DE2410075A1

DE2410075A1 - Mit ueberkritischer drehzahl arbeitende muehle

Info

Publication number: DE2410075A1
Application number: DE2410075A
Authority: DE
Inventors: Willi Eirich
Original assignee: Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Priority date: 1973-03-14
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1974-09-26
Also published as: FR2221186B1; JPS5730536B2; US3910509A; CA1015726A; CH558678A; JPS5052660A; FR2221186A1; GB1460805A; BR7401981D0; SE408140B; ZA741645B

Description

Dr. Hans-Heinridi Willrath d - « wi.sbaden 20 2 -197

Dr. Dieter Weber SÜiSL

Dipl.-Phys. Klaus Seiffert

PATENTANWÄLTE .

Maschinenfabrik Gustav Eirich 6969 Hardheim/Nordbaden

Mit überkritischer Drehzahl arbeitende Mühle

Priorität: v.14.März 1973 in der Schweiz Anm.No.: 3732/73

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit überkritischer Drehzahl arbeitende Mühle, bei welcher in einem samt dem Mahlgut mit überkritischer Drehzahl um seine Achse umlaufenden Mahlbehälter ein Mahlkörper auf dem Mahlgut abrollt.

Beim Mahlen, insbesondere beim Mahlen harter und mittelharter Materialien, werden die zu zerkleinernden Partikel auf Bruch beansprucht, wobei plötzlich auftretende Kraftänderunjen an Zerkleinerung förderlich sind. Deshalb sollten die Partikel des Mahlgutes möglichst rasch wechselnden Belastungen unterworfen werden, welche durch Einwirkung von Druck, Schlag,

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Postscheck: Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden. Konto-Nr. 276807

ORIGINAL INSPECTED

Scherung und auch durch die auf solche Einwirkungen folgende Expansion erzeugt werden können. Der für die Zerkleinerung
erforderliche recht erhebliche Energiebedarf steigt mit der abnehmenden Partikelgröße stark an. Nach neueren Erkenntnissen wird von Material zu Material verschieden eine bestimmte minimale Partikelgröße kaum zu unterscheiden sein,
weil in jenem Bereich die Partikel mit den bisherigen
Methoden nur noch plastisch verformbar sind, beziehungsweise die für den Bruch erforderliche Energiemenge nicht oder nicht genügend rasch übertragen werden kann. Die minimale Partikelgröße wird zudem durch die unter Druck agglomerierenden Partikel bestimmt.

Eine außerordentlich große Verbreitung, insbesondere auch in der Zementindustrie, haben die Kugelmühlen. Der Wirkungsgrad solcher Schwerkraftkugelmühlen ist sehr bescheiden und liegt in der Größenordnung von 1 %. Neueste Untersuchungen und
Versuche zur Steigerung des Wirkungsgrades haben bei den
sogenannten Planetenkugelmühlen und den Schwingmühlen erhebliche Wirkungsgradsteigerungen erbracht. Diese neueren
Mühlen sind aber bislang nur in relativ kleinen Abmessungen ausführbar. Obschon sie dabei Mahlergebnisse weitaus größerer Schwerkraftkugelmühlen zu erreichen gestatten, sind sie doch durch die relative Kleinheit nicht in der Lage, die gewünschte Steigerung für das Mahlen großer Mengen erreichen zu lassen.

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Man unterscheidet Mühlen mit überkritischer und unterkritischer Drehzahl,- Die kritische Drahzahl ist bei Mühlen bekanntlich jene Drehzahl, bei welcher die Fliehkraft das durch die Schwerkraft bedingte Gewicht der Teile übersteigt.

Wurde man nun eine herkömmliche Schwerkraftkugelmühle mit zu stark überkritischer Drehzahl antreiben,so bliebe das Mahlgut samt Mahlkugeln stationär, und es entstünde kein Mahleffekt. Um dem abzuhelfen, wurde es schon vorgeschlagen, Ablenkkörper in den Mahlbehälter einzuführen, welche das Mahlgut und die Kugeln wieder lokal auf unterkritische Umlaufgeschwindigkeit abbremsen, wodurch sie "abstürzen". Es handelt sich dabei gewissermaßen um eine Rührwerkkugelmühle mit stationärem Rührflügel, woraus sich auch der hohe Energiebedarf und die relativ bescheidenen erzielbaren Drehzahlen ergeben. Das Mahlgut muß dabei immer wieder beschleunigt werden.

Das Prinzip, mittels überkritischer Drehzahlen das Mahlgut an den zylindrischen Wänden eines Mahlgutbehälters zu fixieren, ist auch schon in jenen Fliehkraftmühlen eingesetzt worden, bei denen das dergestalt fixierte Mahlgut durch einen im Mahlbehälter angebrachten zylindrischen Mahlkörper überrollt wird, wobei das Mahlgut nur bis zu einer vorbestimmten Korngröße (fest eingestellter Spalt zwischen Mahlkörper und Mahlbehälterinnenwand) durch Zerreiben zermahlen wird. Es werden mehrere solcher Mühlen mit vertika-

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ler Achse übereinander angeordnet. Man macht sich hier also das Fixieren des Mahlgutes durch die hohen Zentrifugalkräfte zunutze, um es besser zerreiben zu können. Der Erfolg ist bescheiden. Durch Abnutzung der Mahlkörper und der Mahlbehälterpanzerung wird der Spalt und somit die Korngröße verstellt. Ein Erfolg tritt nur in dem Bereich auf, in welchem eine Relativbewegung des Mahlgutes gegenüber der Behälterwand als Reibkraft, wie bei Autogenmühlen, auftritt. Der .Mahldruck wird durch den Füllungsgrad und den Spalt zwischen Mahlbehälter und Mahlkörper bestimmt, wobei die Fliehkraft nur das Mahlgut am Behälter festhalten soll.

Auf dem Gebiet der mit unterkritischer Drehzahl arbeitenden Mühlöi ist eine Kugel- oder Rollenmühle mit vertikal angeordneter Drehachse zum Zerkleinern von Kakao, Schokolade, Lackpigmenten, Emaille und dergleichen mit einem zylindrischen Behalter bekannt, in dessen Innerem ein koaxial angeordneter Rotor angeordnet ist, auf dessen Mantelfläche Mahlrollen eingelassen sind, die in radial angeordneten Langlöchern des Rotors mit ihrem Drehzapfen geführt sind. Zur Zufuhr und Abfuhr des zu zerkleinernden Materials beziehungsweise des Mahlgutes sind in den Stirnwänden des zylindrischen Behälters axiale Kanäle vorgesehen. Das Mahlgut wandert daher achsparallel entlang der zylindrischen Behälterwand von oben nach unten, was den Betrieb ttitüberkritischer Drehzahl ausschließt-Außerdem ist die Lagerung der Mahlrollen dem Mahlgut ausgesetzt, so daß die Lager einem starken Verschleiß unterliegen.

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Ausgehend vom Stand der Technik liegt nun der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mahlprinzip zu schaffen, welches sich die an sich* günstige Methode des Festhaltens des Mahlgutes an der Mahlbehälterwandung durch Fliehkraft zunutze macht, aber deren Nachteile, insbesondere diejenigen hinsichtlich Wirkungsgrad, Verschleiß und Beschränkung der Korngröße, vermeidet. Es soll das Mahlen in weiten Bereichen bei kleinen, mittleren und großen Maschineneinheiten unter Raumersparnis und gesteigertem Wirkungsgrad ermöglichen. Es soll also sowohl hinsichtlich der Anlage als auch der Betriebskosten Einsparungen gestatten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Mahlprinzip benutzt, bei dem im Mählbehälter mit von dessen Drehzahl und/oder Drehrichtung verschiedener überkritischer Drehzahl Mahlkörper die Mahlbehälterachse umkreisen, während sie um ihre eigene Achse rotierend auf dem Mahlgut unter Fliehkraft anliegend abrollen.

Durch die Wahl geeigneter Drehzahlen lassen sich Anpreßwerte des Mahlgutes auf der vorzugsweise gepanzerten Mahlbahn des Mahlbehälters und der Mahlkörper auf dem Mahlgut erreichen, welche das 20- bis mehrere Hundertfache ihres Gewichtes überschreiten können.

Das Mahlprinzip gemäß der Erfindung läßt sich sowohl mit im wesentlichen zylindrischen Mahlkörpern allein, als auch mit solchen, vor allem keilscheibenartigen Mahlkörpern und Kugeln

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zusammen verwirklichen, wobei man sehr kleine Kugeln verwenden kann, was eine Steigerung der Kontaktpunktezahl und eine Verminderung der Kontaktflächen der Kugeln zu erreichen gestattet. Beim Betrieb mit Mahlkugeln tritt zwar ein höherer Energiebedarf als beim Betrieb ohne Mahlkugeln auf, dieser erreicht aber normalerweise nicht die'Werte der Rührwerkkugelmühlen .

Eine Mühle gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein als Rotationskörper ausgebildeter Mahlbehälter um eine etwa parallel zu seiner Rotationsachse verlaufende Achse mit überkritischer Drehzahl antreibbar gelagert ist, und daß jeder diese Mahlbehälterachse in überkritischer Drehzahl umkreisende Mahlkörper in einem Schlepparm drehbar gelagert ist, welcher um eine zur Drehachse des Mahlbehälters im wesentlichen parallele Achse schwenkbar an einem um die Mahlbehälterachse antreibbar umlaufenden Träger gelagert ist, wobei Mittel zur Steuerung Äer Differenz zwischen Umkreisungsdrehzahl der Mahlkörper und. Drehzahl des Mahlbehälters um die Mahlbehälterachse vorhanden sind. Im Betrieb: rollen die an den schwenkbaren Schlepparmen rotierenden Mahlkörper auf der Mahlbahn des Mahlbehälters oder dem Mahlgut mit entsprechender Differenzgeschwindigkeit ab.

Die einzelnen zumeist im wesentlichen zylindrischen Mahlkörper können dabei an einer peitschenartigen Aufhängung befestigt sein, durch welche sie um das Mahlbehälterzentrum im Kreise umlaufend geschleppt werden können, wobei sie in-

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folge Fliehkraft mit dem Mehrfachen ihres Gewichtes in Richtung der Mahlbahn gepreßt werden. Sie rollen dabei auf der Mahlbahn beziehungsweise auf dem darauf befindlichen und durch die Fliehkraft komprimierten und festgehaltenen Mahlgut ab, wobei man sehr hohe Fliehkräfte erzielen kann. Durch Einstellen der Wegdifferenz von Mahlbehälter zu Mahlkörper und durch die Wahl der Anzahl der umlaufenden Mahlkörper läßt sich die Anzahl der überrollungen des Mahlgutes pro Zeiteinheit steuern. Werte von 150 Kompressionszyklen (überrollungen) pro Sekunde sind ohne weiteres erreichbar.

Man kann durch Bestimmung und Variation der Drehzahlen und Drehrichtungen innerhalb der gleichen Mühle ganz verschiedene Arbeitsbedingungen schaffen, wobei ein Minimum bei fast gleichen Drehzahlen und gleicher Richtung und ein Maximum bei hohen Drehzahlen mit entgegengesetzter Drehrichtung für die Mahlung erreicht werden kann.

Beim Mahlen im Gleichlauf ist es vorteilhaft, die Drehzahl des Mahlbehälters höher einzustellen, beispielsweise doppelt so hoch wie die des Mahlkörperträgers. In diesem Fall fließt die ganze Antriebsenergie durch den Tellerantrieb in die Maschine. Der Teller hat die Neigung, die Mahlkörper mit derselben Umfangsgeschwindigkeit weiter zu bewegen. Die Mahlkörper sind jedoch durch die Mahlkörperaufhängung an die kleinere Umfangsgeschwindigkeit gebunden. Somit fließt Antriebsenergie von dem Teller durch die Mahlgutschicht.auf die Mahlkörper und von den Mahlkörpern auf die Antriebs-

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stelle des Mahlkörperträgers. Man schickt somit mechanische Energie durch die Mahlgutschicht hindurch und beansprucht diese außer der hohen Druckeinwirkung auf Zug. Die meisten zu mahlenden Materialien haben eine wesentlich kleinere Zugfestigkeit als Druckfestigkeit. Deshalb kann durch gleichzeitige Einschaltung von Druck- und Zugbeanspruchung der Zerkleinerungseffekt mit relativ kleinem Energieaufwand wesentlich gesteigert werden.

Der Energieaufwand ist schon deshalb relativ gering, weil das Mahlgut durch die sehr hohe Fliehkraft so kompakt am Mahlbehälter anliegt, daß es gewissermaßen eine ebene harte Straße bildet. Dabei sind die Hohlräume im Mahlgut minimal, so daß die von den darüberrollenden Mahlkörpern erzeugten stoßartigen Druckwellen relativ ungedämpft die ganze Schicht des Mahlgutes durchlaufen können und dabei von Korn zu Korn sogar eine autogene Mahlung auftreten kann. Ähnlich wirkt sich die auf jeden Druck folgende Expansion im Mahlgut aus. Der Rollwiderstand der Mahlkörper ist unter solchen Bedingungen minimal.

Da nun der Rollwiderstand also verhältnismäßig klein sein kann, besteht die Möglichkeit (auch hierbei ist die Gewichtssteigerung durch Fliehkraft von Nutzen), die einzelnen Mahlkörper mit kleinen Durchmessern auszustatten, so daß sich sehr kurze Druckzonenbereiche bilden können und eine hohe Rollgeschwindigkeit der Mahlkörper erreicht wird.

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Die Mahlkörper können zur Steigerung der Wirkung auch unrund gelagert und unrund ausgeführt beziehungsweise anders (z.B. durch Gewichtsverteilung) unwuchtig ausgebildet sein, wodurch sie den von den Schwingmühlen her bekannten Unwuchteffekt nutzbringend anzuwenden gestatten, ohne daß große Unwuchtmassen bewegt werden müssen. Der Behälter wird dabei infolge der schwenkbaren Lagerung der Mahlkörper an ihrem umlaufenden Träger weitgehend vom Mahlgut abgeschirmt.

Infolge der hohen Anpreßdrücke der Mahlkörper und ihrer hohen Umfangsgeschwindigkeiten haben die Mahlkörper bei plötzlicher Stromunterbrechung die Tendenz, aus ihrer Bahn auszubrechen, weil die bisherige Zugbeanspruchung der Mahlkörper durch eine starke Schubwirkung ersetzt wird. Hierauf ist bei der Konstruktion der Führungselemente der Mahlkörper Rücksicht zu nehmen, beispielsweise indem die Auswärtsbewegung der Mahlkörper durch einen mechanischen Anschlag oder ein elastisches Mittel begrenzt wird.

Die Mahlkörper bestehen vorzugsweise aus Mahlwalzenpaaren, wobei eine Walze oberhalb und eine Walze unterhalb des Schlepparmes auf einer in diesem angebrachten Achse gelagert sind. Bei einer Ausführungsform ist die Achse undrehbar im Schwenkarm angebracht, und jede Mahlwalze ist hierin für sich drehbar gelagert.

Kleine Unterschiede in der Schichtstärke des dem Mahlbehälter anliegenden Mahlgutes können zu verschieden hohen Drehzahlen

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der Mahlkörper führen, so daß bei plötzlicher Bremsung, z.B. durch Stromausfall, eine erhöhte Tendenz der Mahlkörper zum Ausbrechen aus ihrer Spur besteht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind deshalb die Mahlwalzen jedes Paares auf ihrer Achse starr aufgesetzt, während diese Achse drehbar in dem zugehörigen Schlepparm als Welle gelagert ist. Durch diese feste Verbindung der Mahlwalzen jedes Paares mit der gemeinsamen Welle ist die vorstehend erwähnte Gefahr eines Ausbrechens aus der Spur beseitigt.

Zwecks Erzielung variierender Aufschläge oder Prallwirkungen der Mahlkörper auf das Mahlgut können die Mahlkörper auch mit einer Unwucht ausgeführt werden. Da hierbei infolge der hohen Drehzahlen Vibrationen und Schwingungen erzeugt werden, welche die Welle und die Lager beanspruchen, kann es zweckmäßig sein, die Mahlkörper nicht massiv ,sondern ringförmig derart aufzubauen, daß auf der innen liegenden Nabe eine Schicht aus elastischem Material und darüber ein Mahlring aus hoch verschleißfestem Material aufgebracht ist. Bei dieser Ausführungsform werden die im Mahlring auftretenden Vibrationen weitgehend gedämpft, und diese Ausführungsform hat noch den zusätzlichen Vorteil, daß die dem Verschleiß unterliegenden Mahlringe relativ leicht ausgetauscht werden können.

Eine weitere Modifikation der Mühle gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Drehachse des Mahlkörperträgers exzen-

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trisch zur Drehachse des Mahlbehälters angeordnet ist. Beim Betrieb einer solchen Mühle variiert der Radius zwischen Mahlkörperachse und Behälterachse bei jeder Umdrehung zweimal» d.h. der Abrollweg jedes einzelnen Mahlkörpers verlängert und verkürzt sich während eines Umlaufes, so daß ein steter Wechsel von Beschleunigung und Bremswirkung an der Lauffläche jedes Mahlkörpers eintritt, wodurch sich zusätzlich zu der Roll- und Prallwirkung eine Friktionswirkung auf das Mahlgut ergibt, die den Mahleffekt fördert.

Die oben erwähnte Einschaltung eines elastischen Mittels zur Begrenzung der Auswärtsbewegung der. Mahlkörper gegen die Mahlbehälterwand bietet auch die Möglichkeit einer Anpassung an eine unterschiedliche Beschaffenheit, z.B. unterschiedliche Härte, des zu zerkleinernden Materials. Bei einer solchen Veränderung, das Mahlkörpergewicht oder die Umfangsgeschwindigkeit des Mahlkörperträgers zu verändern, bedeutet aufwendige Maßnahmen. Wenn dagegen eine regelbare Federkraft zwischen Mahlkörperträger und Mahlkörperhalterung. beispielsweise im jeweiligen Schwenkarm eingeschaltet wird, so kann durch Regelung der Federkraft der Anpreßdruck der Mahlkörper je nach dem zu vermählenden Material reduziert oder vergrößert werden. In praktischer Ausführungsform kann eine entsprechende Zugfeder zwischen Schlepparm und Mahlkörperträger eingefügt werden, oder man kann einen Pneumatikreifen am Umfang des Mahlkörperträgers anbringen, an dem beispielsweise ein Kniehebel anliegt, der auf den betreffenden Mahlkörper einwirkt. Durch Veränderung des Luftdruckes in dem

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Pneumatikreifen können sämtliche Mahlkörperpaare eine absolut gleichmäßige Belastung oder Entlastung erhalten.

Durch den AufWirbelungseffekt der Mahlkörper, der demjenigen eines Fahrzeugrades auf einer Naturstraße nicht unähnlich ist, kann auch eine Umwälzung des Mahlgutes erfolgen. In der Atmosphäre des Mahlbehälters setzen sich naturgemäß die gröberen Partikel schneller als die feinen Partikel ab, so daß letztere durch einen geeignet geleiteten Luftstrom ausgetragen werden können. Auf diese Weise läßt sich auch ein Vorsichtungseffekt (Klassierung) erzielen, durch welchen sozusagen eine Konzentrierung der groben Partikel im Mahlbehälter erfolgen kann, was den Wirkungsgrad des Verfahrens und der Mühle zu erhöhen gestattet.

Infolgedessen, kann der Austrag des Feingutes durch eine Austragrinne erfolgen, wenn die Austragöffnungen des Mahlbehälters im Bereich einer unterkritischen Drehzahl liegen. Ist überkritische Drehzahl in der Austragzone vorhanden, ist die Anwendung eines Auffangrohres möglich, in dem sich eine Schnecke mit biegsamer Welle bewegt. Diese Schnecke wird an der Auffangvorrichtung mit Material beschickt, sie fördert dann das fein gemahlene Gut durch das Schneckenrohr in die Nähe der Lagernabe und entleert in einen Ringtrichter. Die biegsame Schnecke ist mit ihrem Gehäuse am Mahlkörperträger befestigt und durch ein Loch in dem Boden geführt. Unterhalb des Bodens besitzt sie einen Reibradantrieb, der auf der feststehenden Lagernabe abrollt. Da das Austragende der

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Schnecke mit dem Teller rotiert, ist zum Auffangen des ausgetragenen Feingutes ein die Nabe umgebender Ringtrichter erforderlich.

Man kann wenigstens einen Teil der Luftbewegung im Behälterinneren von den Drehbewegungen ableiten. Insbesondere ist es vorteilhaft _t ein Schaufelrad mit den Mahlkörpern um die Mahlbehälterachse umlaufen zu lassen, und dadurch einen gezielten Luftstrom in dem Behälter einzuführen. Durch Verstellen der Schaufeln kann die geförderte Luftmenge und/oder ihre Richtung bestimmt werden. Der normalerweise zur Vermeidung des Staubens im Behälterinneren aufrechterhaltene Unterdruck wird gewöhnlich durch Sauggebläse erzeugt. Aber auch die Umlaufbewegung des Mahlbehälters kann in diesem Sinne eingesetzt werden.

Die Achse des Mahlbehälters kann im Prinzip beliebig gegenüber dem Erdboden geneigt verlaufen, insbesondere bei größeren Maschinen wird man sie aber vorzugsweise vertikal oder geneigt verlaufen lassen. Die Lagerung kann dann oben oder unten beziehungsweise an beiden Enden oder am Umfang erfolgen.

Wo Scherkräfte erwünscht sind, können diese durch eine Neigung der Rotationsachse der einzelnen Mahlkörper gegenüber ihrer Umlaufbahnachse (Mahlbehälterachse) erreicht werden, was naturgemäß einen erhöhten Widerstand mit sich bringt.

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Zur Steuerung des Preßdruckes der Mahlkörper stehen im Prinzip folgende miteinander kömbinierbare Maßnahmen zur Verfügung:.

a) Veränderung der Drehzahl und damit der Fliehkraft,

b) Veränderung des Mahlkörpergewichtes,

c) Veränderung der Auflagefläche (Form) der Mahlkörper, die nicht immer kreisrund zu sein braucht,

d) Anordnung eines Gelenkes zwischen einem den Mahlkörper führenden Schlepphebel und einem radialen Antriebsteil. Je weiter außen sich dieses Gelenk (d.h., je näher bei der Mahlbahn) befindet, umso größer ist die Preßwirkung,

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e) Anbringen von Zusatzgewichten (an der Mahlkörperachse

wirkend).

f) Auf die Mahlkörper in annähernd radialer Richtung einwirkende regelbare Federkraft.

Die Maßnahmen a) bis c) lassen das Mahlkörperlager praktisch unbeeinflußt. Die Maßnahme d) bringt normalerweise nur eine geringe Laständerung am Mahlkörperlager mit sich. Beides, weil der Mahlkörper im Betrieb über das Mahlgut an der Mahlbahn abgestützt ist. Die Zusatzgewichte, die an der Mahlkörperachse angreifen, beziehungsweise über deren Lager auf den Mahlkörper übertragen werden, bringen naturgemäß eine Mehr-

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belastung von Lager und Achse mit sich. Hieraus ergibt sich auch, daß die letztgenannte Maßnahme weniger bevorzugt ist, und daß bei ihrem Ausscheiden die Mahlkörperlager nur den relativ minimalen Antriebsbelastungen ausgesetzt werden, was verschleißmindernd wirkt. "

Bei Verwendung von Mahlkugeln können geeignete, z.B. keilscheibenartige Mahlkörper, die Bewegung der Mahlkugeln übernehmen. Der Energiebedarf ist geringer als bei Rührwerkkugelmühlen, aber höher als ohne Mahlkugeln. Mahlkugeln vermindern auch den Nutzfüllungsgrad der Mühle sowie die mögliche Geschwindigkeit. Eine hohe Umlaufgeschwindigkeit soll aber günstig auf die Mahlgutausbringung wirken, die proportional zur dritten Potenz der Drehzahl steigen kann.

Der Verschleiß scheint ähnlich gering, wie jener der Autogenmühlen, ohne aber die Nachteile der Autogenmühle zu bedingen.

Einige weitere Vorteile sind nachstehend zusammengestellt: Die rotierenden Systeme wirken als Stabilisierungskreisel. Daher entatehen an sich wenig Schwingungen. Die Restschwingungen lassen sich konstruktionsbedingt gut vom Untergrund abschirmen.

Die Beschickung kann in Abhängigkeit der Motorbelastung (Abtasten der Motorleistung) erfolgen.

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Nicht nur die Form, sondern auch die Baustoffe der Mahlkörper sind in weiten Grenzen variabel.

Es kann naß und trocken, mit oder ohne Kugeln gemahlen werden.

Die Mühle kann als Zentrifugalabscheider, als Mahltrockner und Aktiviergerät Verwendung finden.

Die an sich geringe entstehende Reibungswärme läßt sich wegen der konstruktiven Eigenheiten gut abführen. Die gute Kühlmöglichkeit ergibt auch die Möglichkeit der Anwendung der Tiefkühlmahlung.

Es ist möglich, eine an sich bekannte automatische Auswuchtung im Betrieb vorzunehmen.

Mahlbahnpanzerung und Mahlkörper können als Mehrstoffkörper mit dauernd rauher Oberfläche ausgebildet werden.

Mahlkörper in Schichtbasweise sind verwendbar (Platten verschieden harten Materials durch Bindemittel und Armierung gebunden).

Hohe spezifische Mahlleistungen pro Flächeneinheit sind möglich.

Die Mahlkörper heben nicht vom Mahlgut ab, was auch für Kugeln gelten kann.

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Es bestehen- günstige Voraussetzungen für die Anwendung von elektrostatischen und magnetischen Polarisationsfeidern, sowie für die magnetische und pneumatische Abscheidung im oberen Mahlifaumbereich. .

Es können ganze Mahlkörpergruppen· zusammengefaßt geführt werden. / . .,--. ....

Der feste Sitz des Mahlgutes an der Mahlbahn (fliehkräftbedingt} schafft für die durch überrollen energiearme Feinmahlung beste Voraussetzungen. . _:

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig.l einen schematischen Vertikalschnitt durch eine

^l'i ' '■■'...' .·-.... · '-> > erfindungsgemäße Mühle,

Fig.2 ein halbes Draufsichtschema auf die Mühle der Fig.3 einen schematischen Horizontalschnitt durch die

Mühle der Fig.l, * ....

Fig.4 bis Fig.6 Mahlkörpervariationen, -

Fig.7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Mählkörperachse geführt ist und ferner der Mahlkörperträger um eine zur Behälterachse exzentrische Achse umläuft.

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Fig.8 ist eine der Fig.l ähnliche Darstellungsform einer anderen Ausführungsform der Mühle.

Vorerst wird auf die Figuren 1 bis 3 besonders Bezug genommen. . . ·

Der Mahlb'ehälter lsist ein im wesentlichen zylindrischer Topf, dessen Mantel mit (nicht näher bezeichneten) Armierungsringen versehen ist und auf seiner innenfläche die Mahlbahn 2 bildet, auf welcher das (nicht gezeichnete) Mahl-

gut aufliegt, auf welchem die Mahlkörper 3 im Betrieb abrollen. .. . '"■.'' '.■■-

Der Mahlbehälter 1 ist am Rahmen R auf einem hohlen Zapfen Z drehbar gelagert und mit einer Keilriemenscheibenkombi—

nation S starr verbunden, welche Scheibenkombination S den Antrieb mittels eines Motors zu sichern gestattet. Der Mahlbehälter könnte aber auch auf andere Weise, z.B. durch einen oder mehrere Linearmotoren, angetrieben werden. Er könnte auch auf Luftkissen gelagert sein.

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Durch den Zapfen Z hindurchgeführt und in ihm gelagert ist die Zentralachse A des Mahlkörpersystems. Auf der Achse A, welche zur Umlaufachse des Mahlbehälters 1 konzentrisch ist, befindet sich unten ein Keilriemenraä S' zu ihrem Antrieb. · .

Die Achse A trägt auf einer Erweiterung A¹ im Inneren des Mahlbehälters 1 starre radiale Arme 30, an denen um zur . Achse A parallelen Achsen 31 schwenkbar Schlepphebel 32 gelagert sind, an welchen die Mahlkörperachsen 33 gelagert sind. Beim Antreiben läuft dann das Mahlkörpersystem mit den Mahlkörpern 3 in Richtung der durch die Achsen 31 gezeichneten Pfeile K um. Je weiter weg vom Zentrum O und je näher der Mahlbahn 2 sich die Achse 31 jedes Mahlkörpers befindet, desto besser kann der Mahlkörper der Fliehkraft folgen, welche ihn an die Mahlbahn 2 drücken will.

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Der Mahlbehälter kann seinerseits entweder in Richtung des ausgezogenen Pfeiles P entgegen dem Pfeil K oder gleichgerichtet zum Pfeil K im Sinne des gestrichelten Pfeiles P¹ umlaufend angetrieben sein, wobei der Antrieb des Mahl— behälters und der Mahlkörper immer mit einer wesentlich über der kritischen Drehzahl liegenden Drehzahl erfolgt, so daß das Mahlgut (nicht gezeichnet) an die Mahlbahn 2 und die walzenförmigen Mahlkörper 3 an das Mahlgut gepreßt werden. Dabei wirken die Mahlkörper 3 mit einem Mehrfachen ihres Gewichtes auf die Mahlgutschicht ein und wirbeln diese auf. Soll der Druck ohne Drehzahlsteigerung erhöht werden, so können dazu noch Zusatzgewichte 34 an den Mahlkörper-

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achsen 33 abgestützt werden, die, wie hier gezeigt, strömungstechnisch geformt sein können.

Der Mahlbehälter 1 ist oben offen. Seine öffnung ist von einer stationären Haube 4 überdeckt, in welcher ein Rohr 40 beziehungsweise 40' für die Zufuhr des Mahlgutes vorgesehen ist, während in der Mitte ein Kanal 41 für die Zufuhr von Luft vorhanden ist. Um den Kanal 41 herum ist ein Ringraum 42, welcher an eine Absaugleitung 43 angeschlossen ist, durch welchen das aufgewirbelte feine Mahlgut abgesaugt werden kann. Dabei entsteht ein Unterdruck im Mahlbehälter 1, welcher teilweise durch die durch das Rohr 41 zugeführte Luft ausgeglichen wird. Unterhalb des Rohres 41,mit der Achse A des Mahlkörperantriebs fest verbunden, befindet sich das Schaufelrad 5 mit einstellbaren Schaufeln 51, durch deren Stellung die vom Schaufelrad in das Innere des Mahl-

behälters 1 abgeschleuderte Zuluftmenge steuerbar ist. An Stelle dieses Schaufelrades 5 könnte auch eine stationär mit dem Rotor 41 verbundene Steuerscheibe in ähnlicher' Funktion zur passiven Zuluftsteuerung dienen. Durch entsprechende Verlängerung des Luftzufuhrrohres zum Behälterboden läßt sich erreichen, daß die Luft unterhalb der Mahlkörperarme 30 eingeführt wird, so daß sie, aufsteigend zur Haube 4 und zur Absaugleitung 43, unmittelbar mit Feingut beladen wird. Zur Abscheidung des Feingutes kann es zweckmäßig sein, mit Umluft und Staubabscheidern, z.B. Zyklonen, zu arbeiten, aus denen die Luft, auch wenn sie noch gewisse Staubanteile enthält, vzieder in das Rohr 41 zurückgeführt werden kann.

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Wie man in.Fig.4 erkennt, ist dort an einem dem Hebel 3O der Fig.3 entsprechenden Hebel 30a eine einzige große Walze 3a als Mahlkörper gelagert, während in Fig.5 und 6 am Hebel 30b beziehungsweise 30c je drei Mahlkörper 3b beziehungsweise 3c gelagert sind. Die Mahlkörper 3b sind keilförmig ausgebildet, wodurch sie das Erzielen besonders hoher Drucke auf das Mahlgut gestatten und sich insbesondere bei Mitverwendung von Mahlkugeln besonders eignen. Die Mahlkörper 3c beaufschlagen eine weitaus geringere Fläche als der Mahlkörper 3a/ wodurch auch sie relativ hohe Drucke zu erreichen erlauben. Sie weisen außerdem Unwuchtgewichte beziehungsweise Unwuchtbohrungen 3c¹ auf, so daß sie im einzelnen unrund laufen. Weil nun aber, wie man besonders in Fig.3 erkennt, die Mahlkörper 3 in Fig.3 jeweils gegen-Oberliegend zu Paaren zusammengefaßt sind, gleichen sie solche Kräfte im wesentlichen aus. Dieser Kräfteausgleich ermöglicht es auch, von Paar zu Paar (in Fig.3 sind es aus Raumgründen nur zwei Paare) verschieden große Mahlkörper . zu verwenden, weiche mit verschiedenem Druck und verschiedener Rollgeschwindigkeit über das Mahlgut rollen. Dies gestattet eine Variation des Mahleffektes.

Die Ausführungsform nach Fig.5 eignet sich besonders zur Anwendung der Maschine als Kugelmühle. In diesem Fall werden Mahlkugeln von kleinem Durchmesser benutzt, die eine viel größere Anzahl von Punktberührungen ergeben als Mahlkugeln von größerem Durchmesser. Trotz ihrer Kleinheit und damit ihres relativ geringen Eigengewichtes wirken derartige Kugeln im vorliegenden Fall infolge der durch die Fliehkraft erzeug-

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ten Gewichtssteigerung wesentlich stärker als bei'Einsatz gleich großer Kugeln in einer normalen Schwerkraftkugelmiihle. Die Geschwindigkeit des Mahlkörper trägers muß in diesem Fall so abgestimmt sein, daß die Beanspruchung dem Baustoff der Kugeln angepaßt ist.

Pig.7 erläutert die erwähnte exzentrische Anordnung des Mahlkörperträgers 5 zur Achse A des Mahlbehälters 1. Die Exzentizität ist hier der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt, sie beträgt in Wirklichkeit etwa 5 mm, so daß die Differenz der Weglängen 1 bis 6 %-ergibt.

Fig.7 erläutert ferner den ringförmigen Aufbau von Mahlkörpern in der Weise, daß die Nabe 3a mit einer Schicht 3b aus elastischem Material, z.B. Hartgummi, überzogen ist, auf die dicht ,anliegend ein Mahlring 3c aus hoch verschleißfestem Material aufgebracht ist, um die übertragung von im Mahlring auftretenden Vibrationen auf die Welle 13a zu dämpfen. Ferner sind die Schwingarme 32 nach Art einer Deichsel 32' über die Drehachse 33a hinaus verlängert. An dem radialen Arm 30 ist starr eine Strebe 52 angebracht, die in einer Gabel oder einem Langlochstück 53 endet. In dem Schlitz dieser Gabel bzw. in dem Langloch ist die Deichsel 32' geführt. Eine die Deichsel 32' mit der aus Fig.l ersichtlichen Achserweiterung A' verbindende Zugfeder 54 sorgt dafür, daß z.B. im Falle einer Stromunterbrechung oder einer sonstigen Störung der Mahlkörper nicht derart gegen die Mahlgutbahn gepreßt wird, daß eine starke Schubwirkung

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auftritt. Die Federn 54 sind hier nur schematisch dargestellt ; sie können jedoch auch in einer Ausführungsform mit einsteilbarer Federkraft ausgeführt werden, um so den Preßdruck der Mahlkörper entsprechend den Bedingungen verschiedener zu vermählender Materialien anpassen zu können.

Fig.8 zeigt eine Mühle gemäß der Erfindung, bei der der Behälter 1 und der Mahlkörperträger A¹ im selben Drehsinn rotieren, wobei der Behälter vorzugsweise mit voreilender Drehzahl rotiert. Bei dieser Ausführungsform ist die Achse A¹¹ durch den Behälter und die Haube-4' hindurchgeführt und mit ihrem oberen Ende in einem auf den Rahmen R aufgesetzten Gestell T gelagert. Zur Abdichtung der Haube 4¹ gegenüber dem Mahlbehälter I¹ liegt eine elastische Lippe 55 auf einem an der Oberseite des Behälters befestigten Ringwulst 56 auf und wird durch einen mit Druckluft gefüllten Schlauch 57, der sich an dem Ring 58 abstützt, elastisch gegen den Wulst 56 gedrückt. Diese Abdichtung eignet sich besonders, wenn der Mahlvorgang unter vermindertem Druck oder in einer Atmosphäre eines Tiefkühlgases abläuft.

Bei Gleichlaufbetrieb mit voreilender Drehzahl des Behälters hat der Behälter I¹ das Bestreben, die stark angepreßten Mahlkörper 3 mitzuziehen. In diesem Fall wirkt der Antrieb des Mahlkörperträgers A¹ als Bremse. Die gesamte Antriebsenergie fließt über den Behälterantrieb S¹ in die Maschine und wird dann zu einem Teil über die Mahlgutschicht auf die Mahlkörper 3 übertragen, so daß der Antriebsmotor

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des Mahlkörperträgers als bremsender Asynchrongenerator arbeitet. Ein Teil der zugeführten Energie fließt deshalb in das Stromnetz zurück. Wie in der Zeichnung angedeutet, kann dieser Mahlvorgang noch mit größerer Energieersparnis durchgeführt werden, wenn für den gesamten Antrieb der Maschine ein Elektromotor 59 mit zwei Wellenenden 60 und 61 verwendet wird. Das Wellenende 60 treibt, wie bei der Aus-• führungsform nach Fig.l, den Mahlbehälter 1 an, während das zweite Wellenende 21 über das Keilriemenrad S¹ mit dem Mahlkörperträger A¹ verbunden ist und als Bremse wirkt. Die über den Mahlkörperträger A¹ austretende Energie wird wiederum derselben Motorwelle zugeführt, so daß sich eine Umwandlung in elektrische Energie erübrigt.

In Fig.8 ist ferner eine Austragrinne 62 für das Feingut gezeigt, die in eine am Mahlkörperträger A¹ befestigte und infolgedessen mit diesem umlaufende Haube 63 mit nach unten gerichteter Öffnung übergeht. Die Haube 63 durchsetzt eine kreisförmige öffnung im Boden des Behälters I¹ und mündet mit ihrem Ende in einem die Achse A¹' umschließenden feststehenden Trichter 64, in den das gemahlene Feingut ausgetragen wird. Eine derartige Austragrinne kann auch bei der Ausführungsform der Maschine nach Fig.l bis 3 eingebaut sein, was in Fig.2 angedeutet ist.

Zur Unterstützung der Luftumwälzung können schließlich auf den Stirnflächen der Mahlkörper 3 nicht dargestellte Ventilationsrippen aufgesetzt sein, damit sich der im Mahlraum

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erzeugte Luftstrom noch stärker mit fein gemahlenem Gut beladen kann.

Nachstehend werden die wesentlichen Daten einer erprobten Maschine gemäß der Erfindung mitgeteilt, jedoch ist zu beachten, daß diese Daten nicht im beschränkenden Sinne zu verstehen sind, denn die Drehzahl und das Drehzahlverhältnis zwischen Behälter und Mahlkörpern lassen sich je nach den Mahlbedingungen weitgehend verändern. Alle nachstehend genannten Werte beziehen sich auf Gegenlauf zwischen Behälter und Mahlkörpern. Bei Gleichlauf kann die Relativgeschwindigkeit stark reduziert werden, während der Anpreßdruck auf der Höhe des Gegenlaufes gehalten wird.

Tellerdurchmesser Tellertiefe
Mahlkörperdurchme s s er Mahlkörperhöhe je 2 Stück ä Mahlkörpergewicht 2 χ 55 = Drehzahl-Behälter Drehzahl-Mahlkörperträger Drehzahl-Mahlringe

1400 mm
500 mm
300 mm
100 mm
110 kg

etwa 100 - 400 U/min etwa 100 - 400 _u/min bei 100 U/min =933 bei 400 ü/min =3732 1500 ü/min 90 kW 1500 U/min 90 kW

Antriebmotor-Behälter Antriebmotor-Mahlkörperträger

Fliehkraftanpressung pro Mahlkörper, bestehend aus je 2 Rollen, beträgt bei der Drehzahl 100 für Mahlkörperträger= kg 740 bei der Drehzahl 400 für Mahlkörperträger= kg 12000

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Umfangsgeschwindigkeit

Behälter . bei 100 U/min = 7,3 m/sek

bei 400 U/min = 29,O m/sek

Umfangsgeschwindigkeit

Mahlkörperträger bei 100 U/min = 5,5 m/sek

bei 400 U/min = 22,0 m/sek

Umfangeschwindigkeit

Mahlkörperrollen bei 100 U/min.= 14,6 m/sek

bei 400 U/min =, 58,5 m/sek

Überrollungszahl aller Punkte auf der Mahlfläche de_%s Behälters

bei 100 U/min 800 pro Minute = 13 pro Sekunde
bei 400 U/min 3200 pro Minute = 53 pro Sekunde.

Aus diesen Zahlen resultieren sehr beachtliche Durchschnittsleistungen. Sie vermitteln jedoch nur einige Anhaltspunkte.

Die Erfindung ist für den Bau kleiner, mittlerer und großer Mühlen gleich gut geeignet, denn mit relativ geringem Gewicht und Aufwand an Baumaterial sowie Raumbedarf werden hohe Durchsatzleistungen erzielt.

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Claims

- 27 Patentansprüche

1.) Mit überkritischer Drahzahl arbeitende Mühle, bei welcher in einem einschließlich des Mahlgutes mit überkritischer Drehzahl um seine Achse umlaufenden Mahlbehälter Mahlkörper auf dem Mahlgut abrollen, die in radialem Abstand an einem Mahlkörperhalter gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Rotationskörper ausgebildeter Mahlbehälter um eine etwa parallel zu seiner Rotationsachse verlaufende Achse mit überkritischer Drehzahl antreibbar gelagert ist, und daß jeder diese Mahlbehälterachse in überkritischer Drehzahl umkreisende Mahlkörper in einem Schlepparm drehbar gelagert ist, welcher um eine zur Drehachse des Mahlbehälters im wesentlichen parallele Achse schwenkbar an einem um die Mahlbehälterachse antreibbar umlaufenden Träger gelagert ist, wobei Mittel zur Steuerung der Differenz zwischen Umkreisungsdrehzahl der Mahlkörper und Drehzahl des Mahlbehälters um die Mahlbehälterachse vorhanden sind.

2.) Mühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der Schlepparme sich in einem kleineren Abstand von der Mahlbahn befinden als der Mahlkörperdurchmesser.

3.) Mühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mahlkörper gleicher Konfiguration zu gegenüberliegenden Mahl-

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körperpaaren beziehungsweise Mahlkörpersystempaaren vereinigt sind und daß zwischen diesen Paaren Konfigurationsunterschiede bestehen.

4.) Mühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige Mahlkörper unrund oder unwuchtig sind.

5;) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen von Mahlbehälter und Mahlkörpern in einem Bereich liegen, in welchem die Fliehkräfte im Mahlgutbereich und an den Mahlkörpern ein Vielfaches ihres Gewichtes, vorzugsweise einen das 2O-bis mehrere Hundertfache übersteigenden Betrag erreichen.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige Mahlkörper auf einer zur Mahlbehälterachse geneigten Achse angeordnet sind.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Paare von scheibenförmigen Mahlkörpern von vorzugsweise kegelförmigem Querschnitt und zwischen den Mahlkörperscheiben angeordnete Mahlkugeln.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Mahlbehälter und/oder mit den Mahlkörpern umlaufend Luftleitscheuafeln oder dergleichen angebracht sind.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Gleichlaufes von Mahlbehälter und Mahlkörper-

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träger der Mahlbehälter höhere Drehzahl besitzt derart, daß Antriebsenergie von dem Mahlbehälter durch die Mahlgutschicht auf die Mahlkörper und von diesen auf den Antrieb des Mahlkörperträgers fließt.

10.) Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen einzigen Antriebsmotor mit zwei Wellenehden, von denen das eine Wellenende den Behälter antreibt, während das zweite Wellenende mit dem als Bremse wirkenden Mahlkörperträger verbunden ist.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Begrenzung der Bewegung der Mahlkörper nach auswärts durch einen mechanischen Anschlag oder ein elastisches Mittel.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Auswärtsbewegung der Mahlkörper begrenzende Feder mit einstellbarer Federkraft ausgebildet ist.

13.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Mahlkörperträgers exzentrisch zur Drehachse des Mahlbehälters angeordnet ist.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Mahlkörperträger rotierende Austrageinrichtung für das erzeugte Feingut.

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15.) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrageinrichtung aus einer im wesentlichen radialen Austragrinne besteht, deren Abgabeöffnung mit einem die Behälterachse umgebenden stationären Trichter zusammenwirkt,

16.) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragvorrichtung aus einer Schnecke mit biegsamer Welle besteht, deren Gehäuse am Mahlkörperträger befestigt ist und sich durch ein Loch im Behälterboden nahe dessen Achse erstreckt und deren Antrieb, z.B. durch ein Reibrad, von einem feststehenden Teil der Behälterachse abgeleitet wird.

17.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper aus mehreren Ringen derart aufgebaut sind, daß auf ihrer Nabe mindestens eine Schicht aus elastischem Material und darüber ein Mahlring aus hoch verschleißfestem Material aufgebracht ist.

18.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper aus Paaren von Mahlwalzen bestehen, deren Mahlwalzen zu beiden Seiten der Mitte ihrer als Welle ausgebildeten Achse starr montiert sind und die Welle mit ihrem mittleren Teil im zugehörigen Schlepparm drehbar gelagert ist.

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