweise eine Schwingung bzw. Oszillation oder eine Vibration, entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen ausführbar ist. Die
Innenwandung des Statorgehäuses ist vom Rotor beabstandet. Dieser Abstand entspricht mindestens dem Durchmesser von während des Mahlvorgangs verwendeten Mahlperlen und beträgt vorzugsweise 0,05 bis 20 mm. Der Rotor und das Statorgehäuse bilden den Arbeitsbereich der Mahlvorrichtung.
Beim erfindungsgemässen Mahlverfahren zum Zerkleinern von Partikeln in einer Flüssigkeit wird eine Flüssigkeit mit Partikeln durch mindestens eine Mahlpassage zwischen dem Statorgehäuse und dem darin um eine Maschinenachse drehbar angeordneten ersten Rotor geführt. In der mindestens einen Mahlpassage werden während des Mahlvorgangs Mahlperlen verwendet und die Flüssigkeit mit den
Partikeln wird nach der mindestens einen Mahlpassage durch eine Trennvorrichtung geführt, welche Mahlperlen von den Partikeln und der Flüssigkeit trennt. Zwischen dem Statorgehäuse und dem ersten Rotor werden die relative Drehbewegung und die relative Translationsbewegung ausgeführt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Translationsbewegung zwischen dem Statorgehäuse und dem ersten Rotor in Richtung einer Maschinenachse.
Vorzugsweise wird der erste Rotor im Statorgehäuse in Richtung der Maschinenachse hin und her bewegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Flüssigkeit mit Partikeln durch mindestens eine weitere Mahlpassage zwischen dem Statorgehäuse (14) und einem darin zusammen mit dem ersten Rotor um die Maschinenachse drehbar angeordneten zweiten Rotor geführt. In der mindestens einen weiteren
Mahlpassage werden während des Mahlvorgangs Mahlperlen verwendet. Die
Flüssigkeit mit den Partikeln wird nach der mindestens einen weiteren Mahlpassage durch eine Trennvorrichtung geführt, welche Mahlperlen von den Partikeln und der Flüssigkeit trennt. Zwischen dem Statorgehäuse und dem ersten sowie dem zweiten Rotor wird eine Translationsbewegung entlang der Maschinenachse ausgeführt, wobei der erste und der zweite Rotor bei der Translationsbewegung zueinander mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad in Richtung einer Maschinenachse bewegt werden. Vorzugsweise wird die phasenverschobene Bewegung durch eine mechanische Kopplung gewährleistet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind der erste Rotor sowie der zweite Rotor als Hohlwelle ausgeführt und innerhalb des Statorgehäuses auf einem um die Maschinenachse drehbar gelagerten Rotorschaft in Richtung der Maschinenachse verschiebbar angeordnet, wobei ein Antriebsmittel den Rotorschaft und mit diesem den ersten und zweiten Rotor in eine Rotationsbewegung um die Maschinenachse versetzbar macht.
In einer weiteren Ausführungsform wird die phasenverschobene
Translationsbewegung der beiden Rotoren mit einer Antriebsvorrichtung und einer Verbindung der beiden Rotoren über mindestens einen Kniehebel erzielt, wobei sich der Kniehebel aus drei Elementen zusammensetzt, welche durch ein zweites Gelenk und ein viertes Gelenk miteinander, durch ein erstes Gelenk mit dem ersten Rotor, durch ein fünftes Gelenk mit dem zweiten Rotor und durch ein drittes Gelenk mit einer Halterung am Rotorschaft verbunden sind.
Eine vorteilhafte Antriebsvorrichtung für die Translationsbewegung umfasst eine am zweiten Rotor senkrecht zur Richtung der Maschinenachse angeordnete
ferromagnetische Scheibe sowie für eine Bewegung der ferromagnetischen Scheibe zumindest einen Elektromagneten. Für eine Rückstellbewegung sind ein erstes Federpaket mit dem ersten Rotor und ein zweites Federpaket mit dem zweiten Rotor sowie beide Federpakete je mit dem Rotorschaft verbunden. Vorzugsweise sind die Federkonstanten der Federpakete unter Berücksichtigung der Dämpfung, welche durch die Mahlperlen, die Flüssigkeit und weitere Dämpfungselemente gegeben ist, so gewählt, dass die beiden Rotoren bei einer vorgegebenen Frequenz in Resonanz schwingen, wobei der mindestens eine Elektromagnet insbesondere eine harmonische Schwingung und/oder stochastische Schläge generierbar macht.
Vorzugsweise wird die Amplitude und die Frequenz der Translationsbewegung bzw. der Schwingung oder Vibration mit einer Messung eines Abstandswertes und/oder eines Beschleunigungswertes optimiert.
Um eine Drehzahldifferenz zwischen dem Rotor und dem Statorgehäuse zu erreichen, ist der Rotor oder das Statorgehäuse über ein erstes Antriebsmittel mit einer Drehzahl n1 drehbar. Wenn der Rotor bewegt wird, kann das Statorgehäuse über ein zweites
Antriebsmittel mit einer Drehzahl n2 rotiert werden. Die Drehzahl n1 wird üblicherweise kleiner gewählt als die Drehzahl n2. Dabei beträgt n2 maximal 40.000 Umdrehungen pro Minute und n1 nimmt einen maximalen Wert von 20.000 Umdrehungen pro Minute ein. Die Minimalwerte für n1 und n2 betragen Null, wenn der Rotor und das Statorgehäuse still stehen. Möglich ist auch, dass sich der Rotor und das Statorgehäuse mit gleicher Drehzahl drehen, d.h. n2 - n1 = 0.
Auf Dauer kann n1 > n2 sein. Im Falle einer Blockade der Mahlvorrichtung durch die Mahlperlen bei hoher radialer Beschleunigung kann die Drehzahl des Rotors gegenüber der Drehzahl des Statorgehäuses erhöht werden. Das bedeutet, dass n1 den Wert von 10.000 Umdrehungen pro Minute oder den aktuellen Wert von n2 überschreiten kann.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Mahlvorrichtung drehen sich sowohl der Rotor als auch das Statorgehäuse. Möglich ist auch eine Ausführungsform, bei der sich zwar der Rotor dreht, nicht aber das Statorgehäuse oder umgekehrt, d.h. der Rotor steht und das Statorgehäuse dreht. Entscheidend ist die relative Drehbewegung zwischen Rotor und Statorgehäuse.
Der Zweck der Rotation des Statorgehäuses besteht darin, eine Suspension aus der Flüssigkeit und den Partikeln sowie den Mahlperlen einer starken, radial gerichteten
Beschleunigung auszusetzen. Auf diese Weise wird, wie später noch im Detail erklärt, die Anhäufung von Mahlperlen unterbunden. Dadurch ist die Bewegung der Mahlperlen besser prognostizierbar. Eine solche Bewegung ermöglicht einen homogenen, isotropen Mahleffekt innerhalb des gesamten Arbeitsbereiches. Dabei wird das Auftreten von Bereichen verhindert, in denen die Strömungsverhältnisse so wären, dass kein Mahlvorgang stattfinden könnte.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Rotor über eine dritte Antriebsvorrichtung mit einer axialen Schwingung in Richtung der Maschinenachse beaufschlagbar, so dass der Rotor innerhalb des Statorgehäuses relativ zu diesem entlang der Maschinenachse schwingt. Denkbar ist ebenso, dass der Rotor relativ zum Statorgehäuse mit einer
Schwingung senkrecht zur Maschinenachse beaufschlagt wird, oder dass das
Statorgehäuse relativ zum Rotor in Schwingungen versetzt wird.
In den Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Statorgehäuse ist eine Suspension, d.h. ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit, bzw. einem Fluid, und darin fein verteilten Festkörpern bzw. Partikeln einführbar, welche das Statorgehäuse auf der gegenüberliegenden Seite wieder verlässt.
Eine Steuer- und Regelungseinheit stellt sicher, dass sich die Antriebsmittel mit der gewünschten Drehzahl bzw. mit der gewünschten Frequenz bewegen. Bei den
Antriebsmitteln handelt es sich um bekannte Motoren, z.B. Elektromotoren mit oder ohne Hohlwellen in Kombination mit einem geeigneten Getriebe oder einer Riemenübertragung. Denkbar sind auch hydraulische und/oder pneumatische Aktoren. Das Getriebe kann über Zahnräder, Kettenantriebe oder mechanische Umlenkvorrichtungen realisiert sein. Für die lineare Bewegung sind elektromagnetische Antriebe oder Schwingungsmagnete mit dazu passenden Umlenkvorrichtungen vorgesehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auf der Maschinenachse noch ein zweiter Rotor angeordnet, welcher entlang der Maschinenachse linear beweglich ist. Auf diese Weise entstehen zwei linear bewegliche Verfahrenszonen mit einer synchronen, mechanisch gekoppelten Drehmomentübertragung über die Maschinenachse. Vorzugsweise schwingen der erste und der zweite Rotor gleichzeitig mit um 180 Grad versetzter Phase, so dass die Kräfte, die auf die Mahlvorrichtung wirken, durch die entgegengesetzt zueinander bewegten Massen der Rotoren eliminiert werden.
Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Mahlvorrichtungen zu einem Mahlsystem zu kombinieren. Auf diese Weise lässt sich der Durchsatz an zu verarbeitender Flüssigkeit erhöhen, und es ist auf einfache Weise möglich, einen Ausgleich von Schwingungen zu schaffen.
Auch denkbar ist der Einsatz von verschiedenen Mahlperlengrössen in einer
Verfahrenszone.
Wenn sich zwei gegenüberliegende Flächen relativ zueinander bewegen, können sich im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Strömungen bilden: Eine Dehnströmung, auch Quetschströmung genannt, und/oder eine Scherströmung.
Wenn sich eine stationäre Fläche und eine bewegliche Fläche mit konstantem Abstand relativ zueinander bewegen, wobei eine lineare Bewegung oder eine Rotationsbewegung vorliegen kann, tritt in einer Suspension, beispielsweise in einer strukturviskosen
Suspension mit Mahlperlen, die sich zwischen den Flächen befindet, eine Scherströmung auf.
Ob eine Fläche als stationär oder als beweglich bezeichnet wird, hängt von der
Differenzgeschwindigkeit zwischen den Flächen ab. Wenn sich ein Rotor schneller als ein Stator bewegt, wird die Fläche des Rotors als beweglich und die Fläche des Stators als stationär bezeichnet, und im umgekehrten Fall, d.h. falls der Rotor langsamer ist als der Stator, wird die Fläche des Rotors als stationäre Fläche und die Fläche des Stators als bewegliche Fläche bezeichnet. Das bedeutet, dass sich je nach Vorzeichen der
Differenzgeschweindigkeit zwischen den Flächen die Definition für eine bewegliche und eine stationäre Fläche ändern kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass sich zwei Flächen aufeinander zu und voneinander weg bewegen. Bei dieser Relativbewegung wird die Suspension, welche sich zwischen den Flächen befindet, seitlich zwischen den Flächen herausgepresst oder hereingesaugt, und es entsteht eine sogenannte Dehnströmung. Bei einem
Bewegungsablauf, der beide Flächen aufeinander zu und voneinander weg bewegt, spricht man von einem beidseitigen Verdrängungsprinzip: Zuerst erfolgt eine Ausdehnung der Suspension in erste Richtungen und dann eine Kontraktion in entgegengesetzte
Richtungen. Dabei ändert sich sowohl der Betrag als auch die Richtung der
Geschwindigkeit der Suspension in Abhängigkeit von der zeit. Wenn eine an die
Suspension angrenzende bewegliche Fläche mit einer periodischen, beispielsweise einer sinusförmigen, Schwingung oder mit periodischen Impulsen oder auch mit in ihrer Frequenz und/oder Amplitude kontrollierbaren Schlägen beaufschlagt wird, wird die Suspension periodisch bewegt. Vorteilhafte Frequenzen dieser Schwingungen liegen im Bereich von 1 Hz bis 1000 Hz.
Die beiden Bewegungen von Flächen mit konstantem Abstand und von Flächen mit variablem Abstand führen in einer Suspension zwischen diesen Fläche zu den
beschriebenen unterschiedlichen Strömungen. Im erfindungsgemässen Mahlverfahren und in der erfindungsgemässen Mahlvorrichtung sind beide Bewegungen und somit beide Strömungsarten gleichzeitig einsetzbar. In einer Suspension mit den zu verkleinernden Partikeln und Mahlkugeln führen beide Strömungsarten zu einer Mahlwirkung bzw. zu einer Verkleinerung der Partikel. Die zusätzlich zur relativen Drehbewegung zwischen Rotor und Statorgehäuse eingeführte T ranslationsbewegung zwischen dem Rotor und dem
Statorgehäuse, beispielsweise Schwingung oder Vibration, führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Mahlleistung.
Figur 1 zeigt schematisch für einen Abschnitt eines Rotors 13 mit einem Rotorschaft 12 und eines Statorgehäuses 14, wo während des Betriebs der Mahlvorrichtung mit einer Drehbe wegung des Rotors 13 (Drehzahl n1 ) und des Statorgehäuses 14 (Drehzahl n2) um eine Maschinenachse 11 und mit einer Translationsbewegung 28 zwischen Rotor 13 und Stator gehäuse 14 in Richtung der Maschinenachse 1 1 die beiden vorgenannten Strömungsarten auftreten. Die Suspension wird von einem Fluideinlass 26 gegen einen Fluidauslass 27 ge fördert. Zwischen dem Rotorschaft 12 und dem Statorgehäuse 14 sind Dichtungen 43a dem Fluideinlass 26 und dem Fluidauslass 27zugewandt so angeordnet, dass die Suspension nach dem Eintritt durch den Fluideinlass 26 ins Statorgehäuse 14 nur durch den Fluidaus lass 27 aus dem Statorgehäuse 14 austreten kann.
In einem Bereich B tritt eine Scherströmung mit der Scherrichtung 24 und dem Strömungs profil 23 auf. Bei der stationären Fläche 21 handelt es sich hier um einen Bereich der In nenwandung 30 des Statorgehäuses 14, und bei der beweglichen Fläche 22 handelt es sich um diejenige Aussenfläche des Rotors 13, welche sich parallel zur, bzw. in Richtung der, Maschinenachse 11 erstreckt. Die Flächen 21 , 22 bilden zwei konzentrische Zylinder. Wenn der Rotor 13 innerhalb des Statorgehäuses 14 rotiert, bewegen sich die beiden Flächen 22 und 21 relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit. Hierbei ist wieder zu beachten, dass sich je nach Differenzgeschwindigkeit zwischen den Flächen 21 und 22 die Definitio nen für bewegliche und stationäre Flächen ändern können. Die Richtung 25 der Translati onsbewegung 28 ist beim Strömungsprofil 23 eingezeichnet.
In den Bereichen C liegt die folgende Situation vor: Der Rotor 13 und das Statorgehäuse 14 rotieren relativ zueinander und bewegen sich zusätzlich aufgrund der Translationsbewegung 28 bzw. einer Schwingung aufeinander zu und voneinander weg, in Analogie zu zwei Paral lelplatten mit einem Spalt. Die Suspension füllt den gesamten Raum zwischen dem Rotor 13 und dem Statorgehäuse 14 aus. Wenn sich der Rotor 13 entlang der Maschinenachse 11 bewegt, dann findet in dem Bereich C jeweils eine Verdrängung nach aussen in Richtung des Bereichs B und nach innen statt. Die Folge ist eine periodische Dehnströmung. Gleich zeitig entsteht eine Scherströmung mit der Scherrichtung 24 und dem Strömungsprofil 23 in einem ringförmigen Kanal zwischen dem Rotor 13 und dem Statorgehäuse 14. Zum Strö mungsprofil 23 ist auch die Richtung 25 der Translationsbewegung 28 eingezeichnet.
Man kann mit folgenden Massnahmen Einfluss darauf nehmen, wie gross der Anteil der Dehnströmung und der Scherströmung ist:
• Wahl der Geometrie des Spalts sowie der Oberflächentopologie der Flächen 21 und 22 (z.B. asymmetrische, exzentrische oder kurvige Oberflächen) und Dimensionierung der Breite zwischen der beweglichen Fläche 22 und der stationären Fläche 21 ;
• Einsatz von elastisch deformierbaren Wänden, besonders auf den Flächen 21 und 22, und/oder losen, den Mahlperlen beigemischten deformierbaren Objekten;
• Einsatz von begrenzenden Bereichen zwischen der Suspension und der Wand oder Einsatz von durchgehenden Wandbereichen oder trennenden Membranen, welche mehrere Mahlzonen, auch Mahlpassagen genannt, voneinander abtrennen;
• Zur T ranslationsbewegung 28 gewählte Werte der Amplitude A und der Frequenz f und somit der Schwingungsintensität, welche sich als das Produkt der Amplitude A und der Frequenz f berechnet, sowie Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten n1 und n2, bzw. auch als Umfangsgeschwindigkeiten des Rotors 13 und des Statorge häuses 14;
• Signalform des beaufschlagten periodischen Signals für die Translationsbewegung 28, z.B. sinusförmig, pulsförmig, dreiecksförmig, Sägezahn oder Schläge;
• Zur Translationsbewegung 28 gewählte Schwingungsimpulse, d.h. Wechsel zwischen einem Schlag und einer Sinusschwingung, oder Sinusschwingungen mit unterschied- liehen Amplituden, oder Kombinationen davon, mit oder ohne zeitlichen Abständen zwischen den unterschiedlichen Signalformen.
Die Amplitude A und die Frequenz f der T ranslationsbewegung 28 werden so gewählt, dass eine Reduktion der Fliessgrenze der Suspension erfolgt sowie eine starke Reduktion der Scherviskosität. Bei der erfindungsgemässen Mahlvorrichtung ist der Rotor 13 mit Amplitu den von 0.05 bis 50 mm 0-to-P, d.h. von 0 bis zur maximalen Amplitude, oder von 0.1 bis 100 mm P-to-P (von der minimalen zur maximalen Amplitude) beaufschlagbar.
Weiterhin wird die maximal beaufschlagbare Amplitude A von dem Durchmesser der Mahl perlen bestimmt. Die maximale Amplitude A sollte in etwa mindestens das Doppelte des Durchmessers der Mahlperlen betragen. Grundsätzlich sind möglichst hohe Amplituden A und/oder Frequenzen f erwünscht, da mit steigender Frequenz und/oder Amplitude A auch die Dispergiergeschwindigkeit zunimmt. Dabei trägt eine steigende Frequenz mehr zu einer steigenden Geschwindigkeit bei als die Amplitude A.
Beim Mahlverfahren in der behandelten Suspension auftretende Druckspitzen können durch flexible Wände, d.h. Grenzflächen zwischen Fluid und Wasser, oder flexible Wandelemente teilweise oder vollständig kompensiert werden. Auch kann die Präsenz von Luft dazu beitra gen Druckspitzen abzubauen; allerdings wird dabei die Luft nach innen verdrängt.
Der mechanische Aufbau der erfindungsgemässen Mahlvorrichtung erlaubt es, eine Rotati- ons- und eine Translationsbewegung gleichzeitig auszuführen, und dabei für beide Bewe gungen die Bewegungsparameter unabhängig wählen zu können. Die beiden Bewegungen sind somit getrennt, bzw. nicht gekoppelt, und können unabhängig voneinander eingestellt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Figuren, in denen beispielhaft bevor zugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 : Strömungsarten in einer Mahlzone bzw. Mahlpassage während des Betriebs der Mahlvorrichtung.
Figur 2: Einen Querschnitt durch eine Mahlvorrichtung. Figur 3: Zwei Auszüge von Schnittdarstellungen einer T rennvorrichtung.
Figur 4: Ein Diagramm zur Reduktion der Struktur-Scherviskosität einer Mischung aus einer Suspension von einer Flüssigkeit und Partikeln sowie Mahlperlen. Linie L1 : bei axialer Oszillation und Scherung; Linie L2: bei einer Scherung ohne Oszillation.
Figur 5a: Eine Visualisierung des fluiddynamischen Verhaltens der Suspension ohne Oszillation, wobei rechts oben sich bildende unterschiedliche Strömungsschichten und links unten ein Diagramm mit der Scherrate in logarithmischem Massstab auf der Abszisse und mit der Scherviskosität auf der Ordinate dargestellt sind.
Figur 5b: Eine Visualisierung des fluiddynamischen Verhaltens der Suspension mit Oszillation, wobei rechts oben sich bildende unterschiedliche Strömungsschichten und links unten ein Diagramm mit der Scherrate in logarithmischem Massstab auf der Abszisse und mit der Scherviskosität auf der Ordinate dargestellt sind.
Die Beschreibung der Fig. 1 befindet sich oben bei der allgemeinen Beschreibung der Erfin dung.
In Figur 2 ist der mechanische Aufbau der erfindungsgemässen Mahlvorrichtung 10 zu se hen. In einem gemeinsamen Statorgehäuse 14 befinden sich ein erster Rotor 13a und ein zweiter Rotor 13b. Jeder der beiden Rotoren 13a, 13b ist innerhalb des Statorgehäuses 14 auf einem um eine Maschinenachse 1 1 drehbar gelagerten gemeinsamen Rotorschaft 12 verschiebbar angeordnet. Auf diese Weise entstehen zwei Verfahrenszonen mit linear be weglichen Rotoren, die über den Rotorschaft 12 mit einer synchronen, mechanisch Dreh momentübertragung rotiert werden. Der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b schwin gen zusätzlich zeitgleich mit um 180 Grad versetzter Phase, so dass die Kräfte, die auf die Mahlvorrichtung 10 wirken, durch die zueinander bewegten Massen der Rotoren 13a und 13b eliminiert werden. Grundsätzlich lässt sich eine Kompensation der Kräfte der sich zuei nander bewegenden Massen auch bei einer Mahlvorrichtung mit nur einem Rotor, bei spielsweise dem Rotor 13a, erreichen, indem eine einfache, in Schwingung versetzte Ge genmasse anstelle des zweiten Rotors 13b verwendet wird.
Die Innenwandung des Statorgehäuses 14 ist jeweils von dem ersten Rotor 13a, dem zwei ten Rotor 13b und dem Rotorschaft 12 beabstandet. Dieser Abstand entspricht mindestens dem Durchmesser der während des Mahlvorgangs verwendeten Mahlperlen und beträgt ^vorzugsweise 0,05 bis 50 mm. Der erste Rotor 13a und das Statorgehäuse 14 bilden einen ersten Arbeitsbereich der Mahlvorrichtung 10, und der zweite Rotor 13b und das Statorge häuse 14 bilden einen zweiten Arbeitsbereich der Mahlvorrichtung 10. In den Zwischenraum zwischen dem Rotorschaft 12, bzw. Rotor 13a, 13b und dem Statorgehäuse 14 ist über ei nen Fluideinlass 26 eine Suspension 15, d.h. ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüs sigkeit und darin fein verteilten Festkörpern (Partikeln), einführbar. Ebenfalls einführbar sind ein Kühlmittel und ein Dispersionsmittel. Insgesamt sind es vorzugsweise drei Kanäle, die durch den Fluideinlass 26 zur Verfahrenszone führen. Die Anzahl der Kanäle kann auch grösser als drei, nicht aber grösser als 10 sein. Die Suspension 15 verlässt das Statorge häuse 14 auf der gegenüberliegenden Seite bei einem Fluidauslass 27. Für das Kühlmittel ist im Statorgehäuse 14 eine schematisch dargestellte Kühlmittel-Durchführung 52 und auf der gegenüberliegenden Seite ein Kühlmittel-Auslass 53 ausgebildet. Das Dispersionsmittel wird im Statorgehäuse 14 der Suspension 15 beigegeben.
Um eine Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Rotor 13a, bzw. dem zweiten Rotor 13b, und dem Statorgehäuse 14 zu erreichen, ist das Statorgehäuse 14 über ein erstes An triebsmittel 17 mit einer Drehzahl n1 drehbar. Über ein zweites Antriebsmittel 18 werden der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b mit einer Drehzahl n2 angetrieben, d.h. der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b sind über eine verzahnte Welle mechanisch gekoppelt und bewegen sich mit gleicher Drehzahl. Die Drehzahl n1 wird üblicherweise kleiner gewählt als die Drehzahl n2. Dabei beträgt n2 maximal 40.000 Umdrehungen pro Minute, und n1 nimmt einen maximalen Wert von 20.000 Umdrehungen pro Minute ein. Die Minimalwerte für n1 und n2 betragen Null, wenn der Rotorschaft 12 und das Statorgehäuse 14 still ste hen. Möglich ist auch, dass sich der Rotorschaft 12 und das Statorgehäuse 14 mit gleicher Drehzahl aber gegenläufig drehen, d.h. n2 - n1 = 0.
Im Betrieb der Mahlvorrichtung kann auch n1 > n2 sein. Im Falle einer Blockade der Mahl vorrichtung 10 durch die Mahlperlen bei hoher radialer Beschleunigung kann die Drehzahl des ersten Rotors 13a und/oder des zweiten Rotors 13b gegenüber der Drehzahl des Statorgehäuses 14 erhöht werden. In solch einem Fall kann n1 einen Wert von 20.000 Um drehungen pro Minute oder sogar den Wert von n2 überschreiten.
Bei den Antriebsmitteln 17, 18 handelt es sich um bekannte Motoren, z.B. Elektromotoren mit oder ohne Hohlwellen in Kombination mit einem geeigneten Getriebe oder einer Rieme nübertragung. Denkbar sind auch hydraulische und/oder pneumatische Aktoren, und das Getriebe kann über Zahnräder, Kettenantriebe oder mechanische Umlenkvorrichtungen rea lisiert sein. Wenn für das Antriebsmittel 18 ein Elektromotor eingesetzt wird, funktioniert er beim Abbremsen wie ein Generator und reduziert somit zumindest teilweise die Leistungs aufnahme des Antriebsmittels 17.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Mahlvorrichtung drehen sich sowohl der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b als auch das Statorgehäuse 14. Möglich ist auch eine Ausführungsform, bei der sich zwar der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b dre hen, nicht aber das Statorgehäuse 14 oder umgekehrt, d.h. der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b stehen, und das Statorgehäuse 14 dreht sich. Entscheidend ist die Rela tivbewegung von dem ersten Rotor 13a, dem zweiten Rotor 13b und dem Statorgehäuse 14.
Der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b stehen über einen Kniehebel 39 zueinander in Wirkverbindung. Der Kniehebel 39 setzt sich zusammen aus drei Elementen, welche durch ein zweites Gelenk 38b und ein viertes Gelenk 38d miteinander verbunden sind. Ein erstes Gelenk 38a verbindet den Kniehebel 39 mit dem ersten Rotor 13a, und ein fünftes Gelenk 38e stellt eine Verbindung zwischen dem Kniehebel 39 und dem zweiten Rotor 13b her. An einem dritten Gelenk 38c ist der Kniehebel 39 mit einer Halterung 40 verbunden, welche wiederum fest mit dem Rotorschaft 12 verbunden ist, während der erste Rotor 13a sowie der zweite Rotor 13b verschiebbar auf dem Rotorschaft 12 gelagert sind. Wenn auf den zweiten Rotor 13b mittels einer dritten Antriebsvorrichtung 19 eine translatorische Be wegung wirkt, führt eine Drehbewegung des Kniehebels 39 um die Gelenke 38a - 38e dazu, dass der erste Rotor 13a und zweite Rotor 13b synchron aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden. Aus Gründen erhöhter mechanischer Stabilität können auch zwei oder mehr Kniehebel 39 eingesetzt werden, wie in Figur 2 dargestellt.
Konstruktionsbedingt erfolgt die Relativbewegung zwischen dem ersten Rotor 13a und dem zweiten Rotor 13b mit einem Phasenwinkel von 180 Grad. Dadurch heben sich die auf den ersten Rotor 13a und den zweiten Rotor 13b wirkenden Kräfte nach aussen hin auf, und die gesamte Mahlvorrichtung 10 gerät nicht in Vibration.
An dem zweiten Rotor 13b ist eine ferromagnetische Scheibe 42 senkrecht zur Richtung der Maschinenachse 11 befestigt. Die Befestigung der ferromagnetischen Scheibe 42 an den zweiten Rotor 13b kann entweder lösbar, beispielsweise über Schrauben oder Blindnieten, oder unlösbar, beispielsweise über ein Schweiss- oder ein Lötverfahren oder durch Ferti gung in einem Drehverfahren zusammen mit dem zweiten Rotor, erfolgen. Auf die ferro magnetische Scheibe 42 wirkt ein drittes Antriebsmittel 19, vorzugsweise ein Elektromagnet 19a. Der Elektromagnet 19a ist in der Lage, den Abstand zur ferromagnetischen Scheibe 42 zu verringern, aber er kann diesen Abstand von sich aus nicht vergrössern. Um dies zu kompensieren, ist ein erstes Federpaket 41a mit dem ersten Rotor 13a und ein zweites Fe derpaket 41 b mit dem zweiten Rotor 13b verbunden. Das erste Federpaket 41 a und das zweite Federpaket 41 b ziehen jeweils den ersten Rotor 13a und den zweiten Rotor 13b in Richtung der Halterung 40. Die Federpaketkonstante des ersten Federpakets 41 a und des zweiten Federpakets 41 b ist unter Berücksichtigung der Dämpfung, welche durch die Mahl perlen, die Flüssigkeit und weitere Dämpfungselemente gegeben ist, so gewählt, dass der erste Rotor 13a und der zweite Rotor 13b in Resonanz schwingen. Daraus resultiert eine gewünschte Resonanzfrequenz oder ein Frequenzbereich.
Damit die gewünschte Frequenz der Translationsbewegung immer möglichst nahe bei einer Resonanzfrequenz liegt, kann die Vorspannung der Federpakete 41a, 41 b verstellbar aus gebildet werden. Dadurch ist eine Anpassung an die sich gegebenenfalls im Betrieb än dernden Dämpfungseigenschaften der Mahlvorrichtung möglich, so dass die effektive Re sonanzfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich, insbesondere bei einer vorgege benen Frequenz, gehalten werden kann. Gegebenenfalls werden Federpakete mit unter schiedlichen gekoppelten Federn eingesetzt, so dass verschiedene Resonanzfrequenzen im vorgegebenen Frequenzbereich auftreten und auch bei geänderten Dämpfungseigenschaf ten eine Resonanzfrequenz im vorgegebenen Frequenzbereich angeregt werden kann.
Bei den weiteren Dämpfungselementen kann es sich um eine Beschichtung der Oberflä chen des Statorgehäuses 14 oder der Rotoren 13a, 13b handeln, beispielsweise mit Mahl perlen, Polyurethan oder mit Kunststoffkügelchen, die zusammen mit den Mahlperlen in die Flüssigkeit gegeben werden. Wie in Figur 2 dargestellt, können auch zwei Elektromagnete 19a und 19b als drittes Antriebsmittel 19 verwendet werden. Die Elektromagnete 19b und 19a können mit einer Verzögerung von 1/f geschaltet werden. Das bedeutet, dass der Elekt romagnet 19a die Scheibe 42 anzieht und sich der Elektromagnet 19b ausschaltet. Sobald der Elektromagnet 19a ausgeschaltet ist, schaltet sich der Elektromagnet 19b ein und zieht die Scheibe 42 in die Gegenrichtung. Solch eine Anordnung kann eine höhere Dämpfung, die durch die Mahlperlen und das Fluid erzeugt wird, überwinden. Mit einer solchen Anord nung lässt sich auch eine Mahlvorrichtung mit nur einem Rotor 13a oder 13b realisieren, beispielsweise mit dem ersten Rotor 13a, welcher die Mahlpassagen 51 a und 51 b enthält.
Das Statorgehäuse 14 ist permanent über den Fluideinlass 26 gekühlt, und es sind insge samt mindestens zwei separate Mahlpassagen 51a und 51 b vorhanden. In jeder der Mahl passagen 51 a und 51 b können die Mahlperlen, welche zwischen 100 Mikrometer und 50 mm gross sind, monodispers oder polydispers sein. Den Mahlpassagen 51a und 51 b sind Trennvorrichtungen 43 zugeordnet, welche nach der jeweiligen Mahlpassage 51 a - 51 d die Mahlperlen von den Partikeln und der Flüssigkeit trennen, so dass die Mahlperlen in der je weiligen Mahlpassage 51 a - 51 d verbleiben. Die Trennvorrichtungen 43 umfassen jeweils ein Trennsieb 47 (siehe Figur 3).
In einer vorteilhaften Ausführung des Mahlverfahrens oder der Mahlvorrichtung werden in mindestens zwei Mahlpassagen 51a - 51 d Mahlperlen mit unterschiedlichen Grössen- Verteilungen eingesetzt werden, wobei vorzugsweise die Mahlpassage 51 a - 51 d mit den grösseren Mahlperlen von der Flüssigkeit mit den Partikeln zuerst und die Mahlpassage 51a — 51 d mit den kleineren Mahlperlen danach durchflossen wird.
Eine Steuer- und Regelungseinheit 16 stellt sicher, dass sich die Antriebsmittel 17, 18, 19 mit der gewünschten Drehzahl bzw. mit der gewünschten Frequenz bewegen. Zur Bestim mung der Drehzahlen sind in der Mahlvorrichtung 10 zwei Drehgeber 44a, 44b vorgesehen.
Die Vibrationsregelung erfolgt über die Steuer- und Regelungseinheit 16, indem jeweils ein Istwert aus einer Beschleunigungssonde 45 und/oder einer Abstandssonde 46 ausgewertet wird. Dabei ist die Abstandssonde 46 aussen montiert, und die Beschleunigungssonde 45 ist in fester Verbindung mit einem der Rotoren 13a, 13b montiert. Über diese Sonden und die ferromagnetische Scheibe 42 können die Drehbewegung der Rotorachse und die Vibra tion erfasst werden. Die Steuer- und Regelungseinheit 16 kann über die Istwerte des Ab stands oder der Beschleunigung die Amplitude, Phase, Intensität und Frequenz regel.
Über den Fluideinlass 26 werden auch Dispergiermittel sowie andere oberflächenaktive Substanzen (OAS), bei denen es sich primär um Feststoffteilchen handelt, in die Mahlzone direkt dosiert eingeleitet. Je nach Grösse der Mahlperlen wird für jeden Dispergierbereich eine eigens angepasste Konzentration von Dispergiermittel und/oder OAS zugeführt. Es ist wichtig, die Entstehung von neuen Oberflächen mittels des Dispergiermittels innert der Ver weilzeit von dem bearbeiteten Fluid (Farbe) in der jeweiligen Mahlpassage zu unterstützen, sowie neue Oberflächen, die durch den Dispergierprozess entstehen, gleich am Ort zu be legen, so dass keine Reagglomeration stattfinden kann. Es besteht auch die Möglichkeit, das Dispergiermittel in zyklisch wiederholbaren Dosierschüben einzubringen, die die Ober fläche der Mahlperlen mit der Dispergiermischung belegen, so dass die Mahlperlen eine Zeitlang in den Kontaktstellen die verstärkte Dispergierwirkung erbringen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere Mahlvorrichtungen 10 zu einem Mahlsystem zusammenzuschalten. Im Falle von zwei Mahlvorrichtungen liegen somit zwei Blöcke vor, die mechanisch gekoppelt sind, und jeder hat mindestens eine Mahlvorrichtung (Passage). Somit fliesst die Farbe durch die Mahlvorrichtung und durch das Trennsieb in die nächste Mahlvorrichtung (Passage). Dabei werden die Pigmente oder die Agglomerate aus
Pigmenten immer feiner, so dass die gesamte Suspension immer hochviskoser wird.
Deswegen ist die Vibration als Schlüssel zu hohen Fliessgrenzen anzusehen. Je feiner die Agglomerate sind, desto wirkungsvoller sind die kleineren Mahlperlen, aber nur bei hohem Eintrag von kinetischer Energie, weshalb hohe Drehzahlen gewählt werden.
In Figur 3 ist die gleitende Trennvorrichtung 43 dargestellt, welche am ersten Rotor 13a o- der am zweiten Rotor 13b oder am Statorgehäuse 14 so angeordnet ist, dass ein Trenn spalt 50 entsteht. Die Trennvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Trennsieb 47, welches in einem Trennsiebgehäuse 48 befestigt ist. Das Trennsiebgehäuse 48 ist konisch aufgebaut, so dass die Mahlperlen 49 einen Stau vor dem Trennsieb 47 verursachen, wel cher den direkten Kontakt zwischen den Mahlperlen 49 und dem Trennsieb 47 stark redu ziert.
In Figur 4 ist dargestellt, in welchem Ausmass die Viskosität reduziert wird, wenn die Mahlvorrichtung 10 mit einer Vibration beaufschlagt wird. Die Reduktion der Struktur- Scherviskosität (Shear Viscosity, Pas) einer Mischung aus einer Suspension von einer Flüssigkeit und Partikeln sowie Mahlperlen zeigt sich darin, dass die Linie L1 bei axialer Oszillation und Scherung kleinere Scherviskositäten zeigt als die Linie L2 bei einer Scherung ohne Oszillation. Solche signifikanten Änderungen im
Fliessverhalten, insbesondere im tiefen Differenz-Geschwindigkeitsbereich bzw. im Bereich tiefer Scherraten (Shear Rate, 1/s), führen zu einer Homogenisierung des Mahlraums sowie zu einer Eliminierung von schlecht fliessfähigen oder sogar unbeweglichen Bereichen in der Verfahrenszone. Ohne eine Überlagerung der Scherströmung mit einer Vibration und bei einer Verlangsamung der Suspension oder bei einer Sedimentation von Mahlperlen und/oder groben Agglomeraten in der Suspension, typischerweise an der Wand, erhöht sich die Viskosität dramatisch bei reduzierten Scherraten. Bei einer Überlagerung mit einer Vibration, wie in Figur 4 dargestellt, eliminiert sich gerade der strukturviskose Bereich und somit alle strukturviskosen Effekte. Beispielsweise wird die Pfropfenströmung, auch als Fliessgrenze bekannt, eliminiert und in ein rein Newtonsches Fliessverhalten transferiert. Dieser Effekt ist auch in der anschliessend beschriebenen Figur 5b schematisch dargestellt.
Die Figuren 5a und 5b visualisieren das fluiddynamischen Verhaltens der Suspension ohne bzw. mit Oszillation (Vibration), wobei je rechts oben sich bildende unterschiedliche
Strömungsschichten und links unten ein Diagramm mit der Scherrate im logarithmischen Massstab auf der Abszisse und mit der Scherviskosität auf der Ordinate dargestellt sind.
Um den grossen Unterschied zwischen den Scherviskositäten ohne und mit Oszillation bzw. Vibration einfach erkennbar zu machen, ist das Diagramm der Fig. 5a auch in der Fig. 5b eingetragen, wobei in Fig. 5b die Scherviskosität mit Oszillation bzw. Vibration mit einem schraffierten Bereich hervorgehoben ist.
In der Gegenüberstellung der Figuren 5a und 5b ist zu sehen, wie sich aufgrund der Vibration eine starke Viskositätsverringerung in einem Bereich der Fliesskurve mit niedriger Scherrate ergibt und sich die Strömungsdynamik im Strömungsspalt zwischen der
Innenwandung 30 des Statorgehäuses und der beweglichen Aussenfläche 31 des Rotors 13, ändert.
In Figur 5a ist der Fall dargestellt, bei dem die Mahlvorrichtung 10 nicht mit einer
Vibrationsbewegung beaufschlagt ist, so dass nur Scherströmungen auftreten. Die
Viskosität der Suspension 15 führt zu einer Pfropfenströmung 35 um die Mittellinie 33 des Strömungsspaltes und einer Randströmung 36 mit anderer Viskosität. Als Folge der Pfropfenströmung 35 bildet sich in der Umgebung der Mahlperlen 29 eine Dilatanz 32 aus Mahlperlen 29 und Fluid.
In Figur 5b ist die Situation dargestellt, die sich ergibt, wenn bei der Mahlvorrichtung nicht nur eine Rotation, sondern zwischen Statorgehäuse und Rotor auch eine Vibration angeregt wird. Die Vibration wandelt im gesamten Strömungsspalt durch eine einfache Reduktion der Scherviskosität die Pfropfenströmung in ein nahezu parabolisches Newtonsches
Strömungsprofil 23 bei Vorhandensein eines reduzierten Wandgleiteffekts um. Dies ermöglicht einerseits eine Verringerung der Schleppscherkräfte und andererseits eine Eliminierung der Dilatanz 32. Das anfängliche Strömungsprofil 23 passt sich entsprechend der Kurve der stationären Scherviskosität an. Die Viskosität ist sowohl in einem mittleren Bereich 37 als auch in seitlichen Bereichen 34 tief. Die Verringerung der Viskosität verhindert die Bildung von Pfropfen.

Claims

Patentansprüche
1. Mahlverfahren zum Zerkleinern von Partikeln in einer Flüssigkeit, bei welchem Verfahren eine Flüssigkeit mit Partikeln durch mindestens eine Mahlpassage (51 a - 51 d ) zwischen einem Statorgehäuse (14) und einem darin um eine Ma schinenachse (1 1 ) drehbar angeordneten ersten Rotor (13a) geführt wird, wobei in der mindestens einen Mahlpassage (51 a - 51 d) während des Mahlvorgangs Mahlperlen (49) verwendet werden, die Flüssigkeit mit den Partikeln nach der mindestens einen Mahlpassage (51 a - 51 d) durch eine Trennvorrichtung (43) geführt wird, welche Mahlperlen (49) von den Partikeln und der Flüssigkeit trennt, und wobei zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) eine relative Drehbewegung ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) zudem eine Translationsbewegung (28) entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen ausgeführt wird.
2. Mahlverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Translati onsbewegung (28) zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a,
13b) eine Schwingung oder Vibration ist.
3. Mahlverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Translati onsbewegung (28) zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem Rotor (13a, 13b) in Richtung der Maschinenachse erfolgt.
4. Mahlverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit Partikeln durch mindestens eine weitere Mahlpassage (51 a - 51 d ) zwischen dem Statorgehäuse (14) und einem darin zusammen mit dem ersten Rotor (13a) um die Maschinenachse (1 1 ) drehbar angeordneten zweiten Rotor (13b) geführt wird, wobei in der mindestens einen weiteren Mahlpassage (51 a - 51 d) während des Mahlvorgangs Mahlperlen (49) verwendet werden, die Flüssigkeit mit den Partikeln nach der mindestens einen weiteren Mahlpassage (51 a - 51 d ) durch eine Trennvorrichtung (43) geführt wird, welche Mahlperlen (49) von den Parti keln und der Flüssigkeit trennt, und wobei zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem zweiten Rotor (13b) eine Translationsbewegung (28) entlang der Maschi nenachse (1 1 ) ausgeführt wird, wobei der erste und der zweite Rotor (13a, 13b) bei der Translationsbewegung (28) zueinander mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bewegt werden.
5. Mahlverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung oder Vibration eine Frequenz im Bereich von 1 Hz bis 1000 Hz und/oder eine Amplitude von 0.05 bis 50 mm aufweist und/oder dass die Mahlperlen (49) zwischen 100 pm und 10 mm gross sind.
6. Mahlverfahren nach nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Steuer- und Regelungseinheit (16) die Amplitude und die Frequenz der Schwin gung oder Vibration mit einer Messung eines Abstandswertes und/oder eines Be schleunigungswertes optimiert.
7. Mahlverfahren nach nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass in mindestens zwei Mahlpassagen (51 a - 51 d ) Mahlperlen mit unter schiedlichen Grössen-Verteilungen eingesetzt werden, wobei vorzugsweise die Mahlpassage (51 a - 51 d) mit den grösseren Mahlperlen von der Flüssigkeit mit den Partikeln zuerst und die Mahlpassage (51 a - 51 d) mit den kleineren Mahl perlen danach durchflossen wird.
8. Mahlvorrichtung (10) zum Zerkleinern von Partikeln in einer Flüssigkeit, mit mindestens einer Mahlpassage (51 a - 51 d) zwischen einem Statorgehäuse (14) und einem darin um eine Maschinenachse (1 1 ) drehbar angeordneten ersten Rotor (13a), wobei in der mindestens einen Mahlpassage (51 a - 51 d ) während des Mahlvorgangs Mahlperlen (49) einsetzbar sind und der mindestens einen Mahlpassage (51 a - 51 d) eine Trennvorrichtung (43) zugeordnet ist, welche Mahlperlen (49) von den Partikeln und der Flüssigkeit trennt, und wobei zwi schen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) eine relative Dreh bewegung ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator gehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) zudem eine Translationsbewegung (28) ent lang einer oder mehrerer Bewegungsachsen ausführbar ist.
9. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Translationsbewegung (28) zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem ersten Rotor (13a) in Richtung der Maschinenachse ausführbar ist.
10. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahl vorrichtung mindestens eine weitere Mahlpassage (51 a - 51 d ) zwischen dem Statorgehäuse (14) und einem darin zusammen mit dem ersten Rotor (13a) um die Maschinenachse (11 ) drehbar angeordneten zweiten Rotor (13b) umfasst, wobei in der mindestens einen weiteren Mahlpassage (51 a - 51 d ) während des Mahlvorgangs Mahlperlen (49) einsetzbar sind und der mindestens einen weite ren Mahlpassage (51 a - 51 d ) eine weitere Trennvorrichtung (43) zugeordnet ist, welche Mahlperlen (49) von den Partikeln und der Flüssigkeit trennt und wobei zwischen dem Statorgehäuse (14) und dem zweiten Rotor (13b) eine Translati onsbewegung (28) entlang der Maschinenachse (1 1 ) ausführbar ist, wobei der ers te und der zweite Rotor (13a, 13b) bei der Translationsbewegung (28) zueinan der mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bewegbar sind, vorzugsweise mit einer mechanischen Kopplung.
11. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (14) von einem ersten Antriebsmittel (17) um die Maschinenach se (11 ) drehbar ist.
12. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor (13a) sowie der zweite Rotor (13b) als Hohlwelle ausgeführt und innerhalb des Statorgehäuses (14) auf einem um die Maschinenachse (11 ) drehbar gelagerten Rotorschaft (12) in Richtung der Maschinenachse (11 ) ver schiebbar angeordnet sind, wobei ein zweites Antriebsmittel (18) den Rotor schaft (12) und mit diesem den ersten und zweiten Rotor (13a, 13b) in eine Ro tationsbewegung um die Maschinenachse (11 ) versetzbar macht.
13. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Antriebsvorrichtung (19) den zweiten Rotor (13b) in Richtung der Maschi nenachse (1 1 ) bewegbar macht und der erste und der zweite Rotor (13a, 13b) über mindestens einen Kniehebel (39) miteinander verbunden sind, so dass der erste Rotor (13a) und der zweite Rotor (13b) synchron aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden, wobei sich der Kniehebel (39) aus drei Ele menten zusammensetzt, welche durch ein zweites Gelenk (38b) und ein viertes Gelenk (38d) miteinander, durch ein erstes Gelenk (38a) mit dem ersten Rotor (13a), durch ein fünftes Gelenk (38e) mit dem zweiten Rotor (13b) und durch ein drittes Gelenk (38c) mit einer Halterung (40) am Rotorschaft (12) verbunden sind.
14. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drit te Antriebsvorrichtung (19) eine am zweiten Rotor (13b) senkrecht zur Richtung der Maschinenachse (1 1 ) angeordnete ferromagnetische Scheibe (42) sowie für eine Bewegung der ferromagnetischen Scheibe (42) zumindest einen Elektro magneten (19a) umfasst und für eine Rückstellbewegung ein erstes Federpaket (41 a) mit dem ersten Rotor (13a) und ein zweites Federpaket (41 b) mit dem zweiten Rotor (13b) sowie beide Federpakete (41 a, 41 b) je mit dem Rotorschaft (12) verbunden sind, wobei vorzugsweise die Federkonstanten der Federpakete (41 a, 41 b) unter Berücksichtigung der Dämpfung, welche durch die Mahlperlen, die Flüssigkeit und weitere Dämpfungselemente gegeben ist, so gewählt oder einstellbar sind, dass die beiden Rotoren (13a, 13b) bei einer vorgegebenen Frequenz in Resonanz schwingen, wobei der mindestens eine Elektromagnet (19a, 19b) vorzugsweise eine harmonische Schwingung und/oder stochastische Schläge generierbar macht.
15. Mahlvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, dass der Rotorschaft (12) über einen Fluideinlass (26) und über einen Fluidauslass (27) eine Flüssigkeit mit darin verteilten Partikeln durch die Mahl passagen (51 a - 51 d) und gegebenenfalls Kühlmittel und/oder Dispersionsmittel in die Mahlvorrichtung (10) führbar macht.
16. Mahlvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, dass
eine Steuer- und Regelungseinheit (16) die Amplitude und die Frequenz der Translationsbebegung mit einer Messung eines Abstandswertes und/oder eines Beschleunigungswertes optimierbar macht und/oder
die Trennvorrichtung (43) ein Trennsieb (47) und ein Trennsiebgehäuse (48) umfasst und/oder
die Mahlpassagen (51 a - 51 d ) elastische Grenzflächen und/oder durchgehende Wandbereiche und/oder Membranen umfassen und/oder
das Statorgehäuse (14) gekühlt ist und/oder
die Antriebsmittel (17 - 19) in der Lage sind, jeweils bei einem Abbremsvorgang elektrische Energie zu gewinnen und/oder
die Mahlpassagen (51 a - 51 d ) mit elastisch adaptiven, auf eine Normalkraft re agierenden Schichten ausgekleidet sind, so dass die Oberfläche der Mahlpas sagen (51 a - 51 d) einen kleinen Reibungswiderstand aufweist und sich je nach Belastung entweder passiv oder aktiv deformieren lässt.
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