CH639567A5

CH639567A5 - Spalt-kugelmuehle.

Info

Publication number: CH639567A5
Application number: CH246279A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Buehler
Original assignee: Fryma Masch Ag
Priority date: 1978-03-18
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1983-11-30
Also published as: NL189177B; US4304362A; FR2419760B1; BE874826A; GB2016953A; FR2419760A1; GB2016953B; ES478570A1; DE2811899C2; NL189177C; IT7967492A0; NL7902038A; IT1119687B; DE2811899A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinstzerkleinern und Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeit, mit einem Mahlgehäuse, dessen Innenfläche einen Mahlraum begrenzt, in den ein kegelförmiger Verdrängungskörper eintaucht, wobei im Mahlraum befindliche Mahlkugeln durch eine Relativdrehung von Ver-5 drängungskörper und Mahlgehäuse abwälzbar sind.

Kugelmühlen dieser Art sind in verschiedener Ausführung bekannt. Meist hat dabei der Mahlraum die Form eines Zylinders und wird mit einem zylindrischen oder auch kegelförmigen Rotor kombiniert. Auch wenn sich der Mahlspalt io ändert, ist doch die Einwirkung auf das Mahlgut für viele Zwecke ungeeignet, zumal der Weg des Mahlgutes verhältnismässig kurz ist.

Bekannt ist auch durch die DE-PS 814 374 eine Kugelmühle für Lackfarben mit einem nach oben erweiterten ke-15 gelförmigen Mahlgehäuse, in den ein ebenfalls kegelförmiger Mitnahmekörper eintaucht. Dabei ist jedoch im Mahlspalt nur eine Lage Kugeln angebracht, die einzeln gleichzeitig an beiden Mahlflächen anliegen, was nur eine unveränderliche und unzureichende Mahlwirkung ermöglicht. 20 Die Erfindung dient der Aufgabe, bei begrenzten Abmessungen der Kugelmühle möglichst vielfaltige Einwirkungsmöglichkeiten auf das Mahlgut zu schaffen, um eine möglichst gründliche und gleichmässige Feinstzerkleinerung und Dispergierung zu erreichen.

25 Zur Lösung dieser Aufgabe werden ausgehend von der eingangs geschilderten Ausführung die Innenfläche des Mahlgehäuses und der Verdrängungskörper als ringförmige Doppelkegel, d.h. als Körper mit wenigstens dreieckför-migem Querschnitt ausgebildet, und zwischen Auslass- und 30 Einlassbereich des Mahlgutes wird eine Kugelrückführung vorgesehen. Auf diese Weise kann das Mahlgut den Mahlspalt in optimaler Weise entlang zweier Keilflächen von innen nach aussen und auch auf der Rückseite umströmen. Es unterliegt dann zunächst einer gleichmässigen niedrigen 35 Prall- und Mahlwirkung, wodurch die groben Teilchen zerkleinert werden, und diese Mahlbewegung kann an der Doppelkegelfläche entlang kontinuierlich gesteigert werden. Dabei wächst durch das grössere Spaltvolumen die Anzahl der Kugeln pro Mahlgutvolumen und damit die Anzahl der 40 Feststoffteilchen. Eine Kugel kann nie gleichzeitig an Mahlgehäuse und Mitnahmekörper zur Anlage kommen. Es wechseln daher ständig kleine Mahl- und Entlastungszonen, was zur Folge hat, dass die Kugeln im Mahlraum ständig umgewälzt und mittels der Rückführung selbst in Umlauf 45 gebracht werden. Dadurch wird wiederum die Behandlung des durchgesetzten Mahlgutes vergleichmässigt und intensiviert.

Die Kugelrückführung ist verhältnismässig einfach,

wenn in einer den drehbaren doppelkegelförmigen Verdrän-50 gungskörper tragenden Ringscheibe schräg nach aussen gerichtete Rückführkanäle für die Mahlkugeln angebracht sind. Zur Rückführung der Kugeln werden dann Fliehkräfte herangezogen, wobei nur darauf geachtet werden muss, dass diese stärker sind als der entgegenwirkende Zuführdruck der 55 Mahlgutsuspension.

Durch eine axiale Relativverstellung von Mahlgehäuse und Verdrängungskörper lässt sich der eigentliche Mahlspalt stufenlos einregeln, so dass unter Berücksichtigung von Viskosität, Durchsatz und Mahlkörperdimension eine optimale 60 Mahlwirkung erreicht werden kann.

Da der Verdrängungskörper grösseren Durchmesser haben und damit den Bereich der Mühlenachse weitgehend freihalten kann, lässt sich die Kugelmühle auf einfache Weise einlassseitig mit einer aus Rotor und Stator gebildeten 65 Mahl Vorrichtung wie einer Zahnkolloidmühle versehen. Hierzu sind nicht einmal besondere Bauteile notwendig, da man lediglich zusammenwirkende Flächen von Rotor und Stator entsprechend auszubilden braucht.

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Wenigstens eine den Mahlraum begrenzende Wandung lässt sich rückseitig an einem von Wärmetauschermedium durchströmten Raum anschliessen; grundsätzlich können Wandungen des Rotors und des Stators gekühlt werden. Auf diese Weise lassen sich alle mit dem Mahlgut und den Mahlkugeln in Berührung kommenden Teile optimal kühlen. Gegenüber den bekannten Konstruktionen ist das Verhältnis zwischen effektivem Mahlvolumen und Wärmeaustauschfläche um ein Mehrfaches besser.

Es können mehrere Doppelkegel-Mahlräume vorgesehen sein, in die einer gemeinsamen Achse zugeordnete Verdrängungskörper eingreifen. Diese Verdrängungskörper können mit unterschiedlicher oder gleicher Drehzahl rotieren. Vorzugsweise sind sie fest miteinander verbunden oder werden durch einen gemeinsamen Bauteil gebildet.

Wenigstens zwei vornehmlich von innen nach aussen durchströmte Mahlräume lassen sich in Reihe schalten. So können zwei doppelkegelförmige Verdrängungskörper konzentrisch ineinander angeordnet sein und in der gleichen Richtung von einem gemeinsamen Trägerteil wegragen. Dabei hat das Mahlgut - vom Rückführweg einmal abgesehen - in den Mahlräumen stets eine radiale Strömungskomponente. Da die Weite des Mahlspaltes etwa gleich bleibt, vergrössert sich die Durchtrittsfläche kontinuierlich, während sich die Umlaufgeschwindigkeit der Kugel etwa im gleichen Verhältnis vergrössert, so dass die Intensität des Mahlvorganges ständig zunimmt.

Nach einem anderen Vorschlag werden zwei Mahlgehäuse in Tandemanordnung gegenüberliegend vorgesehen. Sie können von beiden Seiten an einem Zwischengehäuse befestigt sein, mit dem sie die Mahlräume für die Verdrängungskörper bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist bzw. sind dabei der Rotor bzw. die Rotoren an dem vorzugsweise frei vorragenden Wellenkopf einer Antriebswelle befestigt, der Strömungswege für das Mahlgut zwischen den beiden Mahlräumen aufweist. Stets können bei der Tandemanordnung Zu- und Ableitung entweder an einem mittleren Gehäuseteil oder in der Drehachse vorgesehen sein.

Abweichend von der üblichen Ausbildung mit feststehendem Mahlgehäuse kann dieses auch um die Mühlenachse rotierbar angetrieben werden, also die Funktion des bzw. eines Rotors übernehmen. Es können Mahlgehäuse und Verdrängungskörper in entgegengesetzter Drehrichtung rotieren.

Der gesamte Mahlraum lässt sich auch durch Trennelemente in verschiedene Mahlzonen mit unterschiedlich grossen Mahlkugeln und/oder verschiedenen Mahlspaltweiten unterteilen. In der gleichen Mühle lassen sich so recht unterschiedliche Mahlgänge hintereinanderschalten. Die den Mahlraum begrenzenden Flächen lassen sich mit Aufrauhungen bzw. Erhebungen oder Vertiefungen wie Rippen, Rillen oder Stiften u. dgl. versehen. Vorteilhaft sind die Wandungen aus einem verschleissfesten Material, wie z. B. Hartmetall, Hartmangan usw., gefertigt.

Die Zeichnung gibt die Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine erfindungsge-mässe Spalt-Kugelmühle mit einem doppelkegelförmigen Mahlraum,

Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine Abwandlung dieser Spalt-Kugelmühle mit zwei konzentrisch ineinander angeordneten Doppelkegel-Mahlräumen und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei von einer Symmetrieebene entgegengesetzt wegragenden Doppelkegel-Mahlräumen.

In der Zeichnung ist mit 1 ein winkelförmiger Mühlenständer bezeichnet, der mit Abstand über seinem waagrechten Fussteil 2 mittels eines Tragarmes 3 ein Deckelgehäuse 4 trägt, an dessen Deckelplatte 5 mittels nicht weiter gezeigter

Schrauben über einen austauschbaren Distanzring 6 verschiedener Dicke ein Mahlgehäuse 7 aufgehängt ist. Dieses Mahlgehäuse hat die Form eines doppelwandigen Topfes, dessen Innenwandung 8 mit der Deckelplatte 5 einen Mahlraum 9 in der Form eines Doppelkegelringes bildet. Zwischen der Innenwandung 8, der Aussenwandung 10 und einem mittleren Nabenteil ist dadurch ein Wärmetauscherraum 12 gebildet, durch welchen hindurch in bekannter Weise Kühl- oder Heizflüssigkeit geleitet werden kann.

Im Deckelgehäuse 4 sitzt abgedichtet eine Lagernabe 13, die mittels zweier Wälzlager und durch eine Wellendichtung 15 abgesichert die Welle 14 des Rotors 20 hält, der durch einen Riementrieb 16 von der regelbaren Antriebseinheit 17 antreibbar ist, die beispielsweise aus einem Drehstrommotor 18 und einem Regelgetriebe 19 oder auch aus einem regelbaren Gleichstrommotor und einem Untersetzungsgetriebe bestehen kann. Der Rotor greift somit zwischen dem Dek-kelgehäuse 4 und dem Mahlgehäuse 7 ein. Von seinem Nabenteil ragt nach oben eine Ringflansch 21, nach aussen eine Ringscheibe 22 mit einem ringförmigen Verdrängungskörper 23, der etwa gleichbleibende Abstände zur Wandung des Mahlraumes 9 hält und ebenfalls einen ringförmigen Hohlraum 24 bildet, durch welchen ein Wärmetauschermedium hindurchgeführt werden kann.

Der Nabenteil des Rotors 20 bildet mit einem Nabenvor-sprung 25 des Mahlgehäuses zudem eine Kolloidmühle 26, der das Mahlgut über die Zuführleitung 271 und das Nabenrohr 11 zugeführt wird.

Der Mahlraum 9 ist mit einem Volumenanteil von ca. 60 bis 90% von Mahlkugeln angefüllt. Er erweitert sich aus der Kolloidmühle 26 heraus zunächst im Einlassbereich 28 und behält dann etwa gleichbleibende lichte Weite, während sich sein Durchmesser ständig vergrössert. Das Mahlgut strömt dabei durch diesen Raum hindurch bis zu einer Trennvor-richtung 29, wo es in den vom Deckelgehäuse 4 umschlossenen Raum 30 eintritt und dort in die Auslassleitung 31 gelangt.

Auch die Mahlkugeln 27 nehmen den gleichen Weg, werden aber von der Trenn Vorrichtung 29 abgewiesen und gelangen dann in einen von mehreren Rückführkanälen 32, die schräg nach aussen gerichtet in der Ringscheibe 22 angebracht sind. Die Rückführkanäle sind so angeordnet, dass die dort auf die Kugeln wirkenden Fliehkräfte grösser sind als der vom Eingangsbereich 28 her wirkende Zuführdruck.

Bei der gezeigten Ausführung kann der Mahlspalt stufenlos durch Verstellen des Mahlgehäuses 7 gegenüber der Deckelplatte 5 verändert werden. Grundsätzlich möglich ist auch die umgekehrte Anordnung, dass man den Verdrängungskörper 23 gegenüber dem Mahlgehäuse verstellt.

Ebenso können die Funktionen von Rotor und Stator vertauscht werden, dass also der Verdrängungskörper Bestandteil des Stators ist und das Mahlgehäuse um eine Achse umläuft.

Jedenfalls dann, wenn auf den vollständigen Umlauf der Mahlkugeln verzichtet wird, lassen sich die Mahlkugeln im Mahlraum durch Siebe od. dgl. derart voneinander trennen, dass beispielsweise der Durchmesser der Mahlkugeln von einer ersten zur letzten Mahlzone abnimmt, der Zerkleinerungsgrad also immer weiter verfeinert wird.

Die Mahlkugeln führen in erster Linie eine Abrollbewegung an den den Mahlraum begrenzenden kegelförmigen Flächen aus, wobei die Umlaufbewegung durch eine Axialoder Vorschubbewegung überlagert wird. Speziell für hochviskose Produkte kann es jedoch angebracht sein, die den Mahlraum begrenzenden Flächen mit einem bestimmten Rauhigkeitsgrad zu versehen, z.B. mit eingegossenen Rippen, Rillen oder Stiften oder auch Mitnehmererhebungen, damit unabhängig von der Beschaffenheit des Mahlgutes "

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eine zwangsläufige Mitnahme der Mahlkörper erreicht wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Spalt-Kugelmühle sind zwei im Querschnitt etwa gleich ausgebildete doppelkegelförmige Mahlräume 91,92 konzentrisch ineinander angeordnet und gehäuseseitig von zwei Innenwandungen 81, 82 eines Mahlgehäuses 71 und rotorseitig durch zwei doppelkegelförmige Verdrängungskörper 231 und 232 begrenzt. Die beiden Verdrängungskörper sitzen an der gemeinsamen Ringscheibe 221 eines Rotors 201, der mit dem Gehäuse eine Kolloidmühle 26 bildet. Auch dort erfolgt wieder die Spaltveränderung durch Auswechseln des Distanzringes 61 zwischen Deckelplatte 51 und Mahlgehäuse 71.

Das unter Druck durch die Zuführleitung 271 zugeführte Mahlgut durchströmt nach Verlassen der wieder eingangs-seitig angeordneten Kolloidmühle 26 hintereinander die Mahlräume 91 und 92, wobei sich der Durchmesser ständig vergrössert. Dabei steigt einerseits die wirksame Mahlgeschwindigkeit, d.h. die Einwirkungsgeschwindigkeit der Kugeln auf das Mahlgut und anderseits wird bei im wesentlichen gleichbleibender Spaltweite der Spaltquerschnitt ständig vergrössert und dadurch die Durchströmgeschwindigkeit herabgesetzt. Beides wirkt sich im Sinne einer ständigen Intensivierung des Mahlvorganges bis zum äusseren Durchmesser aus.

Nach Fig. 3 trägt die Welle 141 an ihrem freien Ende einen Wellenkopf 142 mit einer zum freien Wellenende hin geöffneten Axialbohrung und einer am oberen Kopfende vorgesehenen Querbohrung 144. Auf dem Wellenkopf 142 sind mittels Keilen 34 zwei identische, spiegelbildlich zueinander angeordnete Rotoren 202,203 befestigt, die mit ihren nach oben bzw. unten wegragenden Verdrängungskörpern 233 und 234 in Mahlräume 93 und 94 eingreifen, die gebildet sind zwischen einem mittleren, im Querschnitt U-förmigen Zwischengehäuse 35, das von dem am Mühlenständer 1 angebrachten Tragarm 3 gehalten ist und über zur Abstandsänderung auswechselbare Distanzringe 62 die beiden Mahlgehäuse 72 und 73 trägt, welche die Mahlräume nach aussen begrenzen.

Die in den Einlassraum der unteren Kolloidmühle 26 ein-s mündende Zuführleitung 271 ist durch die Bohrungen 143 und 144 mit dem Einlassraum der oberen Kolloidmühle 26 verbunden. Oberhalb und unterhalb einer zur Rotationsachse senkrechten Symmetrieebene wird jeweils eine Mühlenanordnung gebildet, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Dabei sind io auch wieder Rückführkanäle 32 für die Mahlkugeln vorgesehen.

Die Auslassleitung 31 steht mit einem Raum 301 in Verbindung, der zwischen den beiden Rotoren 202 und 203 und dem Zwischengehäuse 35 gebildet wird und jeweils mit Aus-15 lass-Anschlüssen 33 der beiden Mahlräume 93 und 94 in Verbindung ist. Die beiden Mahlräume sind also parallel geschaltet. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, auch hier eine Hintereinanderschaltung vorzusehen, indem man etwa die Bohrung 143 nach unten abschliesst und mit dem Auslass-20 Anschluss 33 des Mahlraumes 94 in Verbindung bringt.

Ebenso kann dort ein Umschaltventil od. dgl. angebracht werden, das wahlweise den Betrieb der Mühle in Parallel- oder Hintereinanderschaltung ermöglicht. Man kann auch die Ausführungen der Fig. 2 und 3 derart kombinieren, 25 dass auf beiden Seiten mehrere konzentrisch einander umgebende Mahlräume vorgesehen sind, die nach Bedarf parallel oder in Reihe geschaltet sind.

Die erfindungsgemässe Kugelmühle kann räumlich nahezu beliebig, also mit lotrechter, waagrechter oder schräger 30 Achse angeordnet werden und mit bekannten Zustellvor-richtungen versehen sein.

Die Verdrängungskörper müssen nicht gesondert körperlich ausgebildet sein, sondern können durch entsprechend ausgebildete Vorsprünge des Rotors gebildet werden bzw. 35 Bestandteil des Stators sein.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

639 567 PATENTANSPRÜCHE

1. Spalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinstzer-kleinern und Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeit, mit einem Mahlgehäuse, dessen Innenfläche einen Mahlraum begrenzt, in den ein kegelförmiger Verdrängungskörper (23) eintaucht, wobei im Mahlraum befindliche Mahlkugeln durch eine Relativdrehung von Verdrängungskörper (23) und Mahlgehäuse abwälzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Mahlgehäuses (7) und der Verdrängungskörper (23) als ringförmige Doppelkegel ausgebildet und zwischen Auslass- und Einlassbereich des Mahlgutes eine Kugelrückführung (32) vorgesehen ist.

2. Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer den drehbaren, doppelkegelförmigen Verdrängungskörper (23) tragenden Ringscheibe (22) schräg nach aussen gerichtete Rückführkanäle für die Mahlkugeln (27) angebracht sind.

3. Kugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgehäuse (7) und der Verdrängungskörper (23) in Axialrichtung gegeneinander einstellbar sind.

4. Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einlassseitig ein durch Rotor und Stator gebildetes Vormahlaggregat, z.B. eine Zahnkolloidmühle (26) aufweist.

5. Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine den Mahlraum (9) begrenzende Wandung (8) rückseitig an einen von Wärmetauschermedium durchströmten Raum (12, 24) an-schliesst.

6. Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Doppelkegel-Mahl-räume (91 bis 94) vorgesehen sind, in die einer gemeinsamen Achse zugeordnete Verdrängungskörper (231 bis 233) eingreifen (Fig. 2,3).

7. Kugelmühle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei von innen nach aussen durchströmte Mahlräume (91 bis 94) in Reihe geschaltet sind.

8. Kugelmühle nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei doppelkegelförmige Verdrängungskörper (231, 232) konzentrisch ineinander angeordnet sind und in der gleichen Richtung von einem gemeinsamen Trägerteil (221) wegragen (Fig. 2).

9. Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Mahlgehäuse (72, 73) in Tandemanordnung gegenüberliegend vorgesehen sind (Fig. 3).

10. Kugelmühle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mahlgehäuse (72, 73) von beiden Seiten an einem Zwischengehäuse (35) befestigt sind, mit dem sie die Mahlräume (93,94) für die Verdrängungskörper (233, 234) bilden.

11. Kugelmühle nach Anspruch9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor bzw. die Rotoren an dem vorzugsweise frei vorragenden Wellenkopf (142) einer Antriebswelle (141) befestigt ist bzw. sind, der Strömungswege (143, 144) für das Mahlgut zwischen den beiden Mahlräumen (93, 94) aufweist.

12. Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgehäuse (7) um die Mühlenachse rotierbar angetrieben ist.