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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinvermahlung eines mineralischen Mahlguts, insbesondere Kalkstein, umfassend einen Mahlbehälter und einen von dem Mahlbehälter umschlossenen Mahlraum, umfassend einen in dem Mahlraum rotatorisch gelagerten Rotor zur Beschleunigung des Mahlguts, umfassend einen Motor zum Antreiben des Rotors und umfassend wenigstens ein in dem Mahlraum angeordnetes Prallblech zur Zerschlagung des beschleunigten Mahlguts, wobei der Mahlbehälter eine Einlassöffnung zur Zuführung des Mahlguts in den Mahlraum und eine Auslassöffnung zur Abführung des zermahlenen Mahlguts aus dem Mahlraum aufweist, weiter umfassend eine in dem Mahlraum zwischen der Einlassöffnung und dem Rotor angeordnete Leiteinrichtung zur Lenkung des Mahlguts an den Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Feinvermahlung eines mineralischen Mahlguts.
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Zur Grobvermahlung von mineralischen Feststoffen werden bevorzugt Prallmühlen eingesetzt. Die Zerkleinerung des Mahlguts im Mahlraum erfolgt hierbei über einen schnell umlaufenden Rotor mit daran gehaltenen Mahlwerkzeugen, welche das Mahlgut beschleunigen. An einem Prallblech, das im Mahlraum zu dem Rotor beabstandet gehalten ist, wird dann das beschleunigte Mahlgut zerschlagen. Der Einsatz von Prallmühlen hat sich insbesondere aufgrund eines kompakten Bauvolumens bewährt. Zur Feinvermahlung mineralischer Feststoffe kommen Prallmühlen in der Praxis jedoch bislang so gut wie nicht zum Einsatz, da eine hierfür benötigte hohe Rotorgeschwindigkeit im Mahlraum einen hohen Luftwiderstand beziehungsweise Luftreibung und infolgedessen einen hohen Energieverbrauch sowie Luftströme erzeugt, die das zu mahlende Mahlgut erfassen und an Mahlwerkzeugen des Rotors und an Prallblechen im Mahlraum vorbeilenken. Auch sind aufwendige Staubfilter- beziehungsweise Staubabsaugeinrichtungen, die oftmals ebenso viel Energie benötigen wie der Rotorantrieb, notwendig, um eine Staubbelastung für die Umwelt der Vorrichtung gering zu halten.
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Zur Feinvermahlung mineralischer Feststoffe, insbesondere Kalkstein, werden daher anstelle der Prallmühlen üblicherweise Kugelmühlen verwendet, wobei diese hierfür einen erheblichen Energieverbrauch aufweisen und ein großes Bauvolumen benötigen. Bei Kugelmühlen erfolgt das Vermahlen des Mahlguts über Mahlkörper, beispielsweise Metall- oder Glaskugeln, die dem Mahlgut beim Vermahlen zugemischt sind. Der Mahlbehälter ist hierbei meist als eine rotierende Trommel ausgebildet oder weist ein in dem Mahlbehälter rotierend gehaltenes Rührwerk auf, sodass zum Vermahlen die Mahlkörper und das Mahlgut gegeneinander bewegt sind. Neben den vorgenannten Nachteilen besteht bei Kugelmühlen die Gefahr, dass das Mahlgut infolge eines Mahlkörperabriebs der Mahlkörper verunreinigt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die eine wirtschaftliche Feinvermahlung von mineralischem Mahlgut mittels Prallvermahlung ermöglichen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb in dem Mahlraum ein Vakuum gebildet ist, wobei der Mahlbehälter druckdicht ausgeführt ist und eine Luftabführungsöffnung aufweist, wobei der Mahlbehälter über die Luftabführungsöffnung luftdicht mit einer Absaugeinrichtung zur vakuumbildenden Luftabsaugung aus dem Mahlraum verbunden ist und wobei der Einlassöffnung des Mahlbehälters eine luftevakuierbare Einlass-Druckschleuse zur Zuführung des Mahlguts in den Mahlraum vorgeschaltet und der Auslassöffnung eine luftevakuierbare Auslass-Druckschleuse zur Abführung des gemahlenen Mahlguts aus dem Mahlraum nachgeschaltet ist.
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Als Vakuum wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks beziehungsweise des Umgebungsdrucks beziehungsweis ein mit einem Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks beziehungsweise des Umgebungsdrucks beaufschlagter Raum bezeichnet. Luftevakuierung bedeutet im Kontext der Erfindung ein Vakuum beziehungsweise einen mit Vakuum beaufschlagten Raum herzustellen.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Feinvermahlung von mineralischem Mahlgut mit einem konstruktiv einfachen, kompakten Mahlwerk zur Prallvermahlung, bestehend aus einem im Mahlbehälter rotatorisch gelagerten Rotor und einem im Mahlraum gehaltenen und eine Pralloberfläche bereitstellenden Prallblech, bei einem stark reduzierten Luftwiderstand und demzufolge einer reduzierten Antriebsenergie für den Rotor erfolgen kann. Eine Vorrichtung mit einem derartigen Mahlwerk wird auch als Prallmühle bezeichnet. Die Feinvermahlung von mineralischem Mahlgut mit dem Mahlwerk wird gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch ermöglicht, dass im Mahlraum ein Vakuum, das heißt ein gegenüber dem Atmosphärendruck beziehungsweise Umgebungsdruck verringerter Druck erzeugt ist. Der Mahlbehälter ist hierzu druckdicht ausgebildet und luftdicht mit den außenliegenden Komponenten, beispielsweise der Absaugeinrichtung, über die der Mahlraum im Betrieb luftevakuiert wird, verbunden. Über die mit der Einlass- und Auslassöffnung des Mahlbehälters luftdicht verbundenen, luftevakuierbaren Druckschleusen findet eine vorteilhafte Zu- und Abführung des Mahlguts statt, durch die das Vakuum im Mahlraum aufrechterhalten bleibt. Durch die Vakuum-Atmosphäre im Mahlraum sind neben dem Luftwiderstand beziehungsweise der Luftreibung vorteilhaft auch Luftströmungen, die das Mahlgut erfassen und an einem Wirkungsbereich des Rotors beziehungsweise eines daran gehaltenen Rotorwerkzeugs und an dem Prallblech vorbeilenken können, stark reduziert. Auf energieintensive und konstruktiv aufwendige Staubfilter- beziehungsweise Staubabsaugeinrichtungen zur Eindämmung einer Staubbelastung für die Umwelt der Vorrichtung kann durch das Herstellen des Vakuums im Mahlraum verzichtet werden. Neben einem reduzierten Energieverbrauch für den Rotorantrieb infolge der reduzierten Luftreibung im Vakuum und einer daraus resultierenden Wärmeentwicklung beim Mahlprozess ergibt sich hierdurch auch ein erhöhter Durchsatz an vermahlbarem Mahlgut. Zudem reduziert sich grundsätzlich die Gefahr einer Staubexplosion, da im Mahlraum deutlich weniger Luftsauerstoff zur Verfügung steht, der sich mit dem Mahlgut zu einem explosiven Gemisch verbinden könnte. Bei der Feinvermahlung von mineralischem Mahlgut besteht das Risiko einer Staubexplosion ohnehin nicht, da mineralisches Mahlgut nicht brennbar ist. Auf eine Zuführung von inertisierendem Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, in den Mahlraum kann demzufolge verzichtet werden.
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Die Druckschleusen sind vorzugsweise außerhalb des Mahlbehälters angeordnet und mit einer Zuführungs- beziehungsweise Abführungsleitung für das Mahlgut einerseits und mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung des Mahlbehälters andererseits luftdicht verbunden.
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Die Druckschleusen sehen vorzugsweise jeweils zwei voneinander beabstandete, ansteuerbare Absperrorgane, beispielsweise magnetisch beziehungsweise elektrisch beziehungsweise pneumatisch angetriebene Absperrklappen vor, die jeweils in der Zuführungsleitung beziehungsweise der Abführungsleitung angeordnet sind und über einen Leitungsmantel der Leitungen miteinander verbunden sind, sodass zwischen den Absperrorganen ein vollständig umschlossener Schleusenraum gebildet ist. Die Druckschleusen können auch alternativ ausgebildet sein, beispielsweise als Zellradschleusen.
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Eine Luftevakuierung des Schleusenraums der Druckschleusen kann erfolgen, indem die Druckschleusen mit dem Vakuum des Mahlraums beaufschlagt werden, also Luft aus dem Schleusenraum der Druckschleusen über den Mahlraum von der Absaugeinrichtung abgesaugt wird. Alternativ können die Druckschleusen zur Luftevakuierung ihres Schleusenraums auch jeweils über eine von dem Mahlraum entkoppelte beziehungsweise parallele luftführende Leitung an die Absaugeinrichtung angeschlossen sein, wobei hierbei die Luftevakuierung des Schleusenraums über ansteuerbare zusätzliche Absperrorgane erfolgen kann. Beispielsweise können hierzu dem Mahlbehälter und den Schleusenräumen der einzelnen Druckschleusen jeweils Rückschlagklappen beziehungsweise Rückschlagventile zugeordnet sein, die über separate Luftleitungen jeweils mit einem der Absaugeinrichtung vorgeschalteten Vakuumbehälter verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Trockenvermahlung des Mahlguts ausgebildet. Das bedeutet, das mineralische Mahlgut wird dem Mahlraum ohne flüssige Zusatzstoffe als Feststoff beziehungsweise trocken zugeführt, im Mahlraum trocken vermahlen und trocken aus dem Mahlraum abgeführt.
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Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Prallvermahlung des Mahlguts auf eine Partikelgröße kleiner gleich 300 µm (Feinvermahlung) und bevorzugt auf eine Partikelgröße kleiner gleich 100 µm.
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Die Absaugeinrichtung ist vorzugsweise als eine Vakuumpumpe ausgebildet. Sie ist über eine Luftleitung luftdicht mit der Luftabführungsöffnung des Mahlbehälters verbunden und saugt im Betrieb Luft aus dem Mahlraum ab, sodass im Mahlraum ein Vakuum beziehungsweise ein Betriebsdruck unterhalb des atmosphärischen Drucks beziehungsweise Umgebungsdrucks ausgebildet ist und der Mahlvorgang unter Vakuum-Atmosphäre stattfinden kann. Alternative Ausführungsformen der Absaugeinrichtung, beispielsweise als ein Absauggebläse, sind unter Beibehaltung der Erfindung denkbar.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das in dem Mahlraum gebildete Vakuum mindestens 80 % und vorzugsweise mindestens 90 %. Das Vakuum wird diesbezüglich als prozentualer Absolutwert im Verhältnis zum absoluten Nullpunkt beziehungsweise luftleeren Raum angegeben, wobei ein absoluter Druck von 0 bar einem Vakuum von 100 % entspricht und wobei ein absoluter Druck von 1 bar beziehungsweise der atmosphärische Druck einem Vakuum von 0 % entspricht. Alternativ kann das Vakuum als Relativwert in seinem Verhältnis zum Umgebungsdruck beziehungsweise atmosphärischen Druck angegeben werden, wobei -1 bar relativer Betriebsdruck einem Vakuum von 100 % entspricht und 0 bar relativer Betriebsdruck einem Vakuum von 0 % entspricht. Die eingangs genannten Vakuumangaben sind das Ergebnis anmeldeseitiger Versuchsergebnisse. Dabei hat sich gezeigt, dass sich bei einer weitestgehend vollständigen Luftevakuierung im Mahlraum, nämlich ab einem Vakuum von mindestens 90 % beziehungsweise ab einem relativen Betriebsdruck von -0,9 bar im Mahlraum besonders zufriedenstellende Betriebsergebnisse für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Leiteinrichtung zwei zu einer Rotorwelle des Rotors parallel orientierte und sich zum Rotor hin trichterförmig verengende Leitbleche auf, wobei wenigstens eines der Leitbleche verstellbar gehalten ist derart, dass zwischen den Leitblechen eine Durchlassöffnung zur Durchführung des Mahlguts an den Rotor einstellbar ist. Über die Größeneinstellung der zwischen den Leitblechen gebildeten Durchlassöffnung kann ein Durchfluss an Mahlgut in den Mahlraum eingestellt werden. Die Verstellung des Leitblechs kann vorzugsweise von außen, das heißt von außerhalb des Mahlraums aus, vorgenommen werden. Beispielsweise kann das verstellbare Leitblech über einen Schieber manuell verschoben oder über ein Handrad um eine Drehachse rotiert werden. Die Verstellung kann gleichwohl auch motorisch beziehungsweise aktorisch und über eine Steuerung ansteuerbar erfolgen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Mahlbehälter wenigstens zwei Einlassöffnungen auf, wobei jeder Einlassöffnung eine luftevakuierbare Einlass-Druckschleuse vorgeschaltet ist. Die Einlass-Druckschleusen sind vorzugsweise für eine kontinuierliche Zuführung des Mahlguts in den Mahlraum wechselseitig öffnend ansteuerbar. Vorgeschaltet bedeutet hierbei, dass die Einlass-Druckschleuse aus Sicht einer Materialflussrichtung des Mahlguts der Einlassöffnung des Mahlbehälters vorgelagert ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Mahlbehälter wenigstens zwei Auslassöffnungen auf, wobei jeder Auslassöffnung eine luftevakuierbare Auslass-Druckschleuse nachgeschaltet ist. Die Auslass-Druckschleusen sind vorzugsweise für eine kontinuierliche Abführung des gemahlenen Mahlguts aus dem Mahlraum wechselseitig öffnend ansteuerbar. Nachgeschaltet bedeutet hierbei, dass die Auslass-Druckschleuse aus Sicht der Materialflussrichtung des Mahlguts der Auslassöffnung des Mahlbehälters nachgelagert ist.
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Die wechselseitig öffnende Verschaltung beziehungsweise Steuerung der Druckschleusen ermöglicht es, dass eine erste Einlass-Druckschleuse mit zugeführtem Mahlgut entleert werden kann, während zeitgleich eine zweite Einlass-Druckschleuse mit dem Mahlgut befüllt wird, und umgekehrt. Entsprechend ähnlich sind die zwei Auslass-Druckschleusen wechselseitig öffnend geschaltet derart, dass eine erste Auslass-Druckschleuse mit dem gemahlenen Mahlgut befüllt werden kann, während eine zweite Auslass-Druckschleuse zur Abführungsleitung hin entleert wird und umgekehrt. Dadurch ist eine unterbrechungsfreie, kontinuierliche Vermahlung des Mahlguts im Mahlraum sichergestellt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Rotorwelle des Rotors horizontal orientiert. Die Einlassöffnung des Mahlbehälters ist vorzugsweise oberhalb der Rotorwelle angeordnet. Die Auslassöffnung des Mahlbehälters ist vorzugsweise der Einlassöffnung gegenüberliegend und unterhalb der Rotorwelle angeordnet, wobei die Rotorwelle bevorzugt mittig in dem Mahlbehälter angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine vorteilhafte Ausnutzung der Gravitationskraft, indem das über die Einlassöffnung zugeführte Mahlgut durch die Gravitationskraft an den Rotor und das zermahlene Mahlgut durch die Gravitationskraft zur Auslassöffnung geführt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der den Rotor antreibende Motor von außen luftdicht an dem Mahlbehälter gehalten, wobei der Mahlbehälter eine Durchführungsöffnung zur Durchführung des Rotors aufweist und wobei ein Motorgehäuse des Motors luftdicht ausgeführt ist derart, dass im Betrieb ein von dem Motorgehäuse umschlossener Motorraum des Motors mit dem Vakuum des Mahlraums beaufschlagt ist. Der Motor ist hierbei vorzugsweise an den Mahlbehälter luftdicht angeflanscht, sodass motorseitig kein luft- beziehungsweise vakuumdichtes Lager beziehungsweise eine luft- beziehungsweise vakuumdichte Drehdurchführung für eine Rotorwelle des Rotors erforderlich ist beziehungsweise die Rotorwelle motorseitig über ein Motorlager des Motors gelagert ist.
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Denkbar ist dabei auch, dass die Rotorwelle durch zwei Motoren angetrieben ist, die einander fluchtend gegenüberliegend an dem Mahlbehälter analog gehalten beziehungsweise daran angeflanscht sind. Auf diese Weise kann auf kostenintensive luft- beziehungsweise vakuumdichte Wellenlager beziehungsweise Drehdurchführungen für die Rotorwelle vollständig verzichtet werden, da die Rotorwelle durch Motorlager der Motoren beidseitig gelagert ist.
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Grundsätzlich ist auch eine Anordnung des Motors im Vakuum, das heißt im Mahlraum, denkbar. Hierfür sind entsprechend für den Vakuumbetrieb geeignete Motoren auszuwählen.
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Dadurch, dass der den Rotor antreibende Motor ein luftdichtes Gehäuse aufweist und der davon umschlossene Motorraum mit dem Vakuum des Mahlraums beaufschlagt ist, besteht eine Herausforderung darin, eine ausreichende Wärmeabführung beziehungsweise Kühlung des Motors zu gewährleisten, da im Vakuum keine Luft als Wärmeübertragungsmedium zur Verfügung steht. Wärme entsteht im Motor typischerweise durch die ohmschen und induktiven Wicklungs- sowie durch die Eisen- und Kupferverluste, wobei mit steigender Drehzahl umso mehr Wärme im Motor freigesetzt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist diesbezüglich vorgesehen, dass der den Rotor antreibende Motor als ein permanenterregter Synchronmotor ausgebildet ist. Bei einem permanenterregten Synchronmotor besteht der Läufer aus Permanentmagneten und der Stator weist stromführende Spulen auf. Insofern erwärmt sich bei einem permanenterregten Synchronmotor im Gegensatz zu einem Asynchronmotor vorrangig der Stator beziehungsweise das von außen kühlbare Motorgehäuse. Eine Wärmeabfuhr beziehungsweise Kühlung eines unter Vakuum-Atmosphäre stehenden beziehungsweise luftevakuierten Motorraums ist demzufolge bei einem permanenterregten Synchronmotor leichter realisierbar als bei einem Asynchronmotor, wobei die verwendeten Magnete hinsichtlich ihrer Curie-Temperatur so ausgewählt sind, dass sich diese im Betrieb unter Vakuum nicht entmagnetisieren, beziehungsweise im Betrieb für eine ausreichende Kühlung zu sorgen ist, die eine Entmagnetisierung der Magnete verhindert.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist diesbezüglich vorgesehen, dass der den Rotor antreibende Motor über eine Kühleinrichtung und vorzugsweise aktiv und besonders bevorzugt fluidisch gekühlt ist. Die Kühleinrichtung ist insofern an das Motorgehäuse des Motors angebunden und führt die Wärmeverluste des Motors mittels Wärmeleitung ab.
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Die Kühleinrichtung kühlt den Motor vorzugsweise von außen beziehungsweise gehäuseseitig. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht insofern vor, dass der den Rotor antreibende Motor ein über die Kühleinrichtung gekühlter, permanenterregter Synchronmotor ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Absaugeinrichtung ein luftdurchlässiger Partikelfilter vorgeschaltet. Der Partikelfilter verhindert ein Ansaugen von Feststoffpartikeln, insbesondere des Mahlguts, in die Ansaugeinrichtung. Zweckmäßig ist der Partikelfilter bevorzugt außerhalb des Mahlbehälters oder möglichst oberhalb der Rotorwelle und hinter dem Prallblech im Mahlbehälter angeordnet, da hier die Staubbelastung infolge der Gravitationskraft geringer ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist im Mahlraum zwischen dem Rotor und der Auslassöffnung ein Mahlsieb beziehungsweise eine Ablenkeinrichtung und vorzugsweise ein Trichter als Ablenkeinrichtung vorgesehen. Das Mahlsieb bewirkt, dass übergroße, noch nicht ausreichend fein gemahlene Partikel des Mahlguts in dem Wirkungsbereich des Rotors beziehungsweise des daran gehaltenen Rotorwerkzeugs verbleiben solange, bis sie ausreichend fein gemahlen sind, dass sie das Mahlsieb passieren können. Die Ablenkeinrichtung leitet das gemahlene Mahlgut zur Auslassöffnung des Mahlbehälters weiter.
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Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 14 auf. Demzufolge umfasst ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Feinvermahlung eines mineralischen Mahlguts, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nachfolgenden Verfahrensschritte:
- - aus einem von einem druckdichten Mahlbehälter umschlossenen Mahlraum wird mittels einer luftdicht an eine Luftabführungsöffnung des Mahlbehälter angeschlossenen Absaugeinrichtung Luft abgesaugt derart, dass in dem Mahlraum ein Vakuum von mindestens 80 % und vorzugsweise ein Vakuum von mindestens 90 % ausgebildet wird,
- - dann wird das Mahlgut über eine zuvor luftevakuierte Einlass-Druckschleuse, die einer Einlassöffnung des Mahlbehälters vorgeschaltet ist, in den Mahlraum zugeführt,
- - dann wird das Mahlgut von einem in dem Mahlraum rotatorisch gelagerten Rotor, welcher von einem Motor angetrieben wird, beschleunigt und an wenigstens einem in dem Mahlraum zu dem Rotor distanziert gehaltenen Prallblech zerschlagen,
- - dann wird das zerkleinerte Mahlgut über eine luftevakuierbare Auslass-Druckschleuse, die einer Auslassöffnung des Mahlbehälters vorgeschaltet ist, aus dem Mahlbehälter abgeführt.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mineralisches Mahlgut explosionssicher und wirtschaftlich feinvermahlen werden kann mit einer konstruktiv einfachen und kompakten Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst ein Mahlwerk mit einem in dem Mahlbehälter rotatorisch gelagerten Rotor, welcher von einem Motor angetrieben wird und das zugeführte Mahlgut beschleunigt, sowie mit einem in dem Mahlraum gehaltenen Prallblech, an dem das von dem Rotor beschleunigte Mahlgut zerschlagen wird. Durch die Ausbildung eines mindestens 80-prozentigen Vakuums im Mahlraum mittels der Absaugeinrichtung ist der benötigte Energieverbrauch der Vorrichtung im Wesentlichen auf den motorischen Antrieb des Rotors beschränkt, da Luftwiderstände beziehungsweise Luftturbulenzen im Mahlraum infolge der vakuumbildenden Luftabsaugung stark reduziert sind. Insofern findet beim Mahlprozess im unter Vakuum stehenden Mahlraum auch kein Wärmeeintrag durch Luftreibung statt. Da zudem die Komponenten der Vorrichtung, insbesondere der Mahlbehälter hierfür druckdicht beziehungsweise luftdicht ausgeführt sind, ist auch eine Staubbelastung gegenüber Vorrichtungen, die bei atmosphärischer Luft im Mahlraum arbeiten, für die Umwelt reduziert. Dadurch kann auf energieintensive, konstruktiv aufwendige Staubfilter- beziehungsweise Staubabsaugvorrichtungen zur Reduzierung der Staubbelastung verzichtet werden. Die Vakuum-Atmosphäre beziehungsweise die Luftabsaugung im Mahlraum reduziert zudem grundsätzlich die Gefahr einer Staubexplosion, da weniger Luftsauerstoff zur Verfügung steht, welcher insbesondere mit dem feingemahlenen Mahlgut ein explosives Gemisch bilden könnte, wobei mineralisches Mahlgut ohnehin nicht brennbar ist.
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Vorteilhaft bleibt das Vakuum bei der Zuführung und Abführung des Mahlguts in und aus dem Mahlraum aufrechterhalten, indem das Mahlgut über die Druckschleusen zu- und abgeführt wird. Vorzugsweise wird hierfür ein Schleusenraum der Druckschleusen luftevakuiert, das heißt mit dem Vakuum des Mahlraums beaufschlagt.
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Eine Füllung der Einlass-Druckschleuse erfolgt vorzugsweise während das zuvor in den Mahlraum zugeführte Mahlgut in den Rotor entleert beziehungsweise gemahlen wird. Das in die Einlass-Druckschleuse zugeführte Mahlgut wird dann über die Einlass-Druckschleuse dem Mahlraum zugeführt, bevor die zuvor zugeführte Menge an Mahlgut vollständig zermahlen ist. Dadurch ist ein kontinuierlicher Mahlvorgang im Mahlraum gewährleistet. Nach der Entleerung wird die Einlass-Druckschleuse mit dem Vakuum des Mahlraums beaufschlagt beziehungsweise luftevakuiert und dann geschlossen. Anschließend erfolgt eine neue Befüllung der Einlass-Druckschleuse mit dem Mahlgut. Auf gleiche Weise periodisch erfolgt die Abführung des Mahlguts über die Auslass-Druckschleuse, ohne eine Unterbrechung des Mahlvorgangs im Mahlraum.
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Vorzugsweise werden die Zu- und Abführung des Mahlguts über die Druckschleusen und der Mahlvorgang, insbesondere die hierfür erforderliche Drehzahl des Rotors, mittels einer externen Steuerung aufeinander abgestimmt, sodass ein unterbrechungsfreier, kontinuierlicher Mahlvorgang im Mahlraum erfolgt.
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Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Vorrichtung gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
- 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach 1 in einer schematischen Vorderansicht und
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feinvermahlung von mineralischem Mahlgut, insbesondere Kalkstein, der beispielsweise für die Zementherstellung benötigt wird, ist in den 1 und 2 angegeben. Die Vorrichtung umfasst einen Mahlbehälter 1, welcher einen Mahlraum 2 zur Vermahlung des Mahlguts umschließt und eine Einlassöffnung 10.1 zur Zuführung des über eine Zuführungsleitung 21 bereitgestellten, zu vermahlenen Mahlguts in den Mahlraum 2 sowie eine der Einlassöffnung 10.1 gegenüberliegend angeordnete Auslassöffnung 11.1 zur Abführung des gemahlenen Mahlguts aus dem Mahlraum 2 in eine nachgelagerte Abführungsleitung 22 aufweist. In dem Mahlraum 2 ist ein Mahlwerk zur Prallvermahlung angeordnet, welches aus einem rotatorisch gelagerten Rotor 3 mit einer horizontal orientierten Rotorwelle 24 des Rotors 3 und zwei daran gehaltenen flügelförmigen Rotorwerkzeugen 4 sowie aus einem zu einem Eingriffsbereich des Rotorwerkzeug 4 distanziert gehaltenen, L-förmigen Prallblech 5 besteht.
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Der Rotor 3 wird von einem Motor 6 angetrieben, wobei die Drehzahl variabel einstellbar ist. Dem Motor 6 ist hierfür vorzugsweise ein Frequenzumrichter vorgeschaltet. Über die Drehzahl beziehungsweise Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 3 lässt sich eine Mahlfeinheit beziehungsweise eine Partikelgröße für das zermahlene Mahlgut einstellen. Dabei gilt der Grundsatz, dass mit zunehmender Drehzahl beziehungsweise Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 3 eine bessere, das heißt größere Mahlfeinheit beziehungsweise eine geringere Partikelgröße erzielbar ist.
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Rotor 3 und Motor 6 müssen für die Feinvermahlung demzufolge schnell umlaufend ausgebildet sein. Typische Drehzahlen, die für die Feinvermahlung benötigt werden, liegen hierbei oberhalb von 4.000 Umdrehungen pro Minute.
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Zwischen der Einlassöffnung 10.1 und dem Rotor 3 ist in dem Mahlraum 2 eine Leiteinrichtung 8 vorgesehen, welche das Mahlgut an den Rotor 3 weiterlenkt. Diese weist im Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den 1 und 2 ein erstes Leitblech 9.1, welches um eine Drehachse rotierbar gehalten ist, sowie ein starr gehaltenes zweites Leitblech 9.2 auf. Die Leitbleche 9.1, 9.2 sind hier jeweils zur Vertikalen geneigt und oberhalb der Rotorwerkzeuge 4 des Rotors 3 sowie parallel zu dessen Rotorwelle 24 in dem Mahlraum 2 gehalten, wobei eine Längserstreckung der Leitbleche 9.1, 9.2 im Wesentlichen einer Längserstreckung der Rotorwerkzeuge 4 entspricht und wobei sich die Leitbleche 9.1, 9.2 zum Rotor 3 hin trichterförmig verengend gegenüberliegen. Dabei ist an einem unteren, dem Rotor 3 zugewandten Ende der Leitbleche 9.1 9.2 eine schlitzförmige Durchlassöffnung 17 gebildet, deren Breite über Rotation des ersten Leitblechs 9.1 einstellbar ist. Über die Durchlassöffnung 17 kann insofern ein Durchsatz des Mahlguts an die Rotorwerkzeuge 4 des Rotors 3 eingestellt werden.
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Unterhalb des Rotors 3 ist in dem Mahlraum 2 ein Trichter 18 vorgesehen, welcher sich zur Auslassöffnung 11.1 des Mahlbehälters 1 hin verengt und das zermahlene Mahlgut zur Abführung aus dem Mahlraum 2 an die Auslassöffnung 11.1 weiterleitet.
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Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Mahlraum 2 im Betrieb der Vorrichtung ein Vakuum ausgebildet ist. Hierfür wird Luft aus dem Mahlraum 2 über eine Absaugeinrichtung 15 abgesaugt. Der Mahlbehälter 1 ist hierfür druckfest ausgebildet und weist eine Luftabführungsöffnung 12 auf, die über eine luftdichte Absaugleitung 23 mit der Absaugeinrichtung 15 verbunden ist. Dabei ist der Absaugeinrichtung 15 ein Partikelfilter 16 vorgeschaltet, welcher ein Absaugen von Feststoff-Partikeln und insbesondere des Mahlguts über die Luftabführungsöffnung 12 verhindert. Die Absaugeinrichtung 15 ist hier als eine Vakuumpumpe ausgeführt.
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Um beim Mahlen, das heißt im Betrieb der Vorrichtung, das Vakuum im Mahlraum 2 aufrechterhalten zu können, sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung nach den 1 und 2 außerhalb des Mahlbehälters 1 angeordnete, luftevakuierbare Druckschleusen 13.1, 14.1 zur Zu- und Abführung des Mahlguts in und aus dem Mahlraum 2 vor. Dabei ist der Einlassöffnung 10.1 eine mit der Zuführungsleitung 21 verbundene Einlass-Druckschleuse 13.1 für die Zuführung des Mahlguts vorgeschaltet und der Auslassöffnung 11.1 ist eine mit der Abführungsleitung 22 verbundene Auslass-Druckschleuse 14.1 nachgeschaltet.
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Die Druckschleusen 13.1, 14.1 sind jeweils aus zwei zueinander distanziert in der Zuführungsleitung 21 beziehungsweise Abführungsleitung 22 angeordneten Absperrorganen 20.1, 20.2 gebildet, welche in den figürlichen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils als magnetisch gesteuerte Absperrklappen ausgeführt sind. Zwischen den Absperrorganen 20.1, 20.2 der Druckschleusen 13.1 14.1 ist jeweils ein Schleusenraum 19 gebildet.
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Des Weiteren ist für die Aufrechterhaltung des Vakuums im Mahlraum 2 dafür Sorge zu tragen, dass auch der Antrieb für den Rotor 3 so ausgebildet ist, dass hierdurch keine Luft in den Mahlraum 2 eintreten kann. Im Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den 1 und 2 ist der Motor 6 außerhalb des Mahlbehälters 1 angeordnet. Entsprechend sieht der Mahlbehälter 1 eine Durchführungsöffnung für die Rotorwelle 24 des Rotors 3 vor. Der Motor 6 ist in einem die Durchführungsöffnung umliegenden Bereich des Mahlbehälters 1 luftdicht an denselben angeflanscht und ein Motorgehäuse des Motors 6 ist luftdicht abgedichtet. Ein von dem Motorgehäuse umschlossener Motorraum des Motors 6 ist zum Mahlraum 2 hin offen, das heißt im Betrieb der Vorrichtung wird der Motorraum mit dem Vakuum beziehungsweise dem Druck des Mahlraums 2 beaufschlagt, also Luft aus dem Motorraum abgesaugt.
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Um den Motor 6 hierbei ausreichend zu kühlen, ist eine externe Kühleinrichtung 7 vorgesehen, welche das Motorgehäuse des Motors 6 kühlt beziehungsweise Wärmeverluste des Motors 6 abführt. Die Kühleinrichtung 7 ermöglicht insofern einen kontinuierlichen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Pausen zur Abkühlung des Motors 6 vornehmen zu müssen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt 3 an. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist hier der Mahlbehälter 1 jeweils zwei Einlassöffnungen 10.1, 10.2 und zwei Auslassöffnungen 11.1, 11.2 auf. Dabei ist den zwei Einlassöffnungen 10.1, 10.2 jeweils eine luftevakuierbare Einlass-Druckschleuse 13.1, 13.2 vorgeschaltet, den zwei AuslassÖffnungen 11.1, 11.2 ist jeweils eine luftevakuierbare Auslass-Druckschleuse 14.1, 14.2 nachgeschaltet. Das Mahlgut wird wie gehabt über die Zuführungsleitung 21 zugeführt, welche sich in einem Y-Stück auf die beiden Einlass-Druckschleusen 13.1, 13.2 aufspaltet. Analog sieht die Abführungsleitung 22 zur Abführung des gemahlenen Mahlguts ein den Auslass-Druckschleusen 14.1, 14.2 nachgeschaltetes Y-Stück vor.
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Die zwei Einlass-Druckschleusen 13.1, 13.2 sind im Betrieb wechselseitig öffnend geschaltet. Das bedeutet, wenn eine erste Einlass-Druckschleuse 13.1 mit zugeführtem Mahlgut entleert und luftevakuiert, das heißt mit dem Vakuum des Mahlraums 2 beaufschlagt wird, wird zeitgleich eine zweite Einlass-Druckschleuse 13.2 mit dem Mahlgut befüllt und umgekehrt. Entsprechend ähnlich sind die zwei Auslass-Druckschleusen 14.1, 14.2 wechselseitig öffnend für die Abführung des Mahlguts über die Abführungsleitung 22 geschaltet. Dadurch ist eine unterbrechungsfreie, kontinuierliche Vermahlung des Mahlguts im Mahlraum 2 mit einem hohen Durchsatz möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt. Insbesondere sind die Komponenten hinsichtlich ihrer Gestalt, Dimensionierung, Anzahl, und Anordnung zueinander in weiten Grenzen frei wählbar. Alternative Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind unter Beibehaltung der Erfindung beispielsweise dadurch gebildet, dass die Vorrichtung aus dem Stand der Technik bekannte Mittel zur Klassifizierung des gemahlenen Mahlguts aufweist, beispielsweise einen Sichter oder einen weiteren Filter beziehungsweise Abscheider derart, dass ausreichend fein gemahlene Partikel des Mahlguts den Mahlraum 2 durch die wenigstens eine Auslassöffnung 11.1 verlassen können und nicht ausreichend gemahlene, übergroße Partikel des Mahlguts abgeschieden oder in den Mahlraum 2 zurückgeführt und erneut vermahlen werden. Auch kann im Mahlraum 2 ein Mahlsieb oder dergleichen vorgesehen sein, welches bewirkt, dass übergroße, noch nicht ausreichend fein gemahlene Partikel des Mahlguts in dem Wirkungsbereich des Rotors 3 verbleiben solange, bis sie derart fein gemahlen sind, dass sie das Mahlsieb passieren können.
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Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Rotorwerkzeuge 4 des Rotors 3 unterschiedlich ausgeführt beziehungsweise geformt sein und im Mahlraum 2 mehrere Prallbleche 5 beziehungsweise ein oder mehrere verstellbare Prallbleche 5 vorgesehen sein. Durch die Verstellbarkeit des wenigstens einen Prallblechs 5 kann ein das Mahlergebnis beeinflussender Mahlspalt zwischen dem Rotor 3 und dem Prallblech 5 beliebig eingestellt werden. Auch kann das wenigstens eine Prallblech 5 eine abweichende Gestalt aufweisen und beispielsweise eine Mahlstufe bilden. Da das Prallblech 5 im Betrieb als ein Schleisskörper fungiert, unterliegt es einem erhöhten Verschleiß und muss gegebenenfalls von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Hierfür sollte das Prallblech 5 möglichst leicht de-/montierbar und austauschbar im Mahlraum 2 gehalten sein. Entsprechend ist im Mahlbehälter 1 zum Austausch des Prallblechs 5 oder auch des wenigstens einen Rotorwerkzeugs 4 eine luftdicht verschließbare Öffnungsklappe beziehungsweise Tür oder angeflanschte Platte oder dergleichen vorzusehen. Auch kann der Mahlbehälter 1 zur visuellen Kontrolle des Mahlvorgangs ein Schauglas aufweisen.
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Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
