DE3716295A1 - Spalt-kugelmuehle zum kontinuierlichen feinzerkleinern, insbesondere aufschliessen von mikroorganismen und dispergieren von feststoffen in fluessigkeit - Google Patents
Spalt-kugelmuehle zum kontinuierlichen feinzerkleinern, insbesondere aufschliessen von mikroorganismen und dispergieren von feststoffen in fluessigkeitInfo
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Description
Kugelmühlen dieser Art sind in verschiedener Ausführung be
kannt. Mit dem Begriff "Kugeln" sollen nicht ausschließlich
die bevorzugten exakt sphärisch gestalteten Mahlkörper ver
standen werden, sondern grundsätzlich alle Mahlkörper ähnli
cher Konfiguration, die geeignet sind, durch Abwälzen anein
ander und an den Begrenzungsflächen des Mahlraumes eine Zer
kleinerung der Festkörperteilchen des Mahlgutes zu bewirken.
In der Regel werden feingeschliffene Kugeln aus hartem ver
schleißfesten Stahl, Hartmetall, Glas oder Keramik einge
setzt, es kommen aber auch Mahlkörper aus anderen Werkstof
fen zum Einsatz. Früher hat man Sandkörner verwendet, die
sich oft erst beim Vormahlvorgang hinreichend abwälzbar ge
stalten ließen.
Durch die DE-PS 28 11 899 ist bereits eine für kontinuier
lichen Betrieb eingerichtete Spalt-Kugelmühle bekannt, bei
der ein die Mühlenachse mit radialem Abstand umgebender im
Querschnitt keilförmiger Verdrängungskörper des Rotors in
einen ebenso geformten Mahlraum des Stators eingreift. Das
Mahlgut umläuft dabei den ganzen an einer Rotorscheibe ange
brachten Verdrängungskörper in einer langdauernden Beschleu
nigungsphase um die Keilnase herum und wird um den halben
Umlaufradius zum Auslaß nach innen geführt.
Die grundsätzlich gleichsinnig mit dem Mahlgut umlaufenden
Mahlkörper werden jedoch vor dem Auslaß durch eine Trennvor
richtung ausgesondert und durch einen schräg nach außen
durch die Rotorscheibe hindurchgeführten Kugelrückführkanal
unter Fliehkraftwirkung in den Einlaßbereich des Mahlgutes
zurückgefördert, von wo sie erneut auf ihre geschlosssene
Umlaufbahn gelangen.
Auf diese Weise wird große Energiedichte auf kleiner Fläche
bzw. auf kleinem Raum konzentriert, was hohe Mahlleistung
bei kleinen Mühlenabmessungen und geringem Herstellungsauf
wand ermöglicht. Dabei erfordert jedoch die Ausbildung der
Trennvorrichtung und der Kugelrückführeinrichtung besondere
Sorgfalt, wenn es vor dem Auslaß nicht zu einem Kugelstau
kommen soll. Zudem sind dort die zusammenwirkenden Teile wie
Rotor und Stator einstückig ausgeführt und können nur als
Ganzes ausgewechselt bzw. zur Reparatur gegeben werden.
Es gibt zwar andere bekannte Ausführungen, insbesondere bei
Ringspaltmühlen, wobei mahlaktive Teile auswechselbar vorge
sehen sind, wie etwa nach der DE-PS 35 26 724, aber dies
führt vor allem bei schnellaufenden Mühlen zu besonderen
Problemen beim Wechselvorgang und bei der Halterung der aus
wechselbaren Mühlenelemente. Auf diese Weise können zwar
auch mehrstufige und ggf. unterschiedliche Mahlvorgänge hin
tereinandergeschaltet werden, und es sind Rotor- und Stator
scheiben mit axialen Durchbrechungen vorgesehen. Bei großem
Gutdurchsatz müssen aber sämtliche umzuwälzende Mahlkörper
von einer einzigen Trennvorrichtung angehalten werden. Die
große Anzahl der Mahlkörper kann dadurch leicht kompaktiert
werden und die Mühle blockieren.
Die Erfindung geht aus von der eingangs definierten Spalt-
Kugelmühle und verfolgt die Aufgabe, diese Mühle, vornehm
lich zum Aufschließen von Mikroorganismen, auf möglichst
einfache Weise so weiterzubilden, daß sie ohne die Gefahr
einer Kugelstaubildung für vielseitige Aufgaben eingesetzt
werden kann und sich leicht instandhalten läßt, also mit
geringen Stillstandszeiten auskommt.
Eine Spalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinzerkleinern,
insbesondere zum Aufschließen von Mikroorganismen und Dis
pergieren von Feststoffen in Flüssigkeit weist erfindungs
gemäß die nachstehenden Merkmale auf:
- a) in einem Mühlengehäuse sind Statorscheiben leicht aus wechselbar mit ihrem Außenrand festgelegt und
- b) einander wenigstens paarweise so zugeordnet und ange paßt, daß sie zwischen sich eine von der Mühlenachse etwa radial erstreckte Statoreinheit mit einer rota tionssymmetrischen Mahlraumeinheit bilden.
- c) Zentrisch durch die Statoreinheit ist eine an einen Drehantrieb angeschlossene Mühlenwelle erstreckt und wenigstens mittelbar an einem Ende im Mühlengehäuse gelagert.
- d) Die Mühlenwelle trägt mindestens eine leicht auswech selbare Rotorscheibe, die mit zwei Statorscheiben in der Mahlraumeinheit einen rotationssymetrischen Mahl spalt bildet und
- e) sich von der Mühlenachse aus allseits etwa radial er streckt und im Axialschnitt eine nach außen hin ge schlossene Spaltschleife bildet,
- f) die durch vorzugsweise wenigstens zwei Kugelrück führkanäle, die sich als Zentrifugal-Leitelemente von der Mühlenachse weg nach radial/außen erstrecken, kurzgeschlossen ist.
Hier sind zunächst alle für den Mahlvorgang wesentlichen
Teile, insbesondere die Statorscheiben und die Rotorschei
ben, als Ganzes leicht auswechselbar vorgesehen. Dies min
dert nicht nur die Verlustzeiten bei Ausbesserungen, sondern
ermöglicht auch den gezielten Einsatz besonderer Werkstoffe
nach den örtlich auftretenden Beanspruchungen, was sich
trotz der Verwendung teurer Werkstoffe an einzelnen Stellen,
evtl. in Form dünner Oberflächenschichten, als preisgünstig
erweist. Vor allem aber wird ein Kugelumlaufbereich in den
mittleren Teil der Mahleinheit verlegt und damit die Mahl
körper mit Abstand vom Auslaß der Einheit gehalten. Dort
wird sicherheitshalber auch wieder eine Art Trenneinrichtung
in Form eines Reibspaltes oder dergleichen vorgesehen, aber
es ist vermieden, daß sich die Masse der Mahlkörper vor
einer solchen Trenneinrichtung ansammeln und damit sich in
der Mühle kompaktieren kann.
Die Gestaltung aus einzelnen, teils identischen, teils ein
zeln oder in Gruppen auswechselbaren Bauelementen innerhalb
einer Mahleinheit hat ferner den Vorteil, daß sich ohne wei
teres eine nahezu beliebige Anzahl einzelner Mahleinheiten
aneinanderfügen lassen, was lediglich unterschiedliche, ggf.
wieder aus Einheitselementen zusammengesetzte Mühlengehäuse
mit Antriebswellen erfordert. Im Prinzip kann man auch in
einem größeren Gehäuse nach Bedarf eine oder mehrere Mahl
einheiten betreiben, die jeweils ihren eigenen geschlossenen
Mahlkörperumlauf besitzen. Die einzelnen Mahlstufen lassen
sich daher mit unterschiedlich großen Mahlkörpern beschicken,
etwa dergestalt, daß in der ersten Mahleinheit mit größeren
Mahlkörpern, in den nächstfolgenden Mahleinheiten jeweils mit
stufenweise dünneren Mahlkörpern gearbeitet wird. Dies wie
derum ermöglicht eine Steigerung der Intensität und Gleich
mäßigkeit der Zerkleinerungsvorgänge, eine wenigstens im
Mittel gesteigerte Energiedichte und dadurch bei verringer
tem Mühlenvolumen höhere Leistung.
Das aber läßt sich ohne weiteres erreichen, wenn man nur
dafür sorgt, daß durch Gestaltung der unterschiedlichen
Strömungswege von Mahlkörpern und Mahlgut an der Trennstelle
entsprechend differenzierte und unterschiedlich gerichtete
Kräfte zur Einwirkung kommen, wobei die Aussonderung der
Mahlkörper vornehmlich durch entsprechend erhöhte Flieh
kräfte bewirkt wird und der Ablenkwinkel so groß ist, daß
das Mahlgut, Trägheit und Druckgefälle folgend, auf der
vorgegebenen Bahn weiterströmt. Besser ist es noch, die
Mahlkörper der einzelnen Mahleinheiten durch mechanische
Trenneinrichtungen wie Reibspalte zu separieren.
Die Ausgestaltung ist zudem noch verhältnismäßig einfach,
da es vornehmlich um Rotationsformen an Statorscheiben und
Rotorscheiben geht, was durch herkömmliche Fertigungsmetho
den preisgünstig bewerkstelligt werden kann. Dabei lassen
sich die Strömungswege auf kleinstem Raum verhältnismäßig
lang und daher die Einwirkungszeit verhältnismäßig groß
gestalten.
Zudem können vor allem die Rotorscheiben verhältnismäßig
großen Querschnitt mit entsprechender Dicke erhalten, was
auch bei biege- und zugempfindlichem Werkstoff wie Keramik
die Bruchfestigkeit steigert.
Die erfindungsgemäße Spalt-Kugelmühle eignet sich vorzüglich
zum Aufschließen von Mikroorganismen bzw. Mikroben, deren
Auswertung besondere Bedeutung für die Biotechnik zukommt.
Solche Mikroben bestehen aus einer kapselartigen Zelle mit
einer Zellflüssigkeit, die einen arteigenen Wirkstoff auf
weist, der möglichst vollständig gewonnen werden sollte. Zur
mechanischen Gewinnung ist bereits die Naßvermahlung in
Rührwerkskugelmühlen vorgeschlagen worden. Die dort erzielte
Ausbeute ist jedoch noch begrenzt. Dabei ist der Gewinnungs
anteil maßgeblich bestimmt durch den beim Mahlvorgang ange
wendeten Druck. Wegen der gummiartigen Elastizität der Zell
wand bleibt die Zelle bei zu geringem Druck unter elasti
scher Verformung intakt. Bei zu hohem Druck werden Zell
wand, Zellflüssigkeit und Wirkstoff oft so stark ineinan
der verarbeitet, so daß die später durchzuführende Tren
nung erschwert wird. Bei der erfindungsgemäßen Spalt-
Kugelmühle läßt sich jedoch der aufzuwendende Druck weit
gehend vorausbestimmen und ggf. einstellen, um optimale
Aufschluß- und Gewinnungsverhältnisse zu erzielen.
Gerade für die Biotechnik ist aber auch die Möglichkeit ei
ner intensiven Sterilisierung der mit dem Mahlgut in Berüh
rung kommenden Flächen von erheblicher Bedeutung. Beim Er
findungsgegenstand wird sehr weitgehend mit großen glatten
Flächen gearbeitet, die keine scharfkantigen Teile, Winkel
ecken, Nuten oder dergleichen aufweisen, welche die Bildung
von Verunreinigungsnestern zulassen. Diese Flächen lassen
sich daher leicht und gründlich sterilisieren.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in
den Unteransprüchen festgehalten und sollen jetzt anhand der
Zeichnung ausführlicher erläutert werden.
Die Zeichnung gibt eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Spalt-Kugelmühle und
Fig. 2 eine Ansicht einer Rotorscheibe von links in
Fig. 1 gesehen.
Die dargestellte Spalt-Kugelmühle besteht im wesentlichen
aus einem Mühlengehäuse (1), das drei Mahleinheiten (2) aus
einem mehrteiligen Stator (3) und einem ebenfalls mehrteili
gen Rotor (4) aufnimmt, der die Mühlenachse (5) umläuft und
von einem insbesondere regelbaren Elektromotor (6) angetrie
ben wird.
Dieser Motor (6) ist am ortsfest angebrachten Mühlengehäuse
(1) angeflanscht. Der Motorzapfen (7) greift dabei drehfest
mit Keil (8) in die am linken Ende in Fig. 1 angebrachte
Bohrung (9) der Rotorwelle (10). Deren anderes Ende sitzt
mit einem Zapfenlager (11) in einem Außendeckel (12), der
das topfartige Mühlengehäuse (1) abschließt und den Gutaus
laß (13) aufnimmt.
Jede der drei Mahleinheiten (2) umfaßt eine Statoreinheit
(16) mit einer ersten Statorscheibe (17) und einer zweiten
Statorscheibe (18). Diese bilden jeweils zwischen sich eine
Mahlraumeinheit (19), in der eine als Reibscheibe ausgebil
dete Rotorscheibe (20) umläuft.
Die einzelnen Rotorscheiben (20) des Mehrstufen-Rotors (4)
sitzen mit ihren Naben (21), durch Abstandsbuchsen (23)
getrennt, hintereinander auf der Rotorwelle (10) zwischen
deren Schulter (24) und der zum Zapfenlager (11) hin aufge
schraubten Mutter (25). Die Abstandsbuchsen (23) können
grundsätzlich gleiche Länge haben, werden aber vorzugsweise
in leicht abweichenden Längen vorrätig gehalten, um die Lage
der Rotorscheiben (20) exakt festlegen zu können.
Zur Drehmomentübertragung dienen einzelne, auf die Länge der
Naben (21) abgestimmte zylindrische Polygonprofil-Mitnahme
bolzen (26), die in einer durchgehenden längslaufenden, an
nähernd halbzylindrischen Nut (27) der Rotorwelle (10) sit
zen. Die ersten Statorscheiben (17) haben einen mittleren,
kegelförmigen Teil (171) mit einer Neigung von 60° zur Müh
lenachse (5). Innen schließt sich ein S-förmiger Teil (171)
an und außen ein angenähert zylindrischer Teilflansch (173).
Jede zweite Statorscheibe (18) hat dagegen einen inneren,
etwa ebenen Teil (181) mit einem äußeren kegelförmigen Teil
(182), dessen Mantellinie mit der Mühlenachse (8) wiederum
einen Winkel von 60° einschließt. Sie enden jeweils innen
und außen in Radialflächen und sind dort gegeneinander und
gegenüber dem Mühlengehäuse (1) durch Dichtungsringe (33, 34)
und Auflageringe (35) abgedichtet, wobei vor allem die
letzteren für eine nachgiebige und dämpfende Stützwirkung
sorgen.
Jede Rotorscheibe (20) erweitert sich von ihrer Nabe (21)
aus zunächst mittels eines etwa ebenen Zwischenteiles (22)
zu einem äußeren Kegelring (28), der weitgehend in der Mitte
der Mahlraumeinheit (19) zwischen kegelförmigen Teilen
(171, 182) der beiden Statorscheiben (17, 18) zu liegen kommt,
wodurch rings um die ganze Rotorscheibe (20) ein etwa gleich
breiter Mahlspalt (36) geformt wird, der eine nach radial
außen geschlossene Spaltschleife (37) um den Kegelring (28)
bildet. Die Spaltschleife (37) steht über etwa radial ver
laufende Verbindungsspalte (38, 39) mit Anschlußspalten
(40, 41) und dadurch mit den radialen Endflächen (42) der
durch die Statorscheiben (17, 18) gebildeten Statoren der
einzelnen Mahleinheiten (2) in Verbindung.
Dicht an der Innenfläche (46) des Kegelringes (28) sind die
oberen Enden der Verbindungsspalte (38, 39), jeweils durch
wenigstens zwei Kugelrückführkanäle (47) verbunden, die
ebenfalls um etwa 60° zur Rotorachse (8) geneigt sein können
bzw. nach Fig. 2 spiralförmig verlaufen. Dadurch werden auf
schwere Partikel, insbesondere auf die Mahlkörper (48),
größere Fliehkräfte ausgeübt als auf die unter Pumpendruck
weitergeförderten Festkörperteilchen des Mahlgutes. Um
diesen Effekt zu vergrößern, werden die Mahlkörper (48)
vorzugsweise aus Keramik gefertigt. Sie können aber auch aus
spezifisch besonders schwerem Gestein bestehen. Auf diese
Weise läßt sich erreichen, daß die Mahlkörper, wie dies in
der mittleren Mahleinheit in den Fig. 1 und la gezeigt
ist, auf einer durch wenigstens zwei Kugelrückführkanäle
(47) geschlossenen räumlichen Ringbahn rotieren, also in der
jeweiligen Mahleinheit verbleiben.
Der Trennvorgang kann ferner dadurch beeinflußt werden, daß
man einen Winkel verändert, etwa die Neigung des Zwischen
spaltes (49) der inneren Randfläche des Kegelringes (28).
Die Mahlkörper (48) können auch in jede Mahleinheit geson
dert durch ein Füllrohr (51) eingefüllt werden, das in einer
Haltebuchse (52) im Mühlengehäuse (1) und unmittelbar in
einer Bohrung (53) des die Schleife (37) überdeckenden
Ringflansches (173) sitzt. Normalerweise ist das Füllrohr
(51) durch einen Stopfen (54) verschlossen, der durch eine
aufgeschraubte Überwurfmutter (55) gehalten wird. Anstelle
des Stopfens (54) kann auch ein Meßtaster oder ein Meßgerät
(56), etwa für Druck, Temperatur, Viskosität oder dgl. des
Mahlgutes ein- bzw. aufgesetzt werden.
Der Guteinlaß (13) ist ebenso wie der Gutauslaß (14) gegen
über dem benachbarten Mahlspalt durch einen Reibspaltring
(57) abgeschlossen, der zwischen dem Gehäusesteg (59) bzw.
dem Außendeckel (12) und der dort jeweils vorhandenen Ab
standsbuchse (23) eingefügt ist. Die dadurch gebildeten,
sich nach außen erweiternden Reibspalte (58) dienen zur
Sicherung gegen den Verlust von Mahlkörpern, die aus
irgendeinem Grund, z.B. beim Anfahren, ihre Umlaufbahn in
der Spaltschleife (37) verlassen haben. Sei einem zwischen
zeitigen Stillstand der Mühle sammeln sich solche Mahlkörper
unten in der Spaltschleife (37) und werden beim Anlauf
wieder nach außen geschleudert und dadurch in der Mahl
schleife verteilt.
Zwischen benachbarten Statoren (17, 18) können Distanzringe
(61) eingeschaltet werden, um die axialen Abstände zwischen
den Statoren, aber auch zwischen Stator- und Rotorscheiben
beeinflussen zu können. Abweichend von der dargestellten
Ausführung mit Distanzringen und dgl. können auch Vorrich
tungen zum kontinuierlichen Verstellen mittels Druck
schrauben oder dgl. zum Einsatz kommen. Beispielsweise
lassen sich auch die Schrauben (62) am Außendeckel (12) für
solche Einstellvorgänge heranziehen.
An den Längsenden der Mühle sind außen Kühlräume (64, 65)
vorgesehen, zwischen benachbarten Mahleinheiten (2) eben
falls ringförmige Kühlräume (64). Diese stehen einzeln mit
Mantel-Kühlräumen (85) in Verbindung, die jeweils zwischen
dem Mantel des Mühlengehäuses (1) und dem Ringflansch (172)
der zugehörigen ersten Statorscheibe (17) eingeformt sind.
In den Distanzringen (61) sind dabei etwa radiale Durch
brechungen zum Anschluß der Mantel-Kühlräume (85) an den
Kühlmittelkreislauf angebracht. Anstelle eines Kühlmittels
kann auch ein anderes Wärmeträgermedium, etwa zum Aufheizen
oder zum wahlweisen Kühlen und/oder Heizen verwendet werden.
Alle Kühlräume sind dabei z.B. über zwei unter 180° zur
Mühlenachse (5) versetzte Rohrverzweiger (66) an eine Kälte
und/oder Wärmequelle angeschlossen, um die Betriebstempera
tur beim Mahlvorgang nach Bedarf einstellen zu können.
Statorscheiben (17, 18) und Rotorscheiben (20) bestehen aus
gesintertem Keramikwerkstoff mit großer Temperaturbeständig
keit und Abriebfestigkeit. Die Druckfestigkeit dieser Werk
stoffe ist für die auftretenden Beanspruchungen hinreichend.
Um jedoch die insbesondere auch durch Fliehkräfte verursach
te Zugbeanspruchung zu kompensieren, können einerseits die
Rotorscheiben in an sich bekannter Weise als vorgespannte
Konstruktionselemente ausgeführt werden. Andererseits ist
der Druck der Kühlflüssigkeit wesentlich höher bemessen, als
dies bei vergleichbaren Kühlanlagen der Fall ist. Dadurch
werden die Statoren aus den Mantel-Kühlräumen (85) heraus
radial nach innen zusammengepreßt, um wenigstens die aus
Fliehkräften und dgl. herrührenden Ausdehnungs-Verformungen
zu kompensieren. Auch die Statorscheiben können in mecha
nischer Weise vorgespannt werden.
Um kleine Durchmesser zu erhalten, empfiehlt sich die Ver
wendung von zwei oder mehr, ggf. bis zu fünf oder mehr Mahl
einheiten. Dadurch ist eine relativ große Zahl identischer
Einzelelemente erforderlich, die eine Herstellung in größer
er Serie und damit eine Verbilligung auch bei komplizierter
Technik ermöglicht.
Vor Betriebsaufnahme sollten bei Bearbeitung von kontamina
tionsempfindlichem Gut, etwa für die Lebensmittel und Phar
maindustrie bzw. die Biotechnik, die Mahlräume bzw. Mahl
spalte und andere mit dem Mahlgut in Berührung kommende
Flächen ebenso wie die Kühl- bzw. Temperiermittel führenden
Räume weitgehend sterilisiert werden. Dies geschieht nach
den vorangehenden Reinigungsvorgängen vornehmlich dadurch,
daß Dampf mit einem Druck, der etwa 1 bar größer ist als der
übliche Mahldruck, durch diese Räume hindurchgeleitet wird,
wobei man die Temperatur ständig bis auf einen Maximalwert
von etwa 140°C steigert. Dieser Höchstwert wird für eine
bestimmte Zeit aufrechterhalten, die von verschiedenen
Betriebsfaktoren abhängig ist und zweckmäßigerweise durch
Versuche festgelegt wird.
Nach Anlaufen des Motors (6) wird Mahlgut kontinuierlich dem
Einlaß zugeführt und strömt durch den serpentinenartigen
Ringspalt von einer Mahleinheit zur nächsten, bis es aus dem
zweiten Reibspalt (58) zum Gutauslaß (14) gelangt, der durch
eine Gleitringdichtung (68) zum Motor hin abgeschlossen ist.
Die ggf. in verschiedenen Größen vorgesehenen Mahlkörper
werden noch im Stillstand der Mühle eingefüllt, sie haben in
der Regel einen Durchmesser von 0,3 bis 3 mm und werden
klassifiziert zugegeben, etwa in die rechte Mahleinheit mit
einem Durchmesser von 3 mm, in die mittlere mit 1,5 mm und
in die linke mit 0,8 mm. Beim Anlauf werden die Kugeln, die
sich zunächst am Boden der Spaltschleife (37) angesammelt
haben, auf den restlichen Teil der ringförmigen Spalt
schleife verteilt und zyklisch nach außen geschleudert und
durch die Fliehkräfte im Bereich der Mahlschleife konzen
triert. Statt eines einzigen Rückführkanals (47) sind zweck
mäßigerweise deren mehrere - nach Fig. 2 sechs - gleichmäßig
am Umfang verteilt vorgesehen, je nachdem, welche Umlauf
geschwindigkeit der Kugeln im Hinblick auf das verarbeitete
Gut angestrebt wird.
Beim Umlauf werden die Mahlkörper stets an der sich in Ver
längerung des Kugelrückführkanals anschließenden Innenfläche
(46) gegen den äußeren Kegelring (28) gepreßt, wobei eine
Art Hochleistungsmahlgang bewirkt wird, während beim Rück
lauf aus der Spaltschleife (37) zum Zwischenspalt (49) hin
sich die Anlagekräfte mindern und bei geringerer spezifisch
er Mahlleistung der Mahlvorgang vergleichmäßigt und vervoll
ständigt wird. Es werden also drei voneinander weitgehend
unabhängige und auch unterschiedliche Mahlzyklen durchlau
fen, bis das Mahlgut zum Auslaß (14) gelangt. Es lassen sich
daher hochfeine und besonders gleichmäßige Dispersionen in
verhältnismäßig kurzer Zeit erstellen.
Die dargestellte Ausführungsform kann in mancherlei Weise
abgewandelt werden, ohne daß der Erfindungsbereich verlassen
wird. So kann die Mahlspaltschleife (37) etwa der mit gera
den Mantellinien versehenen Kegelflächen durch konkav und/
oder konvex gewölbte Kegeltonnenflächen oder dgl. gebildet
werden, so daß die Schleife etwa eiförmigen oder ellipsen
förmigen Querschnitt erhält. Die Winkel der Mantellinie zur
Mühlenachse können gleich oder unterschiedlich gewählt sein,
und die Rotorscheiben können am ganzen Umfang einen Dreh
schluß mit der Rotorwelle bilden, etwa daß sie einen polygo
nalen Querschnitt, insbesondere dreieckförmig und mit abge
rundeten Ecken bzw. mit quer zur Rotorachse gewölbten Sei
tenflächen bilden.
Claims (24)
1. Spalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinzerkleinern,
insbesondere Aufschließen von Mikroorganismen und Dis
pergieren von Feststoffen in Flüssigkeit, mit folgenden
Merkmalen:
- a) In einem Mühlengehäuse (1) sind Statorscheiben (17, 18) leicht auswechselbar mit ihrem Außenrand festgelegt und
- b) einander wenigstens paarweise so zugeordnet und ange paßt, daß sie zwischen sich eine von der Mühlenachse (5) etwa radial erstreckte Statoreinheit (16) mit einer rotationssymmetrischen Mahlraumeinheit (19) bilden.
- c) Zentrisch durch die Mahlraumeinheit (19) ist eine an einen Drehantrieb angeschlossene Rotorwelle (10) er streckt und wenigstens mittelbar an einem Ende im Mühlengehäuse (1) gelagert.
- d) Die Rotorwelle (10) trägt mindestens eine leicht aus wechselbare Rotorscheibe, die mit zwei Statorscheiben (17, 18) in der Mahlraumeinheit (19) einen Mahlspalt (36) bildet und
- e) sich von der Mühlenachse (5) aus allseits etwa radial erstreckt und im Axialschnitt eine nach außen hin ge schlossene Spaltschleife (37) bildet,
- f) die durch vorzugsweise wenigstens zwei Kugelrückführ kanäle (47), die sich als Zentrifugal-Leitelemente von der Mühlenachse (5) weg nach radial/außen erstrecken, kurzgeschlossen sind.
2. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Mahleinheiten (2) aus jeweils einer Statorein
heit (16) und einer Rotorscheibe (20) längs der Mühlenachse
(5) aneinandergefügt sind und zwischen Guteinlaß (13) und
Gutauslaß (14) im Querschnitt einen als Mehrstufen-Serpen
tine geformten zusammenhängenden Mahlspalt (36) bildet.
3. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Statorscheiben (17, 18) mit ihrem Außenrand
im Mühlengehäuse (1) und die Rotorscheiben (20) mit ihrem
Innenrand auf der Rotorwelle (10) axial verspannt sind.
4. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
auf der Rotorwelle (10) zwischen den Rotorscheiben (20) ein
gefügte Abstandsbuchsen (26) zum Einstellen der Mahlspalt
weite (36).
5. Spalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Statorscheiben (17, 18) auf
wenigstens einer Seite jeweils von einem von Wärmetauscher
medium durchströmten Kühlraum (64, 65) begrenzt sind.
6. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein ringförmiger Mantel-Kühlraum (85) auch
zwischen der radialen Außenfläche des Stators (3) und der
lnnenfläche des Mühlengehäuses (1) gebildet ist.
7. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine Statorscheibe (17), insbesondere einstück
ig, mit einem äußeren Ringflansch (173) versehen ist, der
den ringförmigen Mantel-Kühlraum (85) innen begrenzt und
mittels wenigstens zweier Ringdichtungen (34) gegenüber
einer als Deckel für die Mahlraumeinheit (19) wirkenden
zweiten Statorscheibe (18) abgedichtet ist.
8. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Druck wenigstens in dem ringförmigen Man
tel-Kühlraum (85) um mindestens 1 bar größer ist als im
Mahlspalt (36), insbesondere 2 bis 3 bar beträgt.
9. Spalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß jeder Mahlspalt einer Mahleinheit
(2) dicht um die Mühlenwelle (10) zwei entgegengesetzt ge
richtete und jeweils in einer vornehmlich radialen Endfläche
(45) endende Anschlußspalte (40, 41) für nach radial außen
führende Verbindungsspalte (38, 39) aufweist, die zu der mit
Kugelrückführkanal (47) versehenen Mahlspaltschleife (37)
geführt sind.
10. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mahlspaltschleifen (37) im Querschnitt
langgestreckt und zur Mühlenachse (5) geneigt angeordnet
sind.
11. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die längeren Querschnittsteile der Spaltschleife
(37) durch wenigstens annähernd parallele, vorzugsweise
stumpfwinklige Kegelspalte gebildet sind.
12. Spalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelrückführkanäle (47) so
in die Spaltschleife eingefügt sind, daß die Mahlkörper (48)
wenigstens annähernd tangential in die nach außen gerichtete
Gutströmung eintreten, am Kanal-Eingang jedoch aus der nach
innen gerichteten Gutströmung scharf nach radial außen
zurückgeschleudert werden.
13. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kugelrückführkanal (47) jeweils in der
Verlängerung einer Mantelfläche eines inneren Spaltab
schnittes angeordnet, vorzugsweise nach Art eines Schleuder
pumpenkanals spiralenförmig gekrümmt ist.
14. Spalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß der Kugelrückführkanal (47) mit
der Mühlenachse (5) jeweils einen Winkel von 50° bis 67°,
insbesondere 60° bis 62° bildet und an der Umlenkstelle des
kurzen inneren Schleifenteils (Zwischenspalt (49)) in den
zugehörigen etwa radialen Verbindungsspalt (38, 39) übergeht.
15. Spalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß zum Rückhalten der Mahlkörper (48)
an Guteinlaß (13) und Gutauslaß (14) abschließend einen
Reibspalt (58) bildende Reibspaltringe (57) angeordnet sind.
16. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß Rückhalteeinrichtungen für Mahlkörper (48),
insbesondere Reibspaltringe (57), auch zwischen benachbarten
Mahleinheiten (2) im Mahlspalt (36) vorgesehen sind.
17. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 4 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abstandsbuchsen (23) gegeneinander
und gegenüber der Rotorwelle (10) abgedichtet sind.
18. Spalt-Kugelmühle nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mahlraumeinheit (2)
ein durch den Mantel-Kühlraum (85) abgedichtet hindurchge
führter Kugeleinfüllkanal zugeordnet ist.
19. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich
net, daß der Kugeleinfüllkanal ein Füllrohr (51) aufweist,
das auswechselbar in einer gegenüber dem Mühlengehäuse (1)
und dem Ringflansch (172) abgedichteten Einsatzbuchse (52)
sitzt.
20. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 18 oder 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Füllrohr (51) durch einen Stopfen (54)
verschließbar ist und statt diesem wahlweise einen Meßtaster
(60) für Betriebswerte wie zum Beispiel Druck, Temperatur
oder dgl. aufnimmt.
21. Spalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da
durch gekennzeichnet, daß wenigstens die als Reibscheibe
dienende Rotorscheibe (20), insbesondere auch die Stator
scheiben (17, 18), aus Sinterwerkstoff besteht bzw. bestehen.
22. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich
net, daß wenigstens die Rotorscheibe (20) aus Keramikwerk
stoff mit abriebfestem Kornmaterial besteht.
23. Spalt-Kugelmühle nach Anspruch 21 oder 22, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rotorscheiben (20) mit einer unrunden
kantenfreien Durchbrechung auf der ebenso unrunden Rotor
welle (10) sitzen.
24. Spaltkugelmühle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich
net, daß der Eingriffsquerschnitt zwischen Rotorscheiben
(20) und Rotorwelle (10) auf der Grundform eines Vielecks,
insbesondere eines Dreiecks aufgebaut ist.
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