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Rührwerksmühle zur Herstellung von Feststoffdispersionen Die Erfindung
bezieht sich auf Rührwerksmühlen mit stehendem Mahlbehälter, bei denen als Mahlhilfskörper
Sand oder ähnliche kleinkörnige Materialien dienen, die in der Mahlgutmasse direkt
oder indirekt mittels Rührwerken bewegt werden.
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Kugelmühlen dieser Art sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. So wurde schon vorgeschlagen, Mahlgut und Mahlhilfskörper mittels Rührarmen
in Bewegung zu halten. Diese Ausführungsform hat sich für relativ große Mahlhilfskörper,
z. B. für Mahlkugeln mit Durchmessern zwischen 5 und 10 mm, auch recht gut bewährt.
Die Anzahl der Bewegungsstellen der Mahlhilfskörper, die für den eigentlichen Mahlprozeß
verantwortlich sind, ist dabei aber so gering, daß relativ große Maschineneinheiten
notwendig waren, wobei sich dennoch nur ein relativ geringer Ausstoß ergab. Dazu
kommt noch, daß die Rührarme die Kugeln nur zum kleinsten Teil direkt schieben,
daß also die eigentliche Mahlarbeit nur in diesen relativ kleinen Bereichen durchgeführt
wird, daß andererseits an diesen Stellen aber auch die gesamte Rührenergie für die
gesamte Umwälzung des großen Behälterinhaltes übertragen wird, wodurch erhebliche
Verschleißerscheinungen auftreten.
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Es gibt andererseits Rührwerksmühlen, bei denen die Mahlgut-Mahlhilfskörper-Mischung
durch konzentrisch laufende Rührscheiben, lediglich durch Adhäsion des Mahlgutes
an diesen Scheiben, in Bewegung gehalten wird. Durch diese Scheiben werden Differenzgeschwindigkeiten
in das Mahlgut eingeleitet, die an der Peripherie dieser Scheiben so groß werden,
daß die dabei auftretenden Fließenergiegefälle, gestört durch die Mahlhilfskörper,
Scherkräfte zur Folge haben, die eine Reibung in ausreichendem Maße für viele Zwecke
gewährleisten.
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Dieser bekannten Ausführungsform haftet jedoch der Nachteil an, daß
die Zonen genügend großer Scherkraft lediglich an der Peripherie der wenigen Rührscheiben
auftreten, wodurch wiederum die Notwendigkeit besteht, die Maschinen größer zu bemessen,
als es der durchgesetzten Mahlgutmenge an sich entsprechen würde.
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Dabei tritt der weitere Nachteil ein, daß im Bereich dieser Rührscheiben
Strömungswirbel entstehen, die beachtliche Bewegungskomponenten in Achsrichtung
des Mischwerkes zur Folge haben. Da es sich bei den Mühlen, die als Mahlhilfskörper
Sand benutzen, in der Regel um kontinuierlich arbeitende Mühlen handelt, ist durch
diese Bewegung in Achsrichtung die Bedingung einer konstanten Verweilzeit für alle
Teile des Mahlgutes jedoch nicht erfüllt. Es besteht die Gefahr, daß durch diese
Bewegungsimpulse in Achsrichtung Mahlgutpartikeln den gesamten Mühlenraum schon
in wesentlich kürzerer Zeit als vorgesehen, und demzufolge auch mit einer geringeren
Scherkraftbeanspruchung, durchlaufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mühle zu schaffen,
die die Nachteile der bekannten Rührwerksmühlen vermeidet und bei vorgegebenem Mahlgutvolumen
bzw. Mahlgutdurchsatz die Abmessungen der Mühle zu verringern' gestattet.
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Demgemäß besteht die Erfindung bei einer Rührwerksmühle, deren Rührwerk
aus einem geschlossenen, glattwandigen Körper besteht, der innerhalb eines stehenden,
im wesentlichen zylindrischen, mit Sand als Mahlhilfsmittel gefüllten Mahlbehälter
fliegend gelagert um seine Welle rotiert, wobei dem Mahlbehälter das Mahlgut kontinuierlich
zugeführt und über ein Sieb wieder abgeführt wird, darin, daß die axiale Länge des
Rührkörpers etwa der Höhe des Mahlbehälters entspricht und seine Mantelfläche im
wesentlichen paraltel zur Behäiterwand verläuft, so daß sich ein in axialer Richtung
im wesentlichen gleichbleibender ringförmiger Mahlraum ergibt.
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Beim Erfindungsgegenstand ergibt sich ein zylindrischer Ringraum
zwischen dem schnell umlaufenden Rührkörper und der zylind,risch,en Mantelwandung
des Mühlengehäuses. Das Mahlgut wird am unteren Ende des Mühlengehäuses dem zylindrischen
Mahlraum zugeführt und steig, zum Teil gemeinsam mit dem Mahlhilfsmittel in diesem
Ringraum von unten nach oben. Dort wird schließlich mittels eines Siebes die Trennung
zwischen Mahlgut und Mahlhilfsmittel vorgenommen. Auf einer längeren Strecke, entsprechend
der Höhe des Mühlengehäuses, soll in diesem im Querschnitt ringförmigen Mahlraum
das Mahlgut mit dem Mahlhilfsmittel hochsteigen können.
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Hierbei wird durch den schnell rótierenden Rührkörper den an der Außenwandung
dieses Rührkörpers benachbarten Teilen des Mahlgutes und des Mahlhilfsmittels eine
entsp'reehend große Drehbewegung
erteilt, die an der Innenwandung
des zylindrischen Mühlengehäuses nicht besteht und gerade die Differenz zwischen
diesen Bewegungen, die dem Mahlgut in diesem Ringraum aufgezwungen werden, ist für
den angestrebten Mahleffekt entscheidend. Dieser Effekt ist mit den bekannten Einrichtungen
nicht angestrebt worden und kann auch damit nicht erreicht werden.
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Der erfindungsgemäß gestaltete Rührkörper läuft mit einem dem jeweiligen
Mahlgut und den jeweils verwendeten Mahlhilfskörpern angepaßten Abstand konzentrisch
oder auch leicht exzentrisch in dem Mahlbehälter um. Die Strömungen im Mahlgut sollen
soweit wie möglich laminar und in Ebenen senkrecht zur Rührwerksdrehung verlaufen.
Auf diese Art läßt sich das Strömungsbild grundsätzlich besser beherrschen, die
Energie zur Erzielung von genügend großen Scherkraftfeldern auf weitestgehend kleinen
Raum vereinigen, und es wird dadurch gleichzeitig vermieden, daß unkontrolliert
schon Mahlgutpartikel weiter durchlaufen, als dem normalen kontinuierlichen Durchströmungsprozeß
des Mahlgutes entspricht. Dieses laminare Fließgefälle, das lediglich in Ebenen
senkrecht zur Rührwerksachse auftritt, führt zu einer automatischen Filterung und
Zurückhaltung zu großer Mahlgutpartikeln. Im Sinne einer gleichmäßigen Mahlung können
diese größeren Partikeln bzw. Pigmentagglomerate die Mahlgut-Sand-Mischung nur langsam
durchlaufen und werden somit länger dem Mahlprozeß ausgesetzt, als das schon feingemahlene
Gut. Diese Ausführungsform begünstigt deshalb eine gleichmäßige Feindispergierung.
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Die stärkere Konzentration der Energieübertragung auf kleine Räume,
die durch die Erfindung ermöglicht wird, führt trotzdem nicht zu unzulässigen Wärmesteigerungen,
da neben einer Kühlung des Mantels auch noch eine Kühlung des Rührwerkskörpers in
einfacher Weise möglich ist. Diese Kühlung der eigentlichen Mitnahmefläche begünstigt
darüberhinaus auch den reinen Arbeitsprozeß. Würde sich nämlich die Mituahmefläche
erwärmen, dann wäre der Wirkungsgrad der Adhäsionsmitnahme wesent lich verschlechtert.
Durch die Kühlung des Rührwerkskörpers ist die Adhäsion des Mahlgutes an dieser
Fläche aber wesentlich begünstigt, und es wird dadurch auch die Ausbildung der Scherkräfte
gesteigert.
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Versuche haben ergeben, daß mittels der erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Rührwerkes nicht nur eine wesentliche Konzentrierung und damit Verkleinerung
der eigentlichen Arbeitszone möglich ist, sondern darüber hinaus auch noch eine
erhebliche Verringerung des ansonsten bei allen Mühlen unvermeidlichen Verschleißes.
Die Verkleinerung der eigentlichen Mahlzone bietet noch den weiteren Vorteil, daß
die bei kontinuierlichen Arbeitsprozessen notwendigen Einlaufzeiten geringer sind
und daß Rückstände am Schluß des Arbeitsprozesses äußerst klein gehalten werden
können. Der minimale Verschleiß kommt dadurch zustande, daß die für den Verschleiß
im wesentlichen verantwortlichen Mahlhilfskörper infolge der auf sie bei der laminaren
Mahlgutströmung einwirkenden Zentrifugalkräfte so gut wie garnicht zu einer Berührung
mit dem hochtourig laufenden Rührwerkskörper kommen. Der Rotationskörper bewegt
sich also ausschließlich im Schmierfilm des Bindemittels. Bis zur Trogwandung sind
die Umfangsgeschwindigkeiten praktisch bis auf Null ab-
gebaut, so daß auch hier
der Verschleiß vernachlässigbar klein bleibt.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß
gestalteten Mühle dargestellt.
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In dem Mahlbehälter 1 ist zentrisch eine Rührwerkswelle 2 angeordnet,
auf welcher der konzentrische Rührwerkskörper 3 sitzt. Die Welle 2 mit dem Rührwerkskörper
3 sind in Lagern 4 gelagert und werden über eine Scheibe 5 von einem nicht dargestellten
Motor in Umdrehung versetzt. Dem Mahlbehälterl wird das Mahlgut durch eine Öffnung
6 zugeführt. Es durchwandert unter dem Zulaufdruck die zwischen dem Mahlbehälter
1 und dem Rührwerkskörper 3 gebildete Mahlzone und tritt oberhalb des Troges 1 über
ein Sieb 7 in eine Auffanghaube 8 aus, von der es über die Auslaufschnauze 9 abläuft.
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Der Mahlbehälter 1 weist zum Zweck der Kühlung einen Doppelmantel
10 mit einem Wasserzuflußll und einem Wasserabfluß 12 auf. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist auch der Rührwerkskörper3 kühlbar ausgebildet. Das Kühlwasser
für den Rührwerkskörper 3 wird durch die Welle mittels eines an sich bekannten zentrisch
laufenden Stopfbuchsenanschlusses 13 zugeführt. Hier durchtritt das Kühlmittel die
Welle bis zum Innenboden 14 des Rührwerkskörpers 3, wandert in diesen nach oben,
um dann durch die Welle 2 wieder auszutreten. Durch den Spritzrand 15 wird es abgespritzt
und in einer Kühlmittelsammeltasse 16 aufgefangen, von wo es über einen Ablauf 17
wieder abgenommen wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, den Rotationskörper 3 auf der Welle
2 exzentrisch anzuordnen bzw. die Welle 2 im Mischwerkstrog selbst exzentrisch einzubauen.
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Der Rührwerkskörper3 ist vorzugsweise rotatnonssymmetrisch, d. h.
als Zylinder ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dem Rührwerkskörper 3 eine andere
Querschnittsform, beispielsweise eine Ellipse zu geben. In bestimmten Fällen kann
es zweckmäßig sein, als Rührwerkskörper einen regelmäßigen Polyeder zu verwenden.
Auch die Art die Kühlung des Rührwerkskörpers und des Mahlbehälters kann von der
dargestellten Ausführungsform abweichen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Anstatt den Mahlbehälter und/oder den Rührwerkskörper zu kühlen, kann es in bestimmten
Fällen auch vorteilhaft sein, entweder einen der beiden Teile oder beide zu erwärmen
oder aber auch einen Teil zu erwärmen und den anderen zu kühlen. Ebenso ist es auch
moglich, zwei oder mehrere unabhängig oder antriebsmäßig miteinander verbundene
Rotationskörper in einem Mahlbehälter anzuordnen.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, entspricht die Höhe des Rührwerkskörpers
3 etwa der Höhe des Mahlbehälters 1. Es ist jedoch durchaus möglich, den Rührwerkskörper
3 länger als den Mahlbehälter 1 auszubilden, wobei dann jedoch das Gitter 7 praktisch
als oberer Abschluß oder als Haube ausgebildet sein muß, durch die dann das Mahlgut
nach oben austreten kann.