DE4332977A1 - Reib-Mühle und deren Verwendung - Google Patents
Reib-Mühle und deren VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Reib-Mühle nach dem Oberbegriff des Anspru
ches 1 und deren Verwendung nach Anspruch 11.
Aus der DE-AS 11 76 614 ist eine Mischturbine mit einem mit Flügeln ver
sehenen Rotor bekannt, die von einem als Stator dienenden Leitring in
gleicher Höhe umgeben ist. Der Leitring weist fensterartige Öffnungen auf,
durch die zumindest ein Teil des Mischgutes radial ausgeschleudert wird.
Um die Überdeckung der Flügel mit den fensterartigen Öffnungen verän
dern zu können, sind das Flügelrad und der Leitring relativ zueinander
axial verstellbar.
Aus der EP 0 200 003 A1 (entsprechend US-Patent 4 848 919) ist eine
Stiftmühle bekannt, die in einem Mischer einsetzbar ist. Der Rotor ist mit
Flügeln versehen, die innerhalb eines Stators drehantreibbar angeordnet
sind. Der Stator ist mit Stiften versehen, zwischen denen und den radial
äußeren Enden der Flügel Scherspalte gebildet sind.
Aus der DE 40 28 108 C1 ist eine Stiftmühle für Mischer bekannt, die
einen im wesentlichen aus Flügeln bestehenden Rotor aufweist, die inner
halb eines ringförmigen Stators angeordnet sind. Der Rotor und der Stator
weisen jeweils am Umfang verteilte Zähne auf, die bei der Drehung des
Rotors kämmend ineinandergreifen.
Die vorstehend erwähnten Mühlen dienen insbesondere zur definierten Ver
teilung von viskosen, also fließfähigen Materialien auf Mischgütern. Sie
dienen gleichzeitig dazu, Mischgutagglomerate wieder zu zerteilen. Die
vorgenannten Zwecke werden in zahlreichen Anwendungsfällen zufrieden
stellend erreicht; für extrem empfindliches Mischgut, insbesondere bei
entsprechender Flüssigkeitsverteilung werden diese Effekte aber nicht
zufriedenstellend erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reib-Mühle der gattungs
gemäßen Art so auszugestalten, daß auch unter extremen Bedingungen eine
hervorragende Misch- und Desagglomerier-Wirkung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Reibmühle nach dem Oberbegriff des Anspru
ches 1 mit den Merkmalen im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst.
Durch die kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Reibfläche wird erreicht,
daß die Reibfläche von der Mischgut-Eintrittsseite bis zur Mischgut-Aus
trittsseite eine Erstreckung hat, die größer ist als der Abstand von der
Eintrittsseite zur Austrittsseite, wodurch der Reib- und damit Misch- und
Desagglomeriereffekt vergrößert wird. Weiterhin wird durch die Verjüngung
eine dem Hindurchfördern des Mischgutes von der Eintrittsseite zur Aus
trittsseite entgegenwirkende Kraft auf das Mischgut ausgeübt, wodurch die
Verweilzeit des Mischgutes im Bereich des Rotors und damit der Misch-
und Desagglomeriereffekt vergrößert wird.
Die Maßnahmen nach Anspruch 2 führen zu einer besonders intensiven
Misch- und Desagglomerierwirkung, wobei Anspruch 3 optimale Kegelöff
nungswinkel für die Reibfläche angibt. Anspruch 4 gibt optimale Bereiche
für das Verhältnis von Rotordurchmesser zu axialer Erstreckung des
Rotors an.
Die Ansprüche 5 bis 7 beinhalten eine sich aus der kegelstumpfförmigen
Ausgestaltung der Reibfläche ergebende äußerst einfache Möglichkeit der
Einstellung der Spalte zwischen Rotor und Reibfläche. Die Ansprüche 8 bis
10 geben besonders vorteilhafte und erfinderische Maßnahmen zur Zufüh
rung von Flüssigkeit in den Bereich der kegelstumpfförmigen Reibfläche
wieder.
Die Ansprüche 11 und 12 geben die Verwendung einer erfindungsgemäßen
Reib-Mühle in einem Mischer wieder, der kontinuierlich oder diskonti
nuierlich betreibbar sein kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Mischer,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Mischer entsprechend der Schnittlinie
II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie
III-III,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Reib-Mühle entsprechend dem Sichtpfeil IV
in Fig. 3,
Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer
Reib-Mühle in einer Darstellung entsprechend Fig. 3 und
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Reib-Mühle gemäß dem Sichtpfeil VI in
Fig. 5.
Der in der Zeichnung dargestellte, weitgehend konventionelle Mischer,
weist einen horizontalen, stationären, zylindrischen Behälter 1 auf, der
von gleichzeitig als Ständer wirkenden Seitenwänden 2, 3 stirnseitig ab
geschlossen und gleichzeitig gehalten wird. An den Seitenwänden 2, 3
sind Lagerböcke 4 befestigt, in denen eine konzentrisch zum Behälter 1
angeordnete Welle 5 eines Mischwerks 6 gelagert ist. Sie wird von einem
Antriebsmotor 7 über einen Keilriementrieb 8 und ein Getriebe 9 ange
trieben. Das Mischwerk 6 weist schaufelartig ausgebildete Mischwerkzeuge
10 auf, die mittels an der Welle 5 angebrachter und radial von dieser
abstehender Mischwerkzeug-Träger 11 gehalten werden. Die Mischwerkzeuge
10 selber befinden sich in der Nähe der Innenseite der Wand 12 des Be
hälters 1.
Auf der Oberseite des Behälters 1 ist ein Materialeinlaß 13 angeordnet;
an der Unterseite ist ein Materialauslaß 14 vorgesehen. Der Mischer wird
chargenweise als sogenannter Turbulent-Mischer betrieben, d. h. es han
delt sich um einen Wurfmischer, bei dem die einzelnen Mischgutpartikel
hochgeworfen werden und auf einer parabelförmigen Wurfbahn wieder in
ein Mischgutbett gelangen. Um diesen Effekt zu erreichen, werden die
Mischwerkzeuge 10 mit überkritischer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben,
die - ausgedrückt in der dimensionslosen Froude-Kennzahl - etwa
Fr = 2 - 6 beträgt. Die Froude-Kennzahl ist definiert
Fr = W²:R × g
wobei gilt
W = Umfangsgeschwindigkeit der radial äußeren Enden der Mischwerkzeuge 10 in m/s
R = Radius des Mischwerks 6 in m
g = Erdbeschleunigung in m/s².
W = Umfangsgeschwindigkeit der radial äußeren Enden der Mischwerkzeuge 10 in m/s
R = Radius des Mischwerks 6 in m
g = Erdbeschleunigung in m/s².
In die Wand 12 des Behälters 1 ist eine sogenannte Reib-Mühle 15 einge
baut, die nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Auf der Außenseite
der Wand 12 des Behälters 1, und zwar im Bereich unterhalb der Welle 5
(siehe Fig. 2) ist ein Flanschlager 16 angebracht, an dem ein Motor 17
angeflanscht ist. Eine Kupplung 18 verbindet die Abtriebswelle des Motors
17 mit einer Antriebswelle 19 der Reib-Mühle 15. Diese Antriebswelle 19
durchsetzt die Wand 12. Das Flanschlager 16 des Motors 17 stützt sich
über Lagerstützen 20 und einen Flanschring 21 auf einer Mühlen-Grund
platte 22 ab. An dieser Mühlen-Grundplatte 22 ist die gesamte Reib-Mühle
15 befestigt. Die Mühlen-Grundplatte 22 wird in und vor einer Öffnung 23
der Wand 12 befestigt.
Die Reib-Mühle 15 weist auf ihrer dem Motor 17 abgewandten Seite der
Grundplatte 22 einen Stator 24 und einen Rotor 25 auf. Der Stator 24
besteht im wesentlichen aus einem Stator-Ring 26, der eine zylindrische
Außenfläche 27 und eine kegelstumpfförmige innere Reibfläche 28 aufweist.
Die der Grundplatte 22 zugewandte Seite des Rings 26 bildet eine Misch
gut-Eintrittsseite 24a und die der Grundplatte (22) abgewandte Seite bil
det eine Mischgut-Austrittsseite 24 b. Die innere Reibfläche 28 verjüngt
sich von der Eintrittsseite 24a zur Austrittsseite 24b der Reib-Mühle 15
hin unter einem halben Kegelöffnungswinkel a von 20° bis 45° und bevor
zugt 30°. Der Stator-Ring 26 ist über zwei Stützstäbe 29 gegenüber der
Grundplatte 22 abgestützt, die in einer Radialebene zur Welle 5 angeord
net sind, so daß sie kein effektives Hindernis für Mischwerkzeuge 10 dar
stellen, wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht. Sie befinden sich also
auch in einer gemeinsamen Ebene mit der Achse 30 der Antriebswelle 19.
Innerhalb der inneren Reibfläche 28 ist der Stator-Ring 26 in Richtung
der Achse 30, die auch die Achse der inneren Reibfläche 28 ist, völlig
offen. Lediglich zwei Ansätze 29a für die Stützstäbe ragen geringfügig in
den offenen Querschnitt.
Der Rotor 25 ist propellerartig ausgebildet. Er weist eine mit der An
triebswelle 19 mittels einer Paßfeder 31 drehfest verbundene hülsenförmige
Nabe 32 auf, an der sich etwa radial nach außen erstreckende Flügel 33
mit einem Radius c und einer axialen Erstreckung d angebracht sind.
Diese Flügel 33 haben den Querschnitt eines langgestreckten Rechtecks und
sind radial zur Achse 30 angeordnet. Sie sind weiterhin - wie insbeson
dere aus Fig. 4 hervorgeht - gegenüber der Achse 30 derart geneigt bzw.
angestellt, daß - bezogen auf die Drehrichtung 34 des Rotors 25 - die der
Grundplatte 22 benachbarte untere Kante 35 jedes Flügels 33 voreilt und
die der Grundplatte 22 abgewandte obere Kante 36 nacheilt. Dadurch üben
die Flügel 33 auf Mischgut einen in Richtung der Achse 30 von der
Grundplatte 22 weg zum freien Ende der Reib-Mühle 15 hin gerichteten
Förderimpuls aus, dem ein radial zur Achse 30 zur Reibfläche 28 hin
gerichteter Förderimpuls überlagert wird.
Die Flügel 33 sind an ihren radial äußeren Enden mit Scherkanten 37
versehen, die parallel zur inneren Reibfläche 28 des Stator-Ringes 26
verlaufen und die schmale Scherspalte 38 gegenüber der inneren Reibflä
che 28) begrenzen, deren Weite b also über die Länge der Scherspalte 38
konstant ist. Für die Weite b gilt üblicherweise 0,5 mm b 3,0 mm.
Auf der Antriebswelle 19 ist in dem Bereich, in dem sie die Grundplatte
22 durchsetzt, eine Dicht-Hülse 39 angebracht, gegen die Dichtungen 40,
41 dichtend anliegen, die sich wiederum in einer Durchtritts-Bohrung 42
in der Grundplatte 22 abstützen. Zwischen den Dichtungen 40 und 41 ist
eine Fettkammer 43 ausgebildet, in die durch einen Schmierfett-Anschluß 44
Schmierfett zur Schmierung der Dichtungen 40, 41 eingeführt werden
kann.
Gegen die Dicht-Hülse 39 liegt eine Distanz-Hülse 45 an, die sich auf
ihrer anderen Seite gegen die Nabe 32 des Rotors 25 abstützt, wobei zwi
schen der Nabe 32 und der Distanz-Hülse 45 Distanz-Scheiben 46 angeord
net sind. Durch Hinzufügen oder Wegnehmen einer Distanz-Scheibe 46 wird
die Lage des Rotors 25 in Richtung der Achse 30 verändert, wodurch die
Weite b der Scherspalte 38 verändert bzw. eingestellt wird. Gegen die
Nabe 32 liegt vom freien Ende des Rotors 25 her eine topfförmige Befesti
gungs-Hülse 47 an, die mittels einer Hut-Mutter 48 mit einem Gewinde
zapfen 49 der Antriebswelle 19 verbunden ist und die Nabe 32 mit den
Flügeln 33 in Richtung der Achse 30 zur Grundplatte 22 fest gegen die
Distanz-Hülse 45 mit den Distanz-Scheiben 46 verspannt.
Der Reib-Mühle 15 ist eine Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 50 zugeordnet,
die einen rohrförmigen Grundkörper 51 aufweist, der in eine parallel zur
Achse 30 verlaufende Durchgangs-Bohrung 52 in der Grundplatte 22 einge
setzt ist. In diesen rohrförmigen Grundkörper 51 mündet auf dessen dem
Stator 24 und Rotor 25 abgewandten Seite der Grundplatte 22 ein Flüssig
keits-Zuführanschluß 53 ein. Auf der dem Rotor 25 zugewandten Seite des
Grundkörpers 51 mündet aus diesem ein Sprüh-Ventil 54 aus, bei dem es
sich um ein handelsübliches Sprüh-Ventil 54 handelt, das nur dann öff
net, wenn über den Zuführanschluß 53 Flüssigkeit unter Druck zugeführt
wird, und das schließt, wenn keine Flüssigkeit unter Druck mehr zuge
führt wird. Der Abstand e der Austritts-Öffnung 55 des Ventils 54 von der
benachbarten Kante 35 der Flügel 33 ist sehr klein, und zwar so klein,
wie es konstruktiv möglich ist. Der Abstand e liegt also im Bereich zwi
schen 0,5 und 3,0 mm. Der mittlere Abstand f der Austritts-Öffnung 55
von der Achse 30, d. h. der Abstand der Achse 56 des Ventils 54 von der
Achse 30 der Antriebswelle 19 beträgt mehr als die Hälfte des maximalen
Radius c des Rotors 25, wobei grundsätzlich das Ventil 54 mit seiner Aus
tritts-Öffnung 55 bezogen auf die Achse 30 radial möglichst weit außen,
also nahe an der inneren Reibfläche 28 und damit den Scherspalten 38
angeordnet sein soll. Da das Ventil 54 in einer gemeinsamen Ebene mit
den Stützstäben 29, den Ansätzen 29a und der Antriebswelle 19 angeordnet
ist, ist aus konstruktiven Gründen ein gewisser Abstand zu den Scher
spalten 38 unvermeidbar.
Der Wirkungsmechanismus ist wie folgt:
Durch die Mischwerkzeuge 10 des Mischwerks 6 wird das Mischgut im Be
hälter 1 umgewälzt und gemischt und auch parallel zur Achse 57 der
Welle 5 verschoben. Es wird hierbei in den Raum 58 zwischen der Grund
platte 22 und dem Rotor 25 gebracht und dem Rotor 25 hierbei zugeführt.
Das Mischgut wird von den Flügeln 33 erfaßt und einerseits in der ge
schilderten Weise in Richtung der sich verjüngenden inneren Reibfläche 28
gefördert und gleichzeitig radial zur Achse 30 nach außen geschleudert
und den Scherspalten 28 zugeführt. Dadurch daß einerseits die innere
Reibfläche 28 radial zur Achse 30 nach außen zumindest weitestgehend ge
schlossen ist und dadurch, daß die innere Reibfläche 28 sich in der
axialen Förderrichtung 59 der Flügel 33 verjüngt, wird das Mischgut im
Stator 24 gestaut und nicht lediglich in Richtung 59 durch die Reib-Mühle
15 hindurchgeschleudert. Dadurch daß es gleichzeitig radial nach außen
gefördert wird, wird es einer intensiven Reib-Scher-Beanspruchung in den
Scherspalten 38 unterzogen. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit durch die
Austritts-Öffnung 59 in das Mischgut aufgegeben und gelangt unmittelbar
danach in die Scherspalte 38. Hierdurch bedingt können sich keine Agglo
merate des Mischgutes bilden, und zwar auch nicht bei sehr feinem
Mischgut einerseits und hochviskosen, stark klebenden Flüssigkeiten ande
rerseits. Die Flüssigkeit wird auf die einzelnen Mischgut-Partikel feinst
verteilt aufgebracht. Es erfolgt also keine Makro-Mischung von Mischgut
und Flüssigkeit unter gleichzeitiger Agglomeratbildung, sondern eine
Mikro-Mischung.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von
dem nach den Fig. 3 und 4 hinsichtlich des Aufbaus von Rotor und Stator
nur in konstruktiven Details, auf die es hier nicht ankommt. Identische
Teile sind daher mit identischen Bezugsziffern wie in den Fig. 3 und 4
versehen, während funktionell gleiche, aber konstruktiv geringfügig
andere Teile mit derselben Bezugsziffer, zusätzlich aber einem hochge
setzten Strich bezeichnet werden, ohne daß es in beiden Fällen einer
neuen Beschreibung bedarf. Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und
6 unterscheidet sich von dem nach den Fig. 3 und 4 durch die Art der
Flüssigkeitszuführung. Hierbei ist an der Mühlen-Grundplatte 22′ ein
Zuführgehäuse 60 mittels Schrauben 61 angebracht, in das ein Flüssig
keits-Zuführanschluß 53′ radial einmündet. Aus dem die Antriebswelle 19′
mit der Dicht-Hülse 39′ ortsfest umgebenden Zuführgehäuse 60 wird Flüs
sigkeit über einen radialen Kanal 62 in der Hülse 39′ und der Antriebs
welle 19′ einem konzentrisch zur Achse 30 verlaufenden Axial-Kanal 63 in
der Antriebswelle 19′ zugeführt. Dieser Axial-Kanal 63 mündet im Bereich
des Rotors 25′ in radialen Austrittskanälen 64, die als Bohrungen be
nachbart zur unteren Kante 35 in den Flügeln 33′ angeordnet sind und
mit ihren Austrittsöffnungen 55′ im jeweiligen Scherspalt 38 oder in der
Nähe des Scherspaltes 38 enden.
Alternativ können die radialen Austrittskanäle 64′ als von den Flügeln
33′ gesonderte Röhrchen ausgebildet sein, die ebenfalls bis in die Nähe
der inneren Reibfläche 28 ragen und dort die Flüssigkeit in Richtung zur
inneren Reibfläche 28 abgeben. In allen geschilderten Fällen wird die
Flüssigkeit also so zugegeben, daß sie zusammen mit dem Mischgut über
den größten Teil der inneren Reibfläche 28 von ihrer Eintrittsseite 24a
als ihrem weiteren Bereich zu ihrer Austrittsseite 24b als ihrem engeren
Bereich durchwandern muß.
Claims (12)
1. Reib-Mühle
- - mit einer Mühlen-Grundplatte (22, 22′)
- - mit einem mit der Grundplatte (22, 22′) verbundenen Motor (17)
- - mit einer mit dem Motor (17) gekuppelten um eine Achse (30) drehan treibbaren Antriebswelle (19, 19′)
- - mit einem mit der Grundplatte (22, 22′) verbundenen, eine konzentrisch zur Achse (30) angeordnete Innenfläche (Reibfläche 28) aufweisenden und innerhalb der Innenfläche (Reibfläche 28) zumindest im wesentli chen offenen, ringförmigen Stator (24) mit einer Mischgut-Eintrittsseite (24a) und einer in Richtung der Achse (30) beabstandeten Mischgut- Austrittsseite (24b) und
- - mit einem drehfest mit der Antriebswelle (19, 19′) verbundenen, mit sich bis in die Nähe der Innenfläche (Reibfläche 28) erstreckenden Flü geln (33, 33′) versehenen, zwischen den Flügeln (33, 33′) zumindest im wesentlichen offen ausgebildeten, an den radial außenliegenden Enden der Flügel (33, 33′) im wesentlichen parallel zur Innenfläche (Reib fläche 28) verlaufende Kanten (Scherkanten 37) aufweisenden Rotor (25, 25′), dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Stators (24) als sich in Richtung von der Mischgut-Eintrittsseite (24a) zur Mischgut-Austrittsseite (24b) kegelstumpfförmig verjüngende Reibfläche (28) ausgebildet ist.
2. Reib-Mühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflä
che (28) zumindest im wesentlichen geschlossen ausgebildet ist.
3. Reib-Mühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reibfläche (28) unter einem halben Kegelöffnungswinkel (a) zur Achse (30)
geneigt ist, für den gilt: 20° a 45°.
4. Reib-Mühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor (25, 25′) einen maximalen Radius (c) und im Bereich sei
ner radialen äußeren Kanten (Scherkanten 37) eine Erstreckung (d) in
Richtung der Achse (30) aufweist, für deren Verhältnis d/c gilt:
0,4 d/c 0,6.
5. Reib-Mühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die radial äußeren Kanten (Scherkanten 37) der Flügel (33, 33′) je
weils einen Scherspalt (38) zur Reibfläche (28) begrenzen.
6. Reib-Mühle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite
(b) der Scherspalte (38) einstellbar ist.
7. Reib-Mühle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor
(25, 25′) in Richtung der Achse (30) relativ zum Stator (24) einstellbar
ist.
8. Reib-Mühle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Flüssigkeits-Zuführeinrichtung (50, 50′) vorgesehen ist, deren
mindestens eine Flüssigkeits-Austrittsöffnung (55, 55′) unmittelbar be
nachbart zur Mischgut-Eintrittsseite (24a) des Stators (24) angeordnet ist.
9. Reib-Mühle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig
keits-Zuführeinrichtung (50) mindestens ein unmittelbar vor der Misch
gut-Eintrittsseite (24b) des Stators (24) angeordnetes Sprüh-Ventil (54)
ausweist.
10. Reib-Mühle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüs
sigkeits-Zuführeinrichtung (50′) einen durch die Antriebswelle (19′) ge
führten Kanal (63) und mindestens einen hiermit verbundenen, sich bis in
die Nähe der Reibfläche (28) erstreckenden Austrittskanal (64, 64′) auf
weist.
11. Verwendung einer Reib-Mühle nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in
einem einen zylindrischen Behälter (1) und ein in diesem drehantreibbar
angeordneten Mischwerk (6) aufweisenden Mischer, wobei die Mühlen-
Grundplatte (22, 22′) in einer Wand (12) des Behälters (1), der Motor
(17) außerhalb des Behälters (1) und Rotor (25, 25′) und Stator (24)
innerhalb des Behälters (1) angeordnet sind.
12. Verwendung einer Reib-Mühle nach Anspruch 1, wobei das Mischwerk
(6) eine Welle (5) und mit dieser verbundene, in der Nähe der Wand (12)
des Behälters (1) umlaufend antreibbare Mischwerkzeuge (10) aufweist und
wobei die Mischwerkzeuge (10) zwischen der Wand (12) des Behälters (1)
einerseits und Rotor (25, 25′) und Stator (24) andererseits hindurchbe
wegbar sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4332977A1 true DE4332977A1 (de) | 1995-03-30 |
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