DE4401384A1 - Rührwerksmühle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rührwerksmühle mit einem Mahlbehälter und einem im Mahlbehälter angeordneten Rotor, von denen zumindest einer von beiden in Axialrichtung aus einzelnen Ringen aufgebaut ist, wobei wenigstens ein Teil der Ringe mit radial abstehenden Werkzeugen versehen sind.

Eine derartige Konstruktion ist beispielsweise aus der US-A- 4,174,074 bekannt geworden. Aus dieser Literaturstelle ist zu entnehmen, wie die einzelnen Rührwerkzeuge aus vollem Material an den Ringen des Rotors und der Mahlbehälter ange­ bracht sind. Dies geschieht durch Einlöten, Einkleben oder Verschrauben der Rührwerkzeuge in Senkbohrungen in der Wand eines Ringes oder durch Kombination dieser Verbindungs­ methoden.

Bei solchen Rührwerksmühlen dienen die Werkzeuge dazu, den im Mahlbehälter enthaltenen Mahlkörpern durch die Drehbewegung von Rotor und Mahlbehälter zueinander eine Bewegung innerhalb einer Mahlgutsuspension zu erteilen, die dadurch immer wieder gegen die Rührwerkzeuge stoßen und so deren Erwärmung bewir­ ken.

Die Rührwerkzeuge sind häufig Körper mit relativ geringem Querschnitt, wodurch sie die aufgenommene Wärme rascher in das Mahlgut abgeben, als diese an den gekühlten Ring des Mahlbehälters oder des Rotors abgegeben werden kann.

Gerade diese Auswirkung aber ist unerwünscht, weil viele Mahlgüter temperaturempfindlich sind. Es wurde daher bereits verschiedentlich vorgeschlagen, Rührwerkzeuge mit innerer Kühlung anzubringen (EP-A-0 045 498 und CH-A-658 802).

In diesen beiden zuletzt genannten Schriften finden sich auch in einzelne gehende Hinweise, wie die Rührwerkzeuge mit inne­ rer Kühlung in den Rotor- bzw. Statorteilen einer Rühr­ werksmühle durch Einlöten oder Einkleben befestigt werden können.

Dies war auch schon bei ungekühlten Rührwerkzeugen aus vollem Material der Fall, wie bereits oben beschrieben oder aber es wurden scheibenformige Rührwerkzeuge oft überhaupt nur am Rotor- oder Statorteil festgeklemmt oder durch formschlüssige Verbindungen, Vertiefungen und Vorsprünge in ihrer Lage fest­ gehalten.

Durch die innere Kühlung der Rührwerkzeugen konnte die an diesen entstehende Wärme wirksam an das Kühlmittel abgeführt werden. Aus der Konstruktion der Rührwerkzeuge mit innerer Kühlung ergab sich jedoch ein anderes schwerwiegendes Pro­ blem. Wird ein Rührwerkzeug aufgrund der hohen Beanspruchung aus der Wand des Mahlbehälters oder Rotors, in die es einge­ setzt ist, herausgeschlagen, wobei sich die von einem Klebe­ mittel oder einem Lot gebildete Zwischenschicht löst, so ergeben sich zwei höchst unerwünschte Effekte, indem einer­ seits Kühlwasser in das zu vermahlende Produkt eindringt und dieses unbrauchbar macht, wenn dieses Mahlgut wasserempfind­ lich ist, wie z. B. Schokolade, und anderseits Mahlgut in die Kühlkanäle eintreten kann, was aufwendige und langwierige Reparaturarbeiten erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerksmühle so zu gestalten, daß die bei Werkzeugen mit innerer Kühlung auftretenden Nachteile vermieden werden und der Nachteil, der bei Werkzeugen aus vollem Material in der ungünstigen Wärmeabfuhr an das Kühlmittel liegt, beseitigt wird.

Es verbleibt allerdings dann das Kühlproblem, dessen Lösung wegen der einander widerstreitenden Anforderungen bei der Herstellung und dem Gebrauch einer Rührwerksmühle schwierig erscheint.

Im Sinne der Erfindung wird in einem zweiten Schritt vorge­ schlagen, Rührwerkzeuge und Ringe von Rührwerkbehälter und/oder Rotor jeweils aus einem Stück und aus einem gut wärmeleitenden Material herzustellen.

Durch diese Maßnahme entfällt die bisher vorhanden gewesene, aus einem Klebstoff oder einem Lot bestehende Zwischen­ schicht, wodurch sich die Wärmeleitung vom Rührwerkzeug an den Rotor oder an den Mahlbehältern bzw. an dessen gekühlte Seite in einem solchen entscheidendem Masse verbessert, daß die Kühlung der Rührwerkzeuge von den gekühlten Ringen her erfolgen kann und somit das Durchströmen der Rührwerkzeuge selbst mit einem Kühlmittel überflüssig macht.

Dadurch, daß die Ringe mit den Rührwerkzeugen des Rotors und/oder des Mahlbehälters vom Kühlmittel angeströmt werden, kann die an den Rührwerkzeugen erzeugte Wärme wirksam aus der Rührwerksmühle abgeführt werden, während keine Gefahr einer gegenseitigen Verunreinigung der verwendeten Fluide besteht, weil die Ringe - im Gegensatz zu den Werkzeugen - viel stabiler gebaut sein können.

Die Herstellung von Ring und Rührwerkzeugen aus einem Stück erfolgt zweckmäßig aus einem Keramikmaterial, wie Wolfram­ karbid, insbesondere einem Siliziummaterial, wie beispiels­ weise Siliziumkarbid. Damit werden die Vorteile einer guten Wärmeleitung mit der großen Härte und Dauerhaftigkeit des Materials an jenen Stellen verbunden, die durch die Mahl­ tätigkeit einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind.

Durch die Erfindung wird nicht nur die gestellte Aufgabe ge­ löst, sondern es wird darüberhinaus auch noch in über­ raschender Weise und bedeutendem Ausmaß eine Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung erreicht, weil die Werkzeuge nicht mehr gesondert in die Ringe eingesetzt und befestigt werden müssen, und sich überdies keine schwierigen Abdich­ tungsprobleme ergeben.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäßen Ringe samt Rührwerkzeugen durch Sintern hergestellt werden; insbesondere durch isostatisches Verpressen und vorzugsweise durch heißisostatisches Verpressen.

Eine in diesem Zusammenhang besonders günstige, aber auch unabhängig von der Ausbildung nach den vorhergehenden Ansprüchen vorteilhafte Rührgeometrie ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 7, insbesondere mit den Merkmalen des Anspruches 8 oder 9.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Längsschnittes durch eine erfindungs­ gemäße Rührwerksmühle.

Eine Rührwerksmühle 1 besitzt einen Mahlbehälter 2, in dem ein Rotor 3 drehbar gelagert ist. Der Mahlbehälter 2 hat einen äußeren Kühlmantel 4, beispielsweise aus Blech, mit angeschweißten, etwa schraubenlinigförmig über den Umfang des Bleches verlaufenden Kühlrippen 5 versehen ist, die in Axialrichtung zwischeneinander schraubenlinienförmige Kühlkanäle 6 begrenzen.

Analog dazu sitzt der Rotor 3 an einer Welle 7 mit einem in­ neren Kanal 8 und einem äußeren Ringkanal 9, über welche Kanäle 8, 9 die Kühlung durch Zufuhr und Abfuhr von Kühl­ medium, insbesondere Kühlwasser erfolgt.

Mahlbehälter 2 und Rotor 3 bestehen aus einzelnen, aus einem Hartstoff gebildeten Ringen 10, 11. Während die Ringe 10 mit ihren Außenflächen an den Kühlrippen 5 anliegen, sitzen die Ringe 11 auf einem Führungsrohr 12, das an seiner Außenseite - ähnlich dem Mahlbehälter 2 - mit schraubenlinienförmig über den Umfang verlaufenden Kühlrippen 13 zur Bildung von Kühl­ kanälen 14 versehen ist. Diese Kühlkanäle 14 stehen über Schrägkanäle 15 mit dem äußeren Ringraum 9 der Welle 7 in Verbindung. Die Kühlrippen 5, 13 können an sich gleich oder verschieden ausgebildet sein und mögen auch auf andere Weise ausgebildet sein, als dies hier dargestellt ist. Beispiels­ weise können sie einfach von einem schraubenlinienförmigen Band oder einer Schnur, beispielsweise aus Metall, insbe­ sondere aus einem elastischen Material, wie Gummi gebildet sein, doch ist es jedenfalls bei Ausbildung der Ringe 10, 11 aus Keramik bevorzugt, wenn die Kühlrippen, abweichend von der Ausbildung nach der oben erwähnten US-A-, nicht an den Ringen angeformt sind, sondern an dem den Ringen 10, 11 jeweils gegenüberliegenden Teil 4 bzw. 13 oder eben als gesonderter schraubenlinienförmig angeordneter Teil.

Das zu vermahlende Produkt wird im Sinne eines Pfeiles 16 über einen Einlaß 17 und einen Einlaßtrennspalt 18 zur Zurückhaltung der im Inneren des Mahlbehälters vorgesehenen Mahlkörper zugeführt und gelangt über eine entsprechende Auslaßtrenneinrichtung, wie dem Sieb 19, in einen Auslaß­ ringraum 20 und von dort in einen auslaß 21.

Die aus Hartstoff bestehenden Ringe 10, 11 können aus Keramikmaterial bestehen. Ist dies der Fall, so können sich unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Mantel 4 und den Ringen 10 einerseits und dem Führungsrohr 12 und den Ringen 11 anderseits ergeben. Um etwaige darauf resultierende Spannungen auszugleichen, können die Konstruktionen von Rotor und Stator derart modifiziert werden, wie dies beispielsweise in der DE-A-39 18 092 anhand der Fig. 9 und 16 bis 19 ge­ schildert ist, wobei der Inhalt dieser Literaturstelle durch Bezugnahme hier als geoffenbart gelten soll, um eine ins ein­ zelne gehende Beschreibung der bekannten Konstruktion zu ver­ meiden. Vorteilhaft ist dabei, wenn die einzelnen Ringe 10, 11 mit Hilfe von Zugschrauben 22, 23 zusammengespannt sind, die in der dargestellten Form an der Außenseite des Mahlbehälters verlaufen können, gegebenenfalls aber auch in eine innere Mantelwand (soferne sie aus Metall besteht) eingeschraubt sein mögen.

Abweichend von den Konstruktionen des Standes der Technik sind mit den Ringen 10, 11 Rührwerkzeuge 24 des Mahlbehälters 2 und Rührwerkzeuge 25 des Rotors 3 einstückig verbunden. Die Form dieser Werkzeuge 24, 25 kann an sich beliebig sein, d. h. sie kann am Mahlbehälter 2 und am Rotor 3 gleich oder unter­ schiedlich sein und beispielsweise von Scheiben mit Stiften od. dgl. gebildet werden. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel handelt es sich bevorzugt um Stifte, obwohl auch Schei­ ben denkbar wären.

Dadurch, daß die Rührwerkzeuge 24, 25 mit den jeweiligen Ringen 10, 11 einstückig verbunden sind, ist eine durch die Wärmeleitung zu überschreitende Barriere vermieden, so daß die Wärmeableitung von den Rührwerkzeugen 24, 25 direkt in die Kühlkanäle 6 bzw. 14 erfolgt. Dadurch wird ein wider­ standsarmer Wärmeübergang erreicht, der insbesondere dann eine wirkungsvolle Kühlung sichert, wenn die aus Ringen 10, 11 und Werkzeugen 24, 25 bestehenden Einheiten aus einem Keramikmaterial, wie insbesondere Siliziumkarbid, oder auch Wolframkarbid, gefertigt werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform zum Aufbau des Mahlbe­ hälters 2 bzw. des Rotors 3 sind jeweils vier Ringe vor­ gesehen, doch muß diese Anzahl bei Rotor und Mahlbehälter nicht unbedingt übereinstimmen. Ebenso wäre es denkbar, nur den Mahlbehälter 2 oder nur den Rotor 3 aus solchen Ringen aufzubauen.

Ferner wäre es denkbar, eine Mühle jeweils nur aus einem ein­ zigen Ring aufzubauen, obwohl es bevorzugt ist, mindestens zwei solcher Ringe 10, 11 vorzusehen. Auch eine größere Anzahl als vier Ringe ist möglich.

Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Werkzeuge 24, 25 einander zugekehrte, im wesentlichen zueinander paral­ lele Scherflächen 26. Diese Scherflächen 26 erstrecken sich wenigstens annähernd in radialer Richtung relativ zu einer Mittelachse A des Rotors 3 und des Mahlbehälters 2, die gleichzeitig die Drehachse des Rotors 3 darstellt. Dagegen besitzen die Werkzeuge 24, 25 an der der jeweiligen Scher­ fläche 26 abgewandten Seite eine zu einer Radialrichtung ge­ neigte Fläche 27. Es ist bevorzugt, wenn der Abstand der Scherflächen 26 voneinander in der gezeigten Weise geringer ist, als der Abstand der den Scherflächen 26 abgekehrten Flächen 27 jeweils einander benachbarter Rührwerkzeuge von Mahlbehälter 2 und Rotor 3.

Aus Festigkeitsgründen ist es von Vorteil, wenn die jeweilige Mantelfläche 28 bzw. 29 der Ringe 10, 11 leicht konisch der­ art ausgebildet ist, so daß die Dicke des Ringes gegen das jeweilige Rührwerkzeug 24, 25 hin - es handelt sich dabei je­ weils um einen Werkzeugkranz - zunimmt. Dies ist auch dann besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeuge 24, 25, statt etwa im Bereiche einer Stirnfläche des jeweiligen Ringes 10 bzw. 11, annähernd in dessen axialer Mitte angeordnet ist, wobei dann der jeweilige Ring derart konisch ausgebildet ist, daß er zweckmäßig von beiden Stirnseiten her eine zum Werkzeug 24 bzw. 25 hin zunehmende Dicke aufweist. Dies verbessert nicht nur die Festigkeit am Ansatz des vom Ring abstehenden Werkzeuges 24 bzw. 25, sondern ergibt auch eine größere Querschnittsfläche für den Wärmeübergang.

Dabei kann die Ausbildung so getroffen sein, daß der Mahl­ behälter und/oder der Rotor 3 eine ganz schwache Konizität von 0,5 bis 50 derart aufweist, daß im Falle des Mahlbe­ hälters der oberste Ring 10 einen geringfügig kleineren Außendurchmesser besitzt als der unterste Ring 10, so daß das Einschieben in den äußeren Mantel 4 erleichtert wird. Ebenso kann im Falle des Rotors 3 der oberste Ring 11 einen geringfügig größeren Durchmesser besitzen als der unterste Ring 11, wobei auch das Führungsrohr 12 konisch ausgebildet ist. Auf diese Weise wird nämlich das Aufstecken und Abziehen von Ringen erleichtert.

Es versteht sich, daß die zuletzt genannten geometrischen Ausbildungen der Werkzeuge und der Ringe bzw. des Mahlbehäl­ ters und des Rotors insgesamt, im Prinzip unabhängig davon sind, ob die Werkzeuge 24, 25 einstückig mit den Ringen 10, 11 verbunden sind oder nicht, wenn sich auch bei einer sol­ chen einstückigen Ausbildung die durch die Flächen 26, 27 ge­ bildete Form als besonders günstig erwiesen hat.

Die Erfindung ist auch keineswegs auf die genannte leichte Konizität von Mahlbehälter 2 und/oder Rotor 3 beschränkt, vielmehr ist es durchaus möglich, besonders im Hinblick auf eine vereinfachte Lagerhaltung, alle Ringe 10, 11 jeweils gleichartig auszubilden.

Es versteht sich, daß es nun nicht mehr notwendig ist, die Rührwerkzeuge 24, 25 an den Ringen 10, 11 gesondert zu be­ festigen, so daß die Montage - zusätzlich zur angestrebten Verbesserung des Wärmeüberganges - außerordentlich verein­ facht und verbilligt wird. Gleichzeitig wird auch die Her­ stellung vereinfacht, wobei sich das Sintern der Ringe 10, 11 als besonders zweckmäßig herausgestellt hat. Um gleichförmi­ ge Dichtungen zu erhalten, ist ein isostatisches Verpressen, und insbesondere ein heiß-isostatisches Verpressen, bevor­ zugt.

Dadurch, daß die Kühlkanäle 6, 14 nicht mehr bis in die Werkzeuge 24, 25 reichen, ist nun auch das Problem der Abdichtung der Rührwerkzeuge als erledigt zu betrachten und damit die Gefahr einer ungewollten Vermischung des in einer Suspension vorliegenden Mahlgutes mit dem Kühlmittel.

Claims (10)

1. Rührwerksmühle mit einem einen Mahlraum umschließenden Mahlbehälter (2) und einem in diesem angeordneten Rotor (3), von denen zumindestens einer in Axialrichtung aus einzelnen Ringen (10 oder 11) aufgebaut ist und wenigstens einen Teil der Ringe mit radial abstehenden Werkzeugen (24 und 25) versehen ist, wobei die Ringe (11) an ihrer dem Mahlraum abgewandten Seite von einem Kühlmedium beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (24, 25) und der zugehörige Ring (10, 11) des Mahlbehälters (2) und/oder des Rotors (3) jeweils einteilig mit wenigstens einem Teil der Werkzeuge hergestellt sind und der einstückige Teil aus einem wärmeleitenden Material besteht.

2. Rührwerksmühle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10, 11) des Mahlbe­ hälters (2) und/oder des Rotors (3) aus einem Keramikmate­ rial, wie Wolframkarbid, insbesondere aus Siliziummaterial, wie Siliziumkarbid, vorzugsweise durch Sintern und im besonderen durch isostatisches Verpressen, bevorzugt durch heiß-isostatisches Verpressen, hergestellt sind.

3. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10, 11) mit ihren dem Mahlraum abgewandten Seiten über Kühlrippen (5, 13) an einem Kühlmantel (4, 12) anliegen und mit diesem und den Kühlrippen (5, 13) schraubenlinienförmig verlaufende Kühl­ kanäle (6, 14) bilden.

4. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mahlraum be­ grenzenden Mantelflächen (28 und 29) der Ringe (10 und 11) des Mahlbehälters (2) und des Rotors (3) leicht konisch aus­ gebildet sind, wobei die Dicke der Ringe (10 und 11) in Richtung auf die Rührwerkzeuge (24 und 25) hin zunimmt.

5. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durch­ messer des obersten Ringes (10) des Mahlbehälters (2) gering­ fügig kleiner ist als der äußere Durchmesser des unteren Ringes (10), und daß der Kühlmantel (4) daran angepaßt, konisch ausgebildet ist.

6. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durch­ messer des obersten Ringes (11) des Rotors (3) geringfügig größer ist als der innere Durchmesser des untersten Ringes (11), und daß das Führungsrohr (12) daran angepaßt konisch ausgebildet ist.

7. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Rührwerkzeuge (24 und 25) des Mahlbehälters (2) und des Ro­ tors (3) einander zugehörige im wesentlichen parallele Scher­ flächen (26) aufweisen, die sich in radialer Richtung zur Achse (A) erstrecken und deren Umdrehungsbahnen bei Drehung des Rotors einander in axialer Richtung, in einem zur Länge der Rührwerkzeuge (24 und 25) geringen Abstand voneinander, teilweise überdecken.

8. Rührwerksmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkzeuge (24 und 25) des Mahlbehälters (2) und/oder des Rotors (3) an den von den Scherflächen (26) abgewandten Seiten geneigte Flächen (27) aufweisen, mit denen die Rührwerkzeuge (24 und 25) an ihren Übergängen in die Ringe (10 und 11) wesentlich größere Dicken als an ihren Enden enthalten.

9. Rührwerksmühle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkzeuge (24 und 25) an einer Stirnseite der Ringe (10 und 11) angeordnet sind und bei eingebauten Ringen (10 und 11) die Rührwerkzeuge (24 und 25) aufeinanderfolgender Ringe (10 und 11) mit den Scherflächen (26) einander zugewandt sind.

10. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe durch axial verlau­ fende Zugschrauben (22, 23) zusammengespannt sind.