DE10011579B4

DE10011579B4 - Rührwerksmühle

Info

Publication number: DE10011579B4
Application number: DE10011579A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Stehr
Original assignee: Buehler GmbH
Current assignee: BOEHLER GMBH, 38114 BRAUNSCHWEIG, DE
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: DE10011579A1; US6460791B1; CH695208A5

Abstract

Rührwerksmühle
– mit einem Mahlbehälter (3), der
– eine zylindrische Wand (Innenwand 10),
– einen Boden (Bodenplatte 15) und
– einen Deckel (20)
aufweist,
– mit einem im Mahlbehälter (3) ausgebildeten Mahlraum (9),
– mit einem Rührwerk (24), das
– eine im wesentlichen außerhalb des Mahlraumes (9) angeordnete, drehantreibbare Antriebswelle (7) und
– einen mit der Antriebswelle (7) drehfest verbundenen, im Mahlraum (9) befindlichen Rotor (25)
aufweist,
– mit am Rotor (25) angebrachten Rührwerkzeugen (47), die
– jeweils in Radialebenen radial zur Mittel-Längs-Achse (23) angeordnet sind und
– radial zur Mittel-Längs-Achse (23) zur Wand (Innenwand 10) des Mahlbehälters (3) in den Mahlraum (9) vorragen,
– mit an der Wand (Innenwand 10) des Mahlbehälters (3) angebrachten Gegenwerkzeugen (48), die
– in Radialebenen radial zur Mittel-Längs-Achse (23) angeordnet sind und
– zum Rotor (25) hin in...

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei derartigen allgemein bekannten Rührwerksmühlen tritt grundsätzlich das Problem auf, daß die Mahlhilfskörper in Strömungsrichtung des Mahlgutes mitgenommen werden und sich vor der Trenneinrichtung aufkonzentrieren, was zu einer Beeinträchtigung des Mahl- und Dispergier-Vorganges und – in Extremfällen – zur Blockierung der Rührwerksmühle führen kann.

Aus der EP 0 243 682 B1 ist es bei einer derartigen Rührwerksmühle bekannt geworden, zur Vermeidung des erwähnten Effektes eine Einrichtung zur Erfassung der Verteilung der Mahlhilfskörper im Mahlraum vorzusehen, die eine den Mahlgutdruck unmittelbar vor dem Mahlraum erfassende Meßstelle zur Erfassung des Druckabfalls im Mahlraum gegen Atmosphärendruck aufweist, wobei das Überschreiten eines vorgegebenen Druckabfalls ein Maß für eine Konzentration von Mahlhilfskörpern am Mahlgut-Einlaß bzw. vor der Trenneinrichtung ist. Weiterhin ist eine Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Mahlhilfskörper im Mahlraum vorgesehen, die dahingehend wirkt, daß bei Konzentration der Mahlhilfskörper vor der Trenneinrichtung der Mahlgut-Massenstrom abgesenkt wird. Diese Ausgestaltung hat sich sehr bewährt, erfordert aber einigen Meß- und Regelungsaufwand.

Aus der DE 32 45 825 A1 ist es bekannt, in einer Rührwerksmühle eine Einrichtung vorzusehen, die selektiv zumindest im wesentlichen nur auf die Mahlhilfskörper eine Kraft in Gegenrichtung zum Mahlgutstrom ausübt. Hiermit soll verhindert werden, daß die Mahlhilfskörper vor die Trenneinrichtung wandern. Um vor die Trenneinrichtung gelangende Mahlhilfskörper zu erfassen, ist dort ein Drucksensor vorgesehen, mittels dessen der Druck der Mahlhilfskörper in diesem Bereich erfaßt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerksmühle der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln eine Aufkonzentration von Mahlhilfskörpern vor der Trenneinrichtung zumindest weitgehend unterbunden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Aufgrund der Reduktion des Abstandes von Rührwerkzeugen und benachbarten Gegenwerkzeugen zur Trenneinrichtung hin wird mit abnehmendem Abstand eine höhere örtliche Scherintensität und damit eine höhere Leistungsdichte erreicht. Da die Mahlhilfskörper das Bestreben haben, sich dem Zustand höherer Leistungsdichte zu entziehen, wandern sie in den Bereich geringerer Leistungsdichte, das heißt in den Bereich größerer Abstände der Rührwerkzeuge von den benachbarten Gegenwerkzeugen. Dieser Effekt ist besonders bedeutsam, wenn sehr zähes, also sehr viskoses Mahlgut gemahlen wird. Durch das Mahlen, das heißt das Zerkleinern der Mahlgutpartikel, nimmt deren Oberfläche – bezogen auf ihre Masse – zu. Dadurch erhöht sich die Zähigkeit des Mahlgutes in Strömungsrichtung. Aufgrund der zunehmen den Zähigkeit ergeben sich in Strömungsrichtung zunehmend höhere Schleppkräfte, aufgrund derer an sich eine Aufkonzentration von Mahlhilfskörpern vor der Trenneinrichtung auftreten würde. Diesem Effekt wird durch die geschilderten Maßnahmen entgegengewirkt. Mit zunehmendem Mahlfortschritt beim Durchfluß des Mahlgutes durch den Mahlraum wird auch der Zerkleinerungseffekt intensiviert.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Rührwerksmühle und einer Seitenansicht und
2 einen Längsschnitt durch den Mahlbehälter der Rührwerksmühle.
Die in 1 dargestellte Rührwerksmühle weist in üblicher Weise einen Ständer 1 auf, der auf dem Boden 2 abgestützt ist und an dem ein zylindrischer, vertikal angeordneter Mahlbehälter 3 anbringbar ist. In dem Ständer 1 ist ein elektrischer Antriebsmotor 4 untergebracht, der mit einer Keilriemenscheibe 5 versehen ist, von der über Keilriemen 6 eine mit einer Antriebswelle 7 drehfest verbundene Keilriemenscheibe 8 hochtourig drehend antreibbar ist.
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, besteht der Mahlbehälter 3 aus einer zylindrischen, einen Mahlraum 9 umgebenden Innenwand 10, die von einem im wesentlichen zylindrischen Außenmantel 11 umgeben ist. Die Innenwand 10 und der Außenmantel 11 begrenzen zwischen sich einen Kühlraum 12, der an einen Kühlwasser-Zufluß 13 und einen Kühlwasser-Abfluß 14 angeschlossen ist. Der untere Abschluß des Mahlraumes 9 ist durch eine kreisförmige Bodenplatte 15 gebildet, die am Mahlbehälter 3 mittels nur angedeuteter Schrauben 16 befestigt ist.
Der Mahlbehälter 3 weist einen oberen Ringflansch 17 auf, mittels dessen er an der Unterseite eines Traggehäuses 18 über ebenfalls nur angedeutete Schrauben 19 befestigt ist, das am Ständer 1 der Rührwerksmühle angebracht ist. Der Mahlraum 9 ist mittels eines Deckels 20 verschlossen, der mittels ebenfalls nur angedeuteter Schrauben 21 befestigt ist.
Das Traggehäuse 18 weist ein mittleres Lager- und Dichtungsgehäuse 22 auf, das koaxial zur vertikal verlaufenden Mittel-Längs-Achse 23 des Mahlbehälters 3 angeordnet ist. Dieses Lager- und Dichtungsgehäuse 22 wird von der ebenfalls koaxial zur Achse 23 verlaufenden Antriebswelle 7 durchsetzt, an der ein Rührwerk 24 angebracht ist,
Das Rührwerk 24 weist einen zylindrischen Rotor 25 auf, der eine zylindrische Außenwand 26 und eine koaxial hierzu angeordnete Innenwand 27 aufweist, die einen ringzylindrischen Kühlmantel 28 zwischen sich begrenzen. Der Rotor 25 ist an seiner der Antriebswelle 7 abgewandten unteren Seite mit einem Rotorboden 29 verschlossen, der auch den Kühlmantel 28 nach unten abschließt. An seiner der Welle 7 benachbarten oberen Seite ist der Rotor 25 mit einem Rotordeckel 30 verschlossen, an dem auch die Welle 7 befestigt ist.
Dem Kühlmantel 28 wird Kühlwasser durch ein in der Welle 7 angeordnetes Kühlwasser-Zuführrohr 31 zugeführt. Die Kühlwasserabfuhr erfolgt durch einen ringförmigen Kühlwasser-Abführkanal 32, der zwischen der Welle 7 und dem Zuführrohr 31 ausgebildet ist. Zur Kühlwasser-Zufuhr und -Abfuhr ist an dem oberen Ende der Antriebswelle 7 eine Drehkupplung 33 angebracht.
Der Rotorboden 29 ist im Bereich der Achse 23 in den Rotor 25 eingewölbt. In diesem Bereich mündet – koaxial zur Achse 23 – eine Mahlgut-Zuführung 34 in den unteren, im wesentlich ringscheibenförmigen Mahlgut-Zuführ-Bereich 35 des Mahlraums 9 ein. Der Mahlraum 9 weist weiterhin zwischen der Innenwand 10 und der Außenwand 26 einen zylinderringförmigen Mahlreich 36, in dem im wesentlichen der Mahlvorgang stattfindet. Aus diesem Mahlbereich 36 mündet durch den Deckel 20 des Mahlbehälters 3 eine Mahlgut-Abführung 37 aus. Zwischen dem Mahlbereich 36 und der Mahlgut-Abführung 37 ist eine Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung 38 angeordnet, bei der es sich um eine sogenannte Ringspalt-Trenneinrichtung handelt. Diese weist eine am Deckel 20 angebrachte feststehende Ringscheibe 39 und eine am Rotordeckel 30 angebrachte, sich mit dem Rotor 25 drehende Ringscheibe 40 auf, wobei diese beiden Ringscheiben 39, 40 zwischen sich einen den Mahlbereich 36 mit der Mahlgut-Abführung 37 verbindenden Trennspalt 41 begrenzen, der in bekannter Weise eine Weite hat, die höchstens dem halben Durchmesser a der im Mahlraum 9 vorhandenen Mahlhilfskörper 42 entspricht. Im Deckel 20 ist eine mittels eines Verschlußstopfens 43 verschließbare Mahlhilfskörper-Einfüllöffnung 44 ausgebildet. In der Bodenplatte 15 ist eine ebenfalls durch einen Verschlußstopfen 45 verschließbare Mahlhilfskörper-Entleerungsöffnung 46 ausgebildet. Für das Verhältnis des Durchmessers D der Innenwand 10 zum Durchmesser d des Rotors gilt d ≥ 0,5 D.
Die Außenwand 26 des Rotors 25 ist mit radial von diesem zur Innenwand 10 hin abstehenden, kreiszylindrischen, stift- oder stabförmigen Rührwerkzeugen 47 versehen. Es sind jeweils auf dem Umfang des Rotors 25 mehrere Rührwerkzeuge 47 in einer Radialebene zur Achse 23, also in einer Horizontalebene, angeordnet, wobei in Richtung der Achse 23 jeweils Rührwerkzeuge 47 in mehreren derartigen Radialebenen angeordnet sind. An der Innenwand 10 des Mahlbehälters 3 sind in gleicher Weise zum Rotor 25 hinragende, gleichartig zu den Rührwerkzeugen 47 ausgebildete Gegenwerkzeuge 48 angebracht, die ebenfalls in Radialebenen, also Horizontalebenen, angeordnet sind, wobei jeweils die Gegenwerkzeuge 48 einer Radialebene mittig zwischen den benachbarten Rührwerkzeugen 47 in den benachbarten Radialebenen angeordnet sind. Die stabförmigen Rührwerkzeuge 47 und Gegenwerkzeuge 48 überlappen sich in radialer Richtung erheblich. Grundsätzlich können die Rührwerkzeuge und die Gegenwerkzeuge jede beliebige in der Praxis vorkommende Form aufweisen.
Wie 2 entnehmbar ist, nimmt der axiale Abstand der Rührwerkzeuge 47 einerseits und damit auch der Gegenwerkzeuge 48 andererseits im Malbereich 36 in Strömungsrichtung 49, also vom Mahlgut-Zuführ-Bereich 35 zur Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung 38 hin, ab. Der kleinste Abstand b in Strömungsrichtung 49 bzw. in Richtung der Achse 23 der in einer horizontalen Radialebene angeordneten letzten Rührwerkzeuge 47 vor der Trenneinrichtung 38 zu den letzten benachbarten Gegenwerkzeugen 48 ist nicht kleiner als der dreifache Durchmesser a der verwendeten Mahlhilfskörper 42. Es gilt also b ≥ 3a. Der größte Abstand c der untersten, dem Mahlgut-Zuführ-Bereich 35 benachbarten Rührwerkzeuge 47 von den ebenfalls untersten, also benachbarten Gegenwerkzeugen 48 sollte mindestes um das 1,5fache größer sein als b. Es gilt insoweit also c ≥ 1,5b. Für ein praxisorientiertes Verhältnis sollte gelten c ≤ 3b. Die Abstandsverhältnisse sind in 2 zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. Für den Durchmesser a der Mahlhilfskörper 42 gilt 0,1 mm ≤ a ≤ 6 mm. Insbesondere bei Vorhandensein einer Ringspalt-Trenneinrichtung 38 gilt bevorzugt 0,5 mm ≤ a. Insbesondere in diesem Durchmesserbereich der Mahlhilfskörper 42 haben die Mahlhilfskörper 42 einer Füllung eines Mahlraumes 9 im wesentlichen den gleichen Durchmesser.
Die Abstandsabnahme von c nach b kann – wie in 2 dargestellt – kontinuierlich sein. Der ringzylindrische Mahlreich 36 kann aber auch dadurch in etwa drei hintereinander angeordnete Zonen aufgeteilt werden, daß in dem untersten, dem Mahlgut-Zuführ-Bereich 35 benachbarten Abschnitt die Rührwerkzeuge 47 und die Gegenwerkzeuge 48 jeweils gleichen Abstand c voneinander haben. Im dritten, der Trenneinrichtung 38 benachbarten Abschnitt haben sie ebenfalls gleichen Abstand b, der dem geringsten bzw. kleinsten Abstand entspricht. In einem mittleren Abschnitt haben sie einen zwischen dem größten Abstand c und dem kleinsten Abstand b liegenden mittleren Abstand. Die geschilderten Abstände b und c sind jeweils – wie in 2 erkennbar – als lichter Abstand eines Rührwerkzeuges 47 von einem axial benachbarten Gegenwerkzeug 48 dargestellt.
Das Rührwerk 24 wird vom Antriebsmotor 4 hochtourig angetrieben, so daß in bekannter Weise die Mahlhilfskörper 42 von den Rührwerkzeugen 47 intensiv mit Beschleunigungsimpulsen beaufschlagt werden. Die Mahlhilfskörper 42 werden von den Gegenwerkzeugen 48 wieder abgebremst, so daß intensive Relativbewegungen der Mahlhilfskörper 42 gegeneinander und gegenüber den einzelnen Mahlgutpartikeln erfolgen. Dies führt zu intensiven Mahl- und Dispergier-Effekten. Durch die Reduktion des Abstandes von Rührwerkzeugen 47 und Gegenwerkzeugen 48 zur Trenneinrichtung 38, also zur Mahlgut-Abführung 37 hin, wird mit abnehmendem Abstand von c nach b eine höhere örtliche Scherintensität und damit eine höhere Leistungsdichte erreicht. Die Mahlhilfskörper 42 haben das Bestreben, sich dem Zustand höherer Leistungsdichte zu entziehen, sie wandern also in den Bereich geringerer Leistungsdichte, das heißt in den Bereich größerer Abstände c der Rührwerkzeuge 47 von den benachbarten Gegenwerkzeugen 48. Dieser Effekt ist besonders bedeutsam, wenn sehr zähes, also sehr viskoses Mahlgut gemahlen wird. Durch das Mahlen, das heißt das Zerkleinern der Mahlgutpartikel, nimmt deren Oberfläche bezogen auf ihre Masse zu. Dadurch erhöht sich die Zähigkeit des Mahlgutes in Strömungsrichtung 49 vom Mahlgut-Zuführ-Bereich 35 zur Mahlgut-Abführung 37.
Aufgrund der zunehmenden Zähigkeit ergeben sich in Strömungsrichtung 49 zunehmend höhere Schleppkräfte, aufgrund derer an sich eine Aufkonzentration von Mahlhilfskörpern 42 vor der Trenneinrichtung 38 auftreten würde. Aufgrund der geschilderten Effekte durch die Veränderung der Abstände der Rührwerkzeuge 47 von den Gegenwerkzeugen 48 wird diesem Effekt entgegengewirkt; er wird kompensiert.

Claims

Rührwerksmühle – mit einem Mahlbehälter (3), der – eine zylindrische Wand (Innenwand 10), – einen Boden (Bodenplatte 15) und – einen Deckel (20) aufweist, – mit einem im Mahlbehälter (3) ausgebildeten Mahlraum (9), – mit einem Rührwerk (24), das – eine im wesentlichen außerhalb des Mahlraumes (9) angeordnete, drehantreibbare Antriebswelle (7) und – einen mit der Antriebswelle (7) drehfest verbundenen, im Mahlraum (9) befindlichen Rotor (25) aufweist, – mit am Rotor (25) angebrachten Rührwerkzeugen (47), die – jeweils in Radialebenen radial zur Mittel-Längs-Achse (23) angeordnet sind und – radial zur Mittel-Längs-Achse (23) zur Wand (Innenwand 10) des Mahlbehälters (3) in den Mahlraum (9) vorragen, – mit an der Wand (Innenwand 10) des Mahlbehälters (3) angebrachten Gegenwerkzeugen (48), die – in Radialebenen radial zur Mittel-Längs-Achse (23) angeordnet sind und – zum Rotor (25) hin in den Mahlraum (9) vorragen, – mit einer im Boden (Bodenplatte 15) in den Mahlraum (9) einmündenden Mahlgut-Zuführung (34), – mit einer im Bereich des Deckels (20) angeordneten Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung (38), die – einer Mahlgut-Abführung (37) vorgeordnet ist und – mit einer Füllung aus Mahlhilfskörpern (42) im Mahlraum (9), dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand voneinander benachbarter Rührwerkzeuge (47) und Gegenwerkzeuge (48) in Richtung der Mittel-Längs-Achse (23) von der Mahlgut-Zuführung (34) zur Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung (38) abnimmt.
Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen in Richtung der Mittel-Längs-Achse (23) benachbarten Rührwerkzeugen (47) und Gegenwerkzeugen (48) vom Bereich der Mahlgut-Zuführung (34) bis zur Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung (38) stetig abnimmt.
Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen in Richtung der Mittel-Längs-Achse (23) benachbarten Rührwerkzeugen (47) und Gegenwerkzeugen (48) vom Bereich der Mahlgut-Zuführung (34) bis zur Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung (38) abschnittsweise abnimmt.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des größten Abstandes c zum kleinsten Abstand b gilt: c ≤ 3b.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des größten Abstandes c zum kleinsten Abstand b gilt: c ≥ 1,5b.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis von kleinstem Abstand b zum größten Durchmesser a der Mahlhilfskörper (42) gilt: b ≥ 3a.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Durchmesser a der Mahlhilfskörper (42) gilt: 0,1 mm ≤ a ≤ 6 mm.
Rührwerksmühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Durchmesser a der Mahlhilfskörper (42) gilt: 0,5 mm ≤ a.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlhilfskörper (42) einer Füllung des Mahlraumes (9) im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkzeuge (47) und die Gegenwerkzeuge (48) als zylindrische Stäbe ausgebildet sind.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkzeuge (47) und die Gegenwerkzeuge (48) jeweils gleiche Länge aufweisen.
Rührwerksmühle nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkzeuge (47) und die Gegenwerkzeuge (48) einander radial zur Mittel-Längs-Achse (23) überlappen.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Rührwerkzeuge (47) und der Gegenwerkzeuge (48) in allen Radialebenen gleich ist.
Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Rührwerkzeuge (47) und/oder der Gegenwerkzeuge (48) in den einzelnen Radialebenen von der Mahlgut-Zuführung (34) zur Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung (38) zunimmt.