WO2023041201A1 - Rotor - Google Patents

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WO2023041201A1
WO2023041201A1 PCT/EP2022/025436 EP2022025436W WO2023041201A1 WO 2023041201 A1 WO2023041201 A1 WO 2023041201A1 EP 2022025436 W EP2022025436 W EP 2022025436W WO 2023041201 A1 WO2023041201 A1 WO 2023041201A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grinding
rotor
shell
metallic
cage
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/025436
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Nater
Achim STRUM
Cornel Fraefel
Pascal EGGER
Original Assignee
Bühler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bühler AG filed Critical Bühler AG
Publication of WO2023041201A1 publication Critical patent/WO2023041201A1/de

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Classifications

    • 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
    • B02C17/163—Stirring means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2210/00—Codes relating to different types of disintegrating devices
    • B02C2210/02—Features for generally used wear parts on beaters, knives, rollers, anvils, linings and the like

Definitions

  • the present invention relates to a rotor and in particular to a rotor for a metal-free process zone of an agitator bead mill.
  • the production of cathode or anode active material is becoming increasingly important due to the increased demand for batteries.
  • Agitator bead mills (RWKM) with metal-free process zones must be used to grind active materials such as lithium iron phosphate (LFP), lithium nickel manganese cobalt oxide (NCM), silicon (Si) or similar.
  • the process zones can contain volumes of more than 60 liters.
  • the process zone has a rotor and a cooled stator. While the stator is usually made of silicon carbide (SiC) due to the water cooling, you are free to choose the material(s) for the rotor, which does not require separate cooling.
  • rotors made of inexpensive plastics such as polyurethane (PU) are usually used.
  • PU polyurethane
  • ceramic rotors e.g. zirconium oxide (ZrO) are used.
  • Documents CN205304429U, DE10064828B4, CN210279354U, CN204134699U, CN210357393U and CN204724256U relate to prior art of the present invention.
  • the object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of previous rotors. This is achieved by the features as described below.
  • the invention is defined in the independent claims. Dependent claims describe preferred embodiments.
  • the invention provides a rotor for an agitator ball mill.
  • the rotor has a multi-part metal framework, a plurality of milling tools that are arranged on the framework, and at least one, preferably a plurality of non-metallic shell elements.
  • the at least one shell element can preferably be releasably attached to the basic structure and is designed in such a way that the surfaces of the basic structure are essentially covered or encased by the shell element.
  • At least part of the basic framework can be formed by one or more grinding disks arranged next to one another and/or spacer bushings arranged between two adjacent grinding disks and/or a deflector cage.
  • the rotor should be arranged in a grinding chamber of an agitator ball mill filled with material to be ground and auxiliary grinding bodies, with the surfaces of the basic structure covered by the shell element(s) being those surfaces which, without being covered, when using the rotor with the material to be ground and the auxiliary grinding bodies in touch would come.
  • Openings for the grinding tools to pass through are preferably provided in the at least one shell element.
  • a section of the rotor forms, in particular, a cylindrical drive section, with the metallic basic structure in the area of the drive section forming a grinding disk frame section which is formed by one or more metal grinding disks which are arranged at a distance, with each of the grinding disks having two side surfaces, one in the center of the disk formed through hole for receiving an agitator shaft for driving the rotor and has an outer peripheral surface, wherein a plurality of the grinding tools are arranged on the outer peripheral surface, wherein the part of the Shell element for covering the grinding discs is formed by two half-shells made of plastic, which surround at least the side surfaces and the outer peripheral surface of the grinding disc.
  • a further section of the rotor can form a cylindrical cage section, with the metallic basic structure forming a deflector cage in the area of the cage section, which is formed by metallic longitudinal struts spaced apart from one another in the circumferential direction, which extend in the direction of a rotational axis of the rotor, with longitudinal slots between the longitudinal struts are trained.
  • the grinding tools can be arranged on the longitudinal struts, with the part of the shell element for covering the longitudinal struts being formed by shell elements which cover the sections of the longitudinal struts between the grinding tools.
  • the longitudinal struts of the cage section can each be connected to the grinding disk of the drive section adjacent to the cage section by means of push/pull rods.
  • One end of the basic structure can be formed in the area of the cage section by a metallic, ring-shaped closing element which is connected to the longitudinal struts.
  • the shell elements for covering the terminating element can be formed by elements in the shape of a segment of a circle, which are fastened to the terminating element on both sides.
  • the shell elements can be positively connected to the basic framework by means of a click connection or, preferably, screwed to the basic framework.
  • the shell elements are made in particular from thermoplastic, duroplastic plastics or from elastomers, for example PA, PE, PU, NBR or fiber-reinforced plastics.
  • the metal framework can be made of stainless steel, and the grinding tools can be made of ceramic, preferably zirconium oxide or silicon carbide, or plastic.
  • a machining process for example milling, turning or drilling, using 3D printing or production as an injection molded part can be used to produce the shell elements.
  • the invention also provides a grinding disk arrangement for a rotor, in particular for a rotor according to the invention as described above.
  • the assembly includes a metallic grinding disk having two side surfaces, a through hole formed in the center of the disk for receiving an agitator shaft, and an outer peripheral surface. Furthermore, a plurality of grinding tools arranged on the outer peripheral surface, which protrude radially outward from the outer peripheral surface, and two half-shells made of plastic for covering the grinding disk, which are fixed to the metallic grinding disk 4, are provided.
  • the half-shells surround at least the side surfaces and the outer peripheral surface of the grinding disk.
  • the invention is further directed to a shell member configured for a rotor or burr assembly according to the invention.
  • a further aspect of the invention is a metal framework for a rotor, in particular a rotor according to the invention.
  • the framework has a grinding disk section with a plurality of grinding disks arranged next to one another and spacer bushings arranged between two adjacent grinding disks, a deflector cage which is formed by longitudinal metal struts which are spaced apart from one another in the circumferential direction and extend in the direction of an axis of rotation of the rotor, longitudinal slits arranged between the longitudinal struts and a metal, annular closing element is formed, which is connected to the longitudinal struts, and several stabilizing elements, which are arranged between the grinding discs or between the grinding discs and the closing element.
  • FIG. 1 shows an exemplary representation of a metallic framework of a rotor according to the present disclosure
  • FIG. 2 shows an exemplary representation of the basic structure from FIG. 1 with attached milling tools
  • FIG. 3 is a perspective view of a rotor according to an embodiment with shell elements attached;
  • FIG. 4 is a side sectional view of a rotor according to the present disclosure.
  • 5a and 5b are views of a disk according to the present disclosure.
  • FIG. 6 shows an exemplary representation of a metallic basic structure of a rotor with stabilizing elements.
  • Agitator ball mills generally have a stator and a rotor, and depending on the design, grinding tools in the form of pins or cams can be provided on the rotor.
  • grinding tools can be attached to the inner wall of the stator, which are arranged offset in the axial direction with respect to the rotor grinding tools in order to enable the rotor to rotate.
  • grinding aids for example in the form of ceramic balls, which are located in the grinding chamber, are often used.
  • a screen is attached to the outflow end to prevent grinding aids or larger solids from entering the outflow and contaminating the product.
  • the rotor is fitted 7 at least partially around the screen, ie on the outside in the radial direction.
  • the rotor is usually formed around the screen as a deflector cage. This cage can prevent the auxiliary grinding bodies from accumulating on the sieve and impeding the outflow of the material to be ground.
  • This cage shape is usually achieved by several rods in the axial direction, which are connected by a round section and formed into a permeable hollow cylinder.
  • the drive side in turn, on the right in FIG. 1, is connected to a drive shaft.
  • the rotor having the basic framework described here can be used in particular in horizontal agitator ball mills, ie mills with a horizontally aligned Axis of rotation, are used, but is not limited to this.
  • the basic framework 1 is constructed in several parts.
  • the basic structure 1 can be designed as an essentially hollow-cylindrical body.
  • FIG. 1 shows a deflector cage 121 which, as described above, is formed from a plurality of longitudinal struts 6 which are spaced apart from one another in the circumferential direction and which are each connected at the ends by an annular closing element 7 or a circular element. Longitudinal slots 61 are thus formed between the longitudinal struts 6, through which the material to be ground or the product can flow off.
  • this deflector cage 121 lying radially on the inside, the screen is attached during operation (not shown).
  • Other designs of the deflector cage 121 can also be useful, provided they allow the material to be ground to flow through.
  • the part on the drive side, on the right in the picture, is formed as a grinding disk framework section 111 by one or more grinding disks 4 .
  • spacer bushings 5 can be spaced apart from one another by spacer bushings 5 in order to ensure a uniform spacing between the grinding disks 4 or between the grinding disk 4 on the outflow side and the deflector cage 121 .
  • the latter spacer bushing can also be designed as part of the deflector cage 121 .
  • the deflector cage 121 and the grinding disk frame section 111 (and optionally the spacer bushings 5) of the basic frame 1 can be made of metal, for example stainless steel.
  • the metal base frame 1 represents the supporting structure of the rotor, which gives the rotor the necessary stability and allows efficient torque transmission from the drive axle, in particular to the grinding tools that can be fastened to the base frame 1 .
  • the basic structure 1 shown in FIG. 1 with the grinding tools 2 attached thereto is shown in FIG. In one embodiment, the grinding tools 2 are screwed together. Alternatively, the grinding tools 2 themselves can have an external thread with which they can be attached to the basic structure 1, ie the longitudinal struts 6 of the deflector cage 12 or the grinding discs 4.
  • the grinding tools 2 can be made of plastic or ceramic, eg zirconium oxide (ZrCh) or silicon carbide (SiC).
  • the grinding tools 2 themselves can also have a basic structure, for example made of metal, which is coated, cast around or clad. Form of the grinding tools 2 is shown in FIG. 2 as a cuboid.
  • the grinding tools 2 stir and activate the grinding aids, they can z. B. also be round, trapezoidal or mushroom-shaped, and have functional surfaces to steer the grinding aids axially or radially in a desired direction.
  • the grinding disks 4 can be attached and exchanged individually, as a result of which a modular structure can be guaranteed.
  • the process zone should remain metal-free. In other words, no metal debris should get into the grinding chamber.
  • the metallic surfaces of the basic structure 1, which would come into contact with the material to be ground or the grinding aids in the grinding chamber, should be covered or encased, i.e. wear protection should be attached. This is brought about by at least one shell element, preferably a plurality of shell elements 3, as shown in FIG.
  • a basic structure as shown in FIG Postponing the shell element to be able to attach the grinding tools 2 to the basic structure.
  • several shell elements 3 are preferably provided, which are adapted to the surface of the basic structure 1 and can cover or encase it as completely as possible.
  • the shell elements 3 are non-metallic and can be attached to the basic structure 1 in a detachable (or connectable) manner. The attachment can be done by means of screw connections, click connections, clamp connections or the like.
  • Rotor and base structure 1 thus each have the same cage section 12 (or deflector cage 121) and drive section 11 (or grinding disk frame section 111). These sections each designate axial sections along the axis of rotation.
  • the different geometry in the cage section 12 and in the drive section 11 is taken into account by the longitudinal struts 6 and the annular closing element 7 and the grinding discs 4 by precisely fitting Shell elements 3 are covered.
  • Several shell elements 3 are preferably provided on the grinding disks 4 and on the longitudinal struts 6 or on the one-part or multi-part round closing element 7 , which enclose the respective component or partial area of the base body 1 .
  • the casing of the longitudinal struts 6 of the deflector cage 121 can be provided by a plurality of shell elements 3 which are connected to one another or to the basic structure 1 itself by screw connections.
  • the ring-shaped closing element 7 can be covered or encased by shell elements 3 in the shape of a segment of a circle.
  • the different thermal expansion of the shell elements and the underlying structure should possibly be taken into account in order not to cause plastic deformation and thus damage to the shell elements 3 .
  • the shell elements 3 can be made from thermoplastic or duroplastic plastics or from elastomers, for example PA, PE, PU, NBR, or from fiber-reinforced plastics. Furthermore, depending on the selected material, the shell elements 3 can be produced by means of machining, for example by milling, turning or drilling, by means of 3D printing or as an injection molded part. Alternatively, shell parts can also be coated, cast around or sprayed on.
  • the screw heads are preferably countersunk in the case of a screw connection of the grinding tools 2 and/or the shell elements 3, no high metal abrasion is to be expected there.
  • plastic or ceramic screws can be used, or the screws are placed on the inside.
  • the grinding tools 2 can also be glued or clamped to the basic structure 1 so that the connecting element does not come into contact with the flow of material to be ground.
  • the shell elements 3 can have recesses or openings 31 which are provided for the grinding tools 2 to pass through.
  • the shell elements 3 can also be subdivided into several shell elements which, when assembled, enclose the basic framework 1 and the grinding tools 2 . Gaps can be provided between the shell elements 3, which allow thermal expansion during operation without plastic deformation. Furthermore, the gaps allow swelling when absorbing water without plastic deformation. It can also be advantageous to provide seals between the shell elements 3, between shell elements 3 and grinding tools 2 and/or between shell elements 3 and the basic structure 1.
  • FIG. 4 shows a side section of a basic structure 1 with shell elements 3 fitted therein as described with reference to FIG. 3 .
  • FIG. 4 also shows, as a dashed line, the axis of rotation described above, which is not explicitly shown in FIGS.
  • the grinding disk 4 is made of metal such as stainless steel and has two side surfaces 41, a through hole 42 formed in the center of the grinding disk 4 for receiving an agitating or driving shaft, and an outer peripheral surface 43.
  • the grinding disk 4 can have one or more drilled holes for receiving screws. Furthermore, recesses and/or stiffening ribs can be provided.
  • a plurality of grinding tools 2 are attached to the outer peripheral surfaces and project radially outwards from the outer peripheral surface 43 .
  • the shell elements 3 surround at least the side surfaces 41 and the outer peripheral surface 43, apart from the grinding tools 2. As can be seen from the exploded drawing, in this example both the grinding tools 2 and the shell elements 3 are each fastened to the grinding disk 4 with screw connections.
  • the grinding disk 4 with shell element 3 and grinding tools 2 in the assembled state shows the grinding disk 4 with shell element 3 and grinding tools 2 in the assembled state.
  • the grinding disk 4, with or without shell element 3 and/or grinding tools 2 can be provided separately as a spare part and, as described above, modularly by means of the spacers 5 to form the basic framework 1 Rotors are used. Furthermore, individual grinding discs 4, grinding tools 2 or shell elements 4 can also be replaced depending on wear.
  • the shell elements 3 of the grinding disk arrangement shown therefore have two half-shells made of plastic for covering the grinding disk.
  • the half-shells are each attached to the metal grinding disk 4 , the half-shells surrounding at least the side surfaces and the outer peripheral surface of the grinding disk 4 .
  • the half-shells thus form the shell element 3.
  • the shell element 3 can also be divided differently and consist of more than two parts, provided that the metallic surface, which would come into contact with the material to be ground and the grinding aids without a cover, is essentially covered or encased becomes.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a metal framework 1 for a rotor, as shown in FIG.
  • the embodiment according to FIG. 6 additionally has stabilizing elements 8 which connect the grinding disks 4 and the deflector cage 121, for example in the form of rods.
  • 6 shows the stabilizing elements 8 as round rods, which are arranged between the grinding disks 4 and between the grinding disks 4 and the deflector cage 121 or its closing element 7 .
  • These stabilizing elements 8 can supplement the basic structure 1.
  • the stabilizing elements 8 can be arranged as individual, short elements between the grinding disks 4 or be designed as continuous rods that pass through the grinding disks 4, optionally with spacer or spacer elements between the grinding disks 4.
  • the stabilizing elements 8 are preferably in the vicinity of the Outer circumference of the grinding discs 4 arranged.
  • the stabilizing elements 8 can also be designed in several parts and consist, for example, of tie rods and pressure sleeves.
  • the attachment to the base frame 1 can be done with appropriate threads and holes with screws and nuts.
  • the stabilizing elements 8 have the function of stabilizing and stiffening the basic framework 1 . This reduces the deformation of the rotor as a result of external forces Gravity reduced. This is also advantageous because it means that the distance from the rotating cage to the stationary screen, which is inside the cage, can be very small. If the distance between the sieve and the cage is small, the grinding aids are held back more easily by the sieve. This leads to high product throughput and machine efficiency.
  • the stabilizing elements 8 can therefore act as pull or push rods and thus bring about a high level of rigidity in the construction, as a result of which a small deflection of the drive shaft can be achieved in horizontal operation.
  • Such a basic structure 1 with stabilizing elements 8 is therefore also an aspect of the present disclosure, with this special design making it possible to provide a light basic structure 1, which is particularly advantageous in connection with the casing in large agitator ball mills, for example with a rotor diameter of 40 cm or more .
  • the present disclosure further comprises a shell element 3 or a shell element arrangement for a rotor and/or a grinding disk 4 and/or a grinding disk arrangement as described above.
  • a shell element 3 or shell element arrangement can be attached to an existing framework, for example according to the present disclosure, for covering the metal surfaces or can replace a worn shell element.
  • the present disclosure includes the use of a shell element 3 or a shell element arrangement for a rotor and/or a grinding disk 4 and/or a grinding disk arrangement as described above.
  • a modular rotor for an agitator ball mill can be provided by the present invention, which can also be used in metal-free process zones.
  • the shell elements, grinding tools or grinding discs can be replaced individually and depending on wear.
  • the metal parts, ie the basic structure or skeleton of the rotor consisting of the cage, grinding disks and, if necessary, spacers and/or stabilizing elements, are not damaged by the casing Wear claimed, whereby a metal-free shredding of the product can be achieved.
  • the shells can be shaped in such a way that they form a cylinder and there is an annular grinding gap between the rotor and the grinding container.
  • the shells are made of wear-resistant materials such as plastic or ceramic.
  • the shells can be attached to the Meta II structure with screws and can therefore be easily replaced when worn.
  • the shells can also be attached in a form-fitting manner using a click connection.
  • the shell parts are only subject to low loads because the grinding tools transfer the forces to the supporting structure, i.e. the basic structure.
  • the pull / push rods connect the discs and the cage on a large diameter and stiffen the construction, this leads to a very small deflection of the shaft and thus it is possible to choose the distance from cage to screen very small.
  • the hybrid construction of metal, plastic and ceramic also makes it possible to ensure a low overall weight of the rotor with maximum rigidity at the same time. This also contributes to the low deflection of the drive shaft or rotor in horizontal operation and a reduction in cage-to-screen clearance.
  • the invention also includes individual features in the figures, even if they are shown there in connection with other features and/or are not mentioned above. Furthermore, the term “comprise” and derivatives thereof does not exclude other elements or steps. The indefinite article “a” or “an” and derivatives thereof also do not exclude a large number The terms “essentially”, “approximately”, “approximately” and the like in connection with a property or a value in particular also define the property or the value precisely. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.

Abstract

Es wird ein Rotor für eine Rührwerkskugelmühle bereitgestellt. Der Rotor weist ein mehrteiliges metallisches Grundgerüst, mehrere Mahlwerkzeuge, die am Grundgerüst angeordnet sind, und mindestens ein, vorzugsweist mehrere nicht-metallische Schalenelemente auf. Das mindestens eine Schalenelement ist vorzugsweist lösbar an das Grundgerüst anbringbar und derart ausgebildet, dass durch das Schalenelement die Oberflächen des Grundgerüsts im Wesentlichen abgedeckt oder ummantelt sind. Ferner werden Mahlscheibenanordnung für einen Rotor, ein Schalenelement und ein metallisches Grundgerüst für einen Rotor bereitgestellt.

Description

Rotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor und insbesondere einen Rotor für eine metallfreie Prozesszone einer Rührwerkskugelmühle.
Die Herstellung von Kathoden- oder Anodenaktivmaterial gewinnt aufgrund der erhöhten Nachfrage nach Batterien immer mehr an Bedeutung. Für die Vermahlung von Aktivmaterialien, beispielsweise Lithiumeisenphosphat (LFP), Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt- Oxide (NCM), Silizium (Si), o.ä., müssen Rührwerkskugelmühlen (RWKM) mit metallfreien Prozesszonen eingesetzt werden. Die Prozesszonen können dabei Volumen von mehr als 60 Liter beinhalten. Die Prozesszone verfügt über einen Rotor und einen gekühlten Stator. Während der Stator aufgrund der Wasserkühlung meist aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt ist, ist man beim Rotor, der keiner separaten Kühlung bedarf in der Auswahl des / der Werkstoffe frei. Sind die zu vermahlenden Produkte wasserbasiert, kommen i.d.R. Rotoren aus kostengünstigen Kunststoffen, wie z.B. Polyurethan (PU), zum Einsatz. Handelt es sich beim Produkt um lösungsmittelbasierte Formulierungen, werden Rotoren aus Keramik, z.B. Zirkonoxid (ZrO), eingesetzt.
Insbesondere Keramikrotoren sind jedoch teuer in der Herstellung, weisen ein hohes Gewicht auf und sind beim Einbau in die RWKM schlaganfällig. Des Weiteren weisen manche Keramiken andere Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl auf, wodurch die Konstruktion und Fertigung des Rotors aufwendig und teuer werden. Rein aus Kunststoff gefertigte Rotoren oder Metallrotoren, die mit Kunststoff überzogen wurden, wiederum sind nicht lösemittelbeständig und daher für viele Produkte ebenfalls nicht geeignet. Ferner ist die Steifigkeit des Rotors von Bedeutung, damit im Betrieb keine Verformung der Bauteile auftritt.
Die Dokumente CN205304429U, DE10064828B4, CN210279354U, CN204134699U, CN210357393U und CN204724256U betreffen Stand der Technik zu der vorliegenden Erfindung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Nachteile bisheriger Rotoren zu überwinden. Dies wird durch die Merkmale wie unten beschrieben erzielt. Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Abhängige Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
Durch die Erfindung wird ein Rotor für eine Rührwerkskugelmühle bereitgestellt. Der Rotor weist ein mehrteiliges metallisches Grundgerüst, mehrere Mahlwerkzeuge, die am Grundgerüst angeordnet sind, und mindestens ein, vorzugsweise mehrere nicht-metallische Schalenelemente auf. Das mindestens eine Schalenelement ist vorzugsweise lösbar an das Grundgerüst anbringbar und derart ausgebildet, dass durch das Schalenelement die Oberflächen des Grundgerüsts im Wesentlichen abgedeckt oder ummantelt sind.
Zumindest ein Teil des Grundgerüsts kann durch eine oder mehrere nebeneinander angeordnete Mahlscheiben und/oder jeweils zwischen zwei benachbarten Mahlscheiben angeordnete Distanzbuchsen und/oder einen Deflektorkäfig gebildet sein.
Im Betrieb soll der Rotor in einem mit Mahlgut und Mahlhilfskörpern gefüllten Mahlraum einer Rührwerkskugelmühle angeordnet sein, wobei die durch das/die Schalenelement(e) abgedeckten Oberflächen des Grundgerüsts diejenigen Oberflächen sind, die ohne Abdeckung bei Verwendung des Rotors mit dem Mahlgut und den Mahlhilfskörpern in Berührung kommen würden.
Vorzugsweise sind in dem mindestens einen Schalenelement Öffnungen zum Durchtritt der Mahlwerkzeuge vorgesehen.
Ein Abschnitt des Rotors bildet insbesondere einen zylindrischen Antriebsabschnitt, wobei das metallische Grundgerüst im Bereich des Antriebsabschnitts einen Mahlscheibengerüstabschnitt bildet, der durch eine oder mehrere metallischen Mahlscheiben gebildet ist, die beabstandet angeordnet sind, wobei jede der Mahlscheiben zwei Seitenflächen, ein in der Mitte der Scheibe gebildetes Durchgangsloch zur Aufnahme einer Rührwelle zum Antrieb des Rotors und eine Außenumfangsfläche aufweist, wobei an der Außenumfangsfläche mehrere der Mahlwerkzeuge angeordnet sind, wobei der Teil des Schalenelements zum Abdecken der Mahlscheiben jeweils durch zwei Halbschalen aus Kunststoff gebildet ist, die zumindest die Seitenflächen und die Außenumfangsfläche der Mahlscheibe umgeben.
Ferner kann ein weiterer Abschnitt des Rotors einen zylindrischen Käfigabschnitt bilden, wobei das metallische Grundgerüst im Bereich des Käfigabschnitts einen Deflektorkäfig bildet, der durch in Umfangsrichtung voneinander beabstandete metallische Längsstreben gebildet wird, die sich in Richtung einer Rotationsachse des Rotors erstrecken, wobei zwischen den Längsstreben Längsschlitze ausgebildet sind. An den Längsstreben können mehrere der Mahlwerkzeuge angeordnet sein, wobei der Teil des Schalenelements zum Abdecken der Längsstreben durch Schalenelemente gebildet wird, die die Abschnitte der Längsstreben zwischen den Mahlwerkzeugen abdecken.
Die Längsstreben des Käfigabschnitts können jeweils mit der an den Käfigabschnitt angrenzenden Mahlscheibe des Antriebabschnitts mittels Zug-/Druckstangen verbunden sein.
Ein Ende des Grundgerüsts kann im Bereich des Käfigabschnitts durch ein metallisches, ringförmiges Abschlusselement gebildet werden, das mit den Längsstreben verbunden ist. Die Schalenelemente zum Abdecken des Abschlusselements können durch kreisabschnittförmige Elemente gebildet werden, die beidseitig am Abschlusselement befestigt sind.
Die Schalenelemente können mittels einer Klickverbindung formschlüssig mit dem Grundgerüst verbunden sein oder, bevorzugt, mit dem Grundgerüst verschraubt sein.
Die Schalenelemente sind insbesondere aus thermoplastischen, duroplastischen Kunststoffen oder aus Elastomeren, beispielsweise PA, PE, PU, NBR oder faserverstärkten Kunststoffen, gebildet. Das metallische Grundgerüst kann aus rostfreiem Stahl gebildet sein, wobei die Mahlwerkzeuge insbesondere aus Keramik, vorzugsweise Zirkonoxid oder Siliziumcarbid, oder Kunststoff gebildet sein können. Zur Herstellung der Schalenelemente kann ein Verfahren mittels Zerspanung, beispielsweise Fräsen, Drehen oder Bohren, mittels 3D-Druck oder die Herstellung als Spritzgussteil verwendet werden.
Durch die Erfindung wird ferner eine Mahlscheibenanordnung für einen Rotor bereitgestellt, insbesondere für einen erfindungsgemäßen, wie oben beschriebenen Rotor. Die Anordnung weist eine metallische Mahlscheibe mit zwei Seitenflächen, einem in der Mitte der Scheibe gebildeten Durchgangsloch zur Aufnahme einer Rührwelle und einer Außenumfangsfläche auf. Ferner sind mehrere an der Außenumfangsfläche angeordnete Mahlwerkzeuge, die radial von der Außenumfangsfläche nach außen vorstehen, und zwei Halbschalen aus Kunststoff zum Abdecken der Mahlscheibe, die an der metallischen Mahlscheibe 4 befestigt sind, vorgesehen. Die Halbschalen umgeben zumindest die Seitenflächen und die Außenumfangsfläche der Mahlscheibe.
Die Erfindung ist ferner auf ein Schalenelement gerichtet, das für einen erfindungsgemäßen Rotor oder eine erfindungsgemäße Mahlscheibenanordnung konfiguriert ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein metallisches Grundgerüst für einen Rotor, insbesondere einen erfindungsgemäßen Rotor. Das Gerüst weist einen Mahlscheibenabschnitt mit mehreren nebeneinander angeordneten Mahlscheiben und jeweils zwischen zwei benachbarten Mahlscheiben angeordnete Distanzbuchsen, einen Deflektorkäfig, der durch in Umfangsrichtung voneinander beabstandete metallische Längsstreben, die sich in Richtung einer Rotationsachse des Rotors erstrecken, zwischen den Längsstreben angeordnete Längsschlitze und ein metallisches, ringförmiges Abschlusselement gebildet wird, das mit den Längsstreben verbunden ist, und mehrere Stabilisierungselemente auf, die zwischen den Mahlscheiben bzw. zwischen den Mahlscheiben und dem Abschlusselement angeordnet sind.
Die Erfindung wird ferner bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung eines metallischen Grundgerüsts eines Rotors gemäß der vorliegenden Offenbarung, Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung des Grundgerüsts aus Fig. 1 mit angebrachten Mahlwerkzeugen,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform mit angebrachten Schalenelementen,
Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht eines Rotors gemäß der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 5a und 5b Ansichten einer Scheibe gemäß der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 6 eine beispielhafte Darstellung eines metallischen Grundgerüsts eines Rotors mit Stabilisierungselementen.
Das Funktionsprinzip von Rührwerkskugelmühlen ist bekannt und wird hier nicht im Detail beschrieben. Rührwerkskugelmühlen weisen in der Regel einen Stator sowie einen Rotor auf, wobei je nach Bauform am Rotor Mahlwerkzeuge in Form von Stiften oder Nocken vorgesehen sein können. Zusätzlich können an der Statorinnenwand Mahlwerkzeuge angebracht sein, die in axialer Richtung versetzt zu den Rotormahlwerkzeugen angeordnet sind, um eine Drehung des Rotors zu ermöglichen. Zwischen Stator und Rotor befindet sich ein Mahlraum, in dem bei Rotation des Rotors um eine Rotationsachse (Mittel-Längs-Achse) das Mahlgut dispergiert oder vermahlen wird. Hierbei kommen oftmals Mahlhilfskörper, beispielsweise in Form von Keramikkugeln, die sich im Mahlraum befinden, zum Einsatz.
Am ausflussseitigen Ende ist ein Sieb angebracht, das verhindert, dass Mahlhilfskörper oder größere Feststoffe in den Ausfluss gelangen und so das Produkt kontaminieren. Dabei ist der Rotor zumindest teilweise um das Sieb herum, d. h. in radialer Richtung außen, angebracht7 . Um den Produktfluss durch das Sieb gewährleisten zu können, ist der Rotor um das Sieb herum in der Regel als Deflektorkäfig ausgeformt. Durch diesen Käfig kann verhindert werden, dass sich die Mahlhilfskörper am Sieb ansammeln und den Ausfluss des Mahlguts behindern. Diese Käfigform wird in der Regel durch mehrere Stäbe in axialer Richtung, die durch einen runden Abschnitt verbunden und zu einem durchlässigen Hohlzylinder ausgebildet sind, erreicht. Die Antriebsseite wiederum, in der Fig. 1 rechts, ist mit einer Antriebswelle verbunden.
Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Grundgerüst 1 eines Rotors gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der das hier beschriebene Grundgerüst aufweisende Rotor kann insbesondere in horizontalen Rührwerkskugelmühlen, d.h. Mühlen mit einer horizontal ausgerichteten Rotationsachse, eingesetzt werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Grundgerüst 1 ist mehrteilig aufgebaut. Insbesondere kann das Grundgerüst 1 als im Wesentlichen hohlzylindrischer Körper ausgeführt sein.
In Fig. 1 ist ein Deflektorkäfig 121 zu erkennen, der wie oben beschrieben aus mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Längsstreben 6, die an den Enden jeweils durch ein ringförmiges Abschlusselement 7 oder ein kreisrundes Element verbunden sind, gebildet wird. Zwischen den Längsstreben 6 sind somit Längsschlitze 61 ausgebildet, durch die das Mahlgut bzw. das Produkt abfließen kann. Innerhalb dieses Deflektorkäfigs 121, radial innenliegend, ist im Betrieb das Sieb angebracht (nicht gezeigt). Es können auch andere Bauformen des Deflektorkäfigs 121 sinnvoll sein, sofern sie den Durchfluss des Mahlguts gestatten. Der antriebsseitige Teil, im Bild rechts, wird als Mahlscheibengerüstabschnitt 111 durch ein oder mehrere Mahlscheiben 4 gebildet. Diese können durch Distanzbuchsen 5 voneinander beabstandet sein, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Mahlscheiben 4 bzw. zwischen der ausflussseitigen Mahlscheibe 4 und dem Deflektorkäfigs 121, sicherzustellen. Letztere Distanzbuchse kann auch als Teil des Deflektorkäfigs 121 ausgebildet sein.
Der Deflektorkäfig 121 und der Mahlscheibengerüstabschnitt 111 (und gegebenenfalls die Distanzbuchsen 5) des Grundgerüsts 1 können aus Metall, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt sein. Das metallische Grundgerüst 1 stellt die tragende Struktur des Rotors dar, die dem Rotor die nötige Stabilität verleiht und eine effiziente Drehmomentübertragung von der Antriebsachse, insbesondere auf die am Grundgerüst 1 befestigbaren Mahlwerkzeuge erlaubt. Das in Fig. 1 gezeigte Grundgerüst 1 mit daran angebrachten Mahlwerkzeugen 2 ist in Fig. 2 gezeigt, wobei diese am Deflektorkäfig 121 an den Längsstreben 6 und im Mahlscheibenabschnitt 111 an den Mahlscheiben 4 in radialer Richtung befestigt sind. In einer Ausführungsform werden die Mahlwerkzeuge 2 verschraubt. Alternativ können die Mahlwerkzeuge 2 selbst ein Außengewinde aufweisen, mit dem sie am Grundgerüst 1, d.h. den Längsstreben 6 des Deflektorkäfigs 12 bzw. den Mahlscheiben 4, angebracht werden. Sie können aus Kunststoff oder aus Keramik, z.B. Zirkonoxid (ZrCh) oder Siliziumcarbid (SiC), hergestellt sein. Ferner können die Mahlwerkzeuge 2 selbst auch über eine Grundstruktur, beispielsweise aus Metall, verfügen, die beschichtet, umgossen oder verschalt wird. Die Form der Mahlwerkzeuge 2 ist in Fig. 2 quaderförmig dargestellt. Die Mahlwerkzeuge 2 rühren und aktivieren die Mahlhilfskörper, sie können z. B. auch rund, trapezförmig oder pilzförmig sein, und dabei Funktionsflächen aufweisen, um die Mahlhilfskörper axial oder radial in eine gewünschte Richtung zu lenken. Die Mahlscheiben 4 können dabei einzeln angebracht und ausgetauscht werden, wodurch ein modularer Aufbau gewährleistet werden kann.
Bei der Verarbeitung gewisser Stoffe sollte gewährleistet sein, dass kein Metallabrieb in das Produkt gelangt. So sollte beispielsweise bei LFP, ein Kathodenaktivmaterial in der Herstellung von Batterien, die Prozesszone metallfrei bleiben. Mit anderen Worten sollte kein Metallabrieb in den Mahlraum gelangen. Hierfür sollten die metallischen Oberflächen des Grundgerüsts 1, die im Mahlraum mit dem Mahlgut oder den Mahlhilfskörpern in Berührung kommen würden, abgedeckt oder ummantelt werden, d.h. ein Verschleißschutz angebracht werden. Dies wird durch mindestens ein Schalenelement, vorzugsweise mehrere Schalenelemente 3 bewirkt, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind.
In der einfachsten Ausführungsform kann ein Grundgerüst, wie in Fig. 1 gezeigt, ein einstückiges, zylinderförmiges Schalenelement vorgesehen sein, das so über das Grundgerüst 1 geschoben werden kann, dass die Oberfläche des Grundgerüsts 1 abdeckt wird, wobei Öffnungen vorgesehen sein können, um nach Aufschieben des Schalenelements die Mahlwerkzeuge 2 am Grundgerüst befestigen zu können. Bevorzugt sind aber, wie in Fig. 3 gezeigt, mehrere Schalenelemente 3 vorgesehen, die an die Oberfläche des Grundgerüsts 1 angepasst sind, und diese möglichst vollständig abdecken bzw. ummanteln können. Die Schalenelemente 3 sind nichtmetallisch und können lösbar (oder verbindbar) am Grundgerüst 1 befestigt werden. Die Befestigung kann dabei mittels Schraubverbindungen, Klickverbindungen, Klemmverbindungen oder dergleichen erfolgen. Rotor und Grundgerüst 1 weisen somit jeweils den gleichen Käfigabschnitt 12 (bzw. Deflektorkäfig 121) und Antriebsabschnitt 11 (bzw. Mahlscheibengerüstabschnitt 111) auf. Diese Abschnitte bezeichnen jeweils axiale Abschnitt entlang der Rotationsachse.
Bei der Gestaltung der Schalenelemente 3 wird der unterschiedlichen Geometrie im Käfigabschnitt 12 sowie im Antriebsabschnitt 11 Rechnung getragen, indem die Längsstreben 6 sowie das ringförmige Abschlusselement 7 bzw. die Mahlscheiben 4 durch passgenaue Schalenelemente 3 abgedeckt werden. Bevorzugt sind an den Mahlscheiben 4 und an den Längsstreben 6 bzw. an dem ein- oder mehrteiligen runden Abschlusselement 7 mehrere Schalenelemente 3 vorgesehen, die das jeweilige Bauteil bzw. Teilbereich des Grundkörpers 1 umschließen. Beispielsweise kann die Verschalung der Längsstreben 6 des Deflektorkäfigs 121 durch mehrere Schalenelemente 3 erfolgen, die durch Schraubverbindungen miteinander oder mit dem Grundgerüst 1 selbst verbunden sind. Das ringförmige Abschlusselement 7 kann durch kreisabschnittförmige Schalenelemente 3 abgedeckt bzw. ummantelt werden. Im Falle von Klick- oder Klemmverbindungen sollte möglicherweise die unterschiedliche Ausdehnung der Schalenelemente sowie der darunter liegenden Struktur bei Wärme beachtet werden, um keine plastische Deformation und somit eine Beschädigung der Schalenelemente 3 herbeizuführen.
Die Schalenelemente 3 können aus thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen oder aus Elastomeren, beispielsweise PA, PE, PU, NBR oder aus faserverstärkten Kunststoffen ausgebildet sein. Ferner können die Schalenelemente 3, abhängig vom gewählten Werkstoff, mittels Zerspanung, beispielsweise durch Fräsen, Drehen oder Bohren, mittels 3D-Druck oder als Spritzgussteil hergestellt werden. Alternativ können auch Schalenteile beschichtet, umgossen oder aufgespritzt werden.
Hierbei ist zu beachten, dass bevorzugt größere Metallflächen des Grundgerüsts 1 abgedeckt oder vom Mahlgutstrom im Wesentlichen ferngehalten werden, um dort den Metallabrieb d.h. den Verschleiß zu vermeiden. Da im Falle einer Schraubverbindung der Mahlwerkzeuge 2 und/oder der Schalenelemente 3 die Schraubenköpfe bevorzugt versenkt sind, ist dort kein hoher Metallabrieb zu erwarten. Alternativ können Kunststoff- oder Keramikschrauben verwendet werden oder die Schrauben werden innenliegend angeordnet. Alternativ können die Mahlwerkzeuge 2 auch verklebt oder geklemmt mit dem Grundgerüst 1 verbunden werden, sodass das Verbindungselement nicht mit dem Mahlgutstrom in Berührung kommt.
Die Schalenelemente 3 können Aussparungen oder Öffnungen 31 aufweisen, die zum Durchtritt der Mahlwerkzeuge 2 vorgesehen sind. Die Schalenelemente 3 können ferner in mehrere Schalenelemente unterteilt sein, die zusammengesetzt das Grundgerüst 1 sowie die Mahlwerkzeuge 2 umschließen. Zwischen den Schalenelementen 3 können Spalte vorgesehen sein, die eine thermische Ausdehnung im Betrieb ohne plastische Deformation ermöglichen. Ferner erlauben die Spalte das Quellen bei Wasseraufnahme ohne plastische Deformation. Es kann auch vorteilhaft sein, Dichtungen zwischen den Schalenelementen 3, zwischen Schalenelementen 3 und Mahlwerkzeugen 2 und/oder zwischen Schalenelementen 3 und dem Grundgerüst 1 vorzusehen.
Fig. 4 zeigt einen seitlichen Schnitt eines Grundgerüsts 1 mit darin angebrachten Schalenelementen 3 wie mit Bezug auf die Fig. 3 beschrieben. Fig. 4 zeigt ferner als gestrichelte Linie die oben beschriebene Rotationsachse, die in den Figuren 1 bis 3 nicht explizit dargestellt ist.
Fig. 5a ist eine Explosionszeichnung einer Mahlscheibe 4 mit Mahlwerkzeugen 2 und Schalenelementen 3 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Mahlscheibe 4 ist aus Metall, z.B. aus rostfreiem Stahl, und weist zwei Seitenflächen 41, eine in der Mitte der Mahlscheibe 4 gebildetes Durchgangsloch 42 zur Aufnahme einer Rühr- oder Antriebswelle und eine Außenumfangsfläche 43 auf. Die Mahlscheibe 4 kann ein oder mehrere Bohrlöcher zur Aufnahme von Schrauben aufweisen. Ferner können Aussparungen und/oder Versteifungsrippen vorgesehen sein. An den Außenumfangsflächen sind mehrere Mahlwerkzeuge 2 angebracht, die radial von der Außenumfangsfläche 43 nach außen vorstehen. Die Schalenelemente 3 umgeben zumindest die Seitenflächen 41 und die Außenumfangsfläche 43, abgesehen von den Mahlwerkzeugen 2. Wie der Explosionszeichnung zu entnehmen ist, sind in diesem Beispiel sowohl die Mahlwerkzeuge 2 als auch die Schalenelemente 3 jeweils mit Schraubverbindungen an der Mahlscheibe 4 befestigt.
Fig. 5b zeigt die Mahlscheibe 4 mit Schalenelement 3 und Mahlwerkzeugen 2 in zusammengebautem Zustand. Die Mahlscheibe 4, mit oder ohne Schalenelement 3 und/oder Mahlwerkzeugen 2, kann dabei separat als Ersatzteil vorgesehen werden und, wie oben beschrieben, modular mittels der Distanzbuchsen 5 zur Bildung des Grundgerüsts 1 eines Rotors verwendet werden. Ferner können auch einzelne Mahlscheiben 4, Mahlwerkzeuge 2 oder Schalenelemente 4 verschleißabhängig ausgetauscht werden.
Die Schalenelemente 3 der gezeigten Mahlscheibenanordnung weisen also zwei Halbschalen aus Kunststoff zum Abdecken der Mahlscheibe auf. Die Halbschalen sind jeweils an der metallischen Mahlscheibe 4 befestigt, wobei die Halbschalen zumindest die Seitenflächen und die Außenumfangsfläche der Mahlscheibe 4 umgeben. Die Halbschalen bilden somit das Schalenelement 3. Das Schalenelement 3 kann jedoch auch anders unterteilt sein und aus mehr als zwei Teilen bestehen, sofern die metallische Oberfläche, die ohne Abdeckung mit dem Mahlgut und den Mahlhilfskörpern in Berührung kommen würde, im Wesentlichen abgedeckt bzw. ummantelt wird.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines metallischen Grundgerüsts 1 für einen Rotor, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 weist zusätzlich Stabilisierungselemente 8 auf, die beispielsweise in Form von Stäben die Mahlscheiben 4 und den Deflektorkäfig 121 verbinden. In der Fig. 6 sind die Stabilisierungselemente 8 als runde Stangen dargestellt, die zwischen den Mahlscheiben 4 und zwischen den Mahlscheiben 4 und dem Deflektorkäfig 121 bzw. dessen Abschlusselement 7 angeordnet sind.
Diese Stabilisierungselemente 8 können das Grundgerüst 1 ergänzen.
Die Stabilisierungselemente 8 können als einzelne, kurze Elemente zwischen den Mahlscheiben 4 angeordnet sein oder als durchgängige Stangen ausgebildet sein, die durch die Mahlscheiben 4 hindurchtreten, gegebenenfalls mit Abstands- bzw. Distanzelementen zwischen den Mahlscheiben 4. Bevorzugt sind die Stabilisierungselemente 8 in der Nähe des Außenumfangs der Mahlscheiben 4 angeordnet. Die Stabilisierungselemente 8 können auch mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise aus Zugstangen und Druckhülsen bestehen. Die Befestigung am Grundgerüst 1 kann mit entsprechenden Gewinden und Bohrungen mit Schrauben und Muttern erfolgen.
Die Stabilisierungselemente 8 haben die Funktion, das Grundgerüst 1 zu stabilisieren und zu versteifen. Dadurch wird die Deformation des Rotors infolge von äusseren Kräften wie der Schwerkraft verkleinert. Dies ist auch von Vorteil, weil dadurch der Abstand vom rotierenden Käfig zum stationären Sieb, das innerhalb des Käfigs liegt, sehr klein gewählt werden kann. Bei kleinem Abstand von Sieb zum Käfig werden die Mahlhilfskörper einfacher vom Sieb zurückgehalten. Dies führt zu einer hohen Produktdurchlässigkeit und Effizienz der Maschine.
Die Stabilisierungselemente 8 können also als Zug- bzw. Druckstangen wirken und bewirken so eine hohe Steifigkeit der Konstruktion, wodurch eine geringe Durchbiegung der Antriebswelle im horizontalen Betrieb erreich werden kann.
Ein solches Grundgerüst 1 mit Stabilisierungselementen 8 ist somit ebenfalls ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wobei diese spezielle Gestaltung ermöglicht, ein leichtes Grundgerüst 1 bereitzustellen, was insbesondere in Verbindung mit der Verschalung in großen Rührwerkskugelmühlen, beispielsweise mit einem Rotordurchmesser von 40 cm oder mehr vorteilhaft ist.
Die vorliegende Offenbarung umfasst ferner ein Schalenelement 3 bzw. eine Schalenelementanordung für einen Rotor und/oder eine Mahlscheibe 4 und/oder eine Mahlscheibenanordnung wie oben beschrieben. Ein solches Schalenelement 3 bzw. eine Schalenelementanordnung kann an ein bestehendes Grundgerüst, beispielsweise gemäß der vorliegenden Offenbarung, zum Abdecken der Metalloberflächen angebracht werden oder kann ein verschlissenes Schalenelement ersetzen.
Ferner umfasst die vorliegende Offenbarung die Verwendung eines Schalenelements 3 bzw. einer Schalenelementanordnung für einen Rotor und/oder eine Mahlscheibe 4 und/oder eine Mahlscheibenanordnung wie oben beschrieben.
Somit kann durch die vorliegende Erfindung ein modular aufgebauter Rotor für eine Rührwerkskugelmühle bereitgestellt werden, der auch in metallfreien Prozesszonen zum Einsatz kommen kann. Ferner können die Schalenelemente, Mahlwerkzeuge oder Mahlscheiben einzeln und verschleißabhängig ausgetauscht werden. Die metallischen Teile, d.h. das Grundgerüst bzw. Skelett des Rotors bestehend aus Käfig, Mahlscheiben und ggf. Distanzbuchsen und/oder Stabilisierungselementen, werden durch die Verschalung nicht auf Verschleiß beansprucht, wodurch eine metallfreie Zerkleinerung des Produkts erreicht werden kann.
Die Schalen können derart geformt sein, dass diese einen Zylinder bilden und sich zwischen Rotor und Mahlbehälter ein ringförmiger Mahlspalt ergibt. Die Schalen sind aus verschleißbeständigen Werkstoffen wie Kunststoff oder Keramik gefertigt. Ferner können die Schalen mit Schrauben auf der Meta II Struktur befestigt sein und sind somit bei Verschleiß einfach austauschbar. Die Schalen können aber auch mittels einer Klickverbindung formschlüssig befestigt werden.
Die Schalenteile erfahren nur eine geringe Belastung, denn die Mahlwerkzeuge leiten die Kräfte auf die tragende Struktur, d.h. das Grundgerüst, ab. Die Zug- / Druckstangen verbinden die Scheiben und den Käfig auf grossem Durchmesser und versteifen die Konstruktion, das führt zu einer sehr kleinen Durchbiegung der Welle und somit ist es möglich, den Abstand von Käfig zu Sieb sehr klein zu wählen.
Durch den hybriden Aufbau aus Metall, Kunststoff und Keramik ist es ferner möglich, ein geringes Gesamtgewicht des Rotors bei gleichzeitiger maximaler Steifigkeit zu gewährleisten. Auch dies trägt zur geringen Durchbiegung der Antriebswelle oder des Rotors im horizontalen Betrieb und einer Verringerung des Abstands von Käfig zu Sieb bei.
Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend zu verschiedenen Aspekten und/oder Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend nicht genannt sind. Im Weiteren schließt der Ausdruck „umfassen" und Ableitungen davon andere Elemente oder Schritte nicht aus. Ebenfalls schließt der unbestimmte Artikel „ein" bzw. „eine" und Ableitungen davon eine Vielzahl nicht aus. Die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Merkmale können durch eine Einheit erfüllt sein. Die Begriffe „im Wesentlichen", „etwa", „ungefähr" und dergleichen in Verbindung mit einer Eigenschaft beziehungsweise einem Wert definieren insbesondere auch genau die Eigenschaft beziehungsweise genau den Wert. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Umfang der Ansprüche einschränkend zu verstehen.
Liste der Bezugszeichen
1 Grundgerüst
11 Antriebsabschnitt
111 Mahlscheibengerüstabschnitt
12 Käfigabschnitt
121 Deflektorkäfig
2 Mahlwerkzeuge
3 Schalenelemente
4 Mahlscheiben
41 Seitenflächen
42 Durchgangsloch
43 Außenumfangsfläche
5 Distanzbuchsen
6 Längsstrebe
61 Längsschlitz
7 Abschlusselement
8 Stabilisierungselement

Claims

Patentansprüche Rotor für eine Rührwerkskugelmühle, umfassend ein mehrteiliges metallisches Grundgerüst (1), mehrere Mahlwerkzeuge (2) die am Grundgerüst (1) angeordnet sind, und mindestens ein nicht-metallisches Schalenelement (3), wobei das mindestens eine Schalenelement (3) derart ausgebildet ist, dass durch das Schalenelement (3) die Oberflächen des Grundgerüsts (1) im Wesentlichen abgedeckt oder ummantelt sind. Rotor nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil des Grundgerüsts (1) durch eine oder mehrere nebeneinander angeordnete Mahlscheiben (4) und/oder jeweils zwischen zwei benachbarten Mahlscheiben (4) angeordneten Distanzbuchsen (5) und/oder einen Deflektorkäfig (112) gebildet ist. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotor im Betrieb in einem mit Mahlgut und Mahlhilfskörpern gefüllten Mahlraum einer Rührwerkskugelmühle angeordnet ist, wobei die durch die Schalenelemente (3) abgedeckten Oberflächen des Grundgerüsts (1) diejenigen Oberflächen sind, die ohne Abdeckung bei Verwendung des Rotors mit dem Mahlgut und den Mahlhilfskörpern in Berührung kommen würden. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem mindestens einem Schalenelement (3) Öffnungen (31) zum Durchtritt der Mahlwerkzeuge (2) vorgesehen sind. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche , wobei ein Abschnitt des Rotors einen zylindrischen Antriebsabschnitt (11) bildet, wobei das metallische Grundgerüst (1) im Bereich des Antriebsabschnitts (11) einen Mahlscheibengerüstabschnitt (111) bildet, der durch eine oder mehrere metallische Mahlscheiben (4) gebildet ist, die beabstandet angeordnet sind, wobei jede der Mahlscheiben (4) zwei Seitenflächen, ein in der Mitte der Scheibe gebildetes Durchgangsloch zur Aufnahme einer Rührwelle zum Antrieb des Rotors und eine Außenumfangsfläche aufweist, wobei an der Außenumfangsfläche mehrere der Mahlwerkzeuge (2) angeordnet sind, wobei der Teil des Schalenelements (3) zum Abdecken der Mahlscheiben (4) jeweils durch zwei Halbschalen aus Kunststoff gebildet ist, die zumindest die Seitenflächen und die Außenumfangsfläche der Mahlscheibe (4) umgeben. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt des Rotors einen zylindrischen Käfigabschnitt (12) bildet, wobei das metallische Grundgerüst (1) im Bereich des Käfigabschnitts (12) einen Deflektorkäfig (121) bildet, der durch in Umfangsrichtung voneinander beabstandete metallische Längsstreben (6) gebildet wird, die sich in Richtung einer Rotationsachse des Rotors erstrecken, wobei zwischen den Längsstreben (6) Längsschlitze (61) ausgebildet sind, wobei an den Längsstreben (6) mehrere der Mahlwerkzeuge (2) angeordnet sind, wobei der Teil des Schalenelements (3) zum Abdecken der Längsstreben (6) durch Schalenelemente (3) gebildet wird, die die Abschnitte der Längsstreben zwischen den Mahlwerkzeugen (2) abdecken. Rotor nach Anspruch 6, wobei die Längsstreben (6) des Deflektorkäfig (121) jeweils mit der an den Deflektorkäfig (121) angrenzenden Mahlscheibe (4) des Antriebabschnitts (11) mittels Zug-/Druckstangen verbunden sind. Rotor nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Ende des Grundgerüsts (1) im Bereich des Käfigabschnitts (12) durch ein metallisches, ringförmiges Abschlusselement (7) gebildet wird, das mit den Längsstreben (6) verbunden ist, und die Schalenelemente (3) zum Abdecken des Abschlusselements durch kreisabschnittförmige Elemente gebildet werden, die beidseitig am Abschlusselement befestigt sind. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Grundgerüst (1) ferner mehrere Stabilisierungselemente (8) aufweist, die zwischen den Mahlscheiben (4) angeordnet sind bzw. durch die Mahlscheiben (4) hindurch treten. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalenelemente (3) mittels einer Klickverbindung formschlüssig mit dem Grundgerüst (1) verbunden oder, bevorzugt, die Schalenelemente (3) mit dem Grundgerüst (1) verschraubt sind. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalenelemente (3) aus thermoplastischen, duroplastischen Kunststoffen oder aus Elastomeren, beispielsweise PA, PE, PU, NBR oder faserverstärkten Kunststoffen, gebildet sind und/oder wobei das metallische Grundgerüst (1) aus rostfreiem Stahl gebildet ist und/oder, wobei die Mahlwerkzeuge (2) aus Keramik, vorzugsweise Zirkonoxid oder Siliziumcarbid, oder Kunststoff gebildet sind. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalenelemente (3) mittels Zerspanung, beispielsweise durch Fräsen, Drehen oder Bohren, mittels 3D-Druck oder als Spritzgussteil hergestellt sind. Mahlscheibenanordnung für einen Rotor, insbesondere einen Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer metallischen Mahlscheibe (4), die zwei Seitenflächen, ein in der Mitte der Scheibe gebildetes Durchgangsloch zur Aufnahme einer Rührwelle und eine Außenumfangsfläche aufweist, mehreren an der Außenumfangsfläche angeordneten Mahlwerkzeugen (2), die radial von der Außenumfangsfläche nach außen vorstehen, und zwei Halbschalen aus Kunststoff zum Abdecken der Mahlscheibe (4), die an der metallischen Mahlscheibe (4) befestigt sind, wobei die Halbschalen zumindest die Seitenflächen und die Außenumfangsfläche der Mahlscheibe (4) umgeben. Schalenelement (3) konfiguriert für einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einer Mahlscheibenanordnung gemäß Anspruch 13. Metallisches Grundgerüst für einen Rotor, insbesondere einen Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit
17 einem Mahlscheibenabschnitt (111), der mehrere nebeneinander angeordnete Mahlscheiben (4) und jeweils zwischen zwei benachbarten Mahlscheiben (4) angeordnete Distanzbuchsen (5) aufweist, einem Deflektorkäfig (112), der durch in Umfangsrichtung voneinander beabstandete metallische Längsstreben (6), die sich in Richtung einer Rotationsachse des Rotors erstrecken, wobei zwischen den Längsstreben (6) Längsschlitze (61) ausgebildet sind, und einem metallischen, ringförmigen Abschlusselement (7) gebildet wird, das mit den Längsstreben (6) verbunden ist und mehreren Stabilisierungselementen (8), die zwischen den Mahlscheiben (4) bzw. zwischen den Mahlscheiben 4 und dem Abschlusselement (7) angeordnet sind.
18
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