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Kolloidmühle Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolloidmühle mit
um eine lotrechte Achse umlaufenden, mit einem kegelstumpfförmigen Gehäusemantel
einen Mahlspalt geringer Breite bildenden konischen Rotor, an dem ein der Vorzerkleinerung
dienendes Schleuderrad angeordnet ist.
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In den sogenannten Kolloidmühlen sollen nichtlösliche Feststoffe so
fein wie möglich zerkleinert, in eine Flüssigkeit eingemischt und in stabilem System
erhalten werden. Die Feinstzerkleinerung ist nur dadurch möglich, daß jedes Flüssigkeits-
und FeststofE-teilchen großen Flüssigkeits-Scherkräfte-n ausgesetzt und dadurch
einmal die Zerkleinerung der Festteilchen durchgeführt, zum anderen deren Hülle
durch Reibung elektrostatisch positiv aufgeladen wird. Diese positive Aufladung
der die Feststoffteilchen umhüllenden Schicht bewirkt, daß sich diese Teilchen innerhalb
der Flüssigkeit gegenseitig abstoßen und somit in Schwebe gehalten werden. Zur Bestimmung
der Scherkräfte dient die Gleichung:
darin ist w die Scherkraft je Flächeneinheit, n die dynamische Zähigkeit der Flüssigkeit,
v die Relativgeschwindigkeit zwischen einem Festkörper und der Flüssigkeit und s
die Spaltweite.
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Bei den bisher bekannten Verfahren zum Zerkleinern und Einnischen
von Feststoffteilchen in Flüssigkeiten wurde entweder das Mischgut mit Hilfe einer
Kolbenpumpe durch die Spalte eines Hohlkonuskörpers gedrückt, in dem zentrisch einstellbar
ein entsprechender Gegenkegelkörper angeordnet war. Die Spaltweite zwischen diesen
beiden Körpern konnte durch axiale Verschiebung des Gegenkegels verändert werden.
Da beide Körper feststehen, ist zwischen der durch eine Kolbenpumpe durchgepreßten
Flüssigkeit und der Außen- und Innenwand der beiden konischen Körper eine Relativgeschwindigkeit
vorhanden.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird mit rotierenden konischen
Scheiben gearbeitet, die mit einem gewissen Spalt in einem entsprechenden kegeligen
Gehäuse eingebaut sind, wobei der Spalt ebenfalls verstellbar ist. Auch bei diesem
Verfahren muß dieFlüssigkeit, wenn auch mit wesentlich niedrigerem Druck als bei
dem erstgenannten, unter Druck zugeführt werden - es ist also auch eine Pumpe notwendig.
Man erzielt aber hierbei den großen Vorteil, daß eine verhältnismäßig kleine Flüssigkeitsgeschwindigkeit,
die durch Pumpendruck zu erzeugen ist, mit einer sehr hohen Umfangsgeschwindigkeit
der rotierenden Scheibe vektoriell zu einer großen resultierenden Geschwindigkeit
zusammengesetzt wird. Der weitere Vorteil, daß man im kontinuierlichen Verfahren
arbeiten kann, wird wieder durch den Nachteil aufgewogen, daß die Maschinen auf
das Bearbeitungsgut und die Bearbeitungsqualität in jedem Fall besonders abgestimmt
sein müssen. Dagegen hat das erstgenannte Verfahren, das nicht kontinuierlich ist,
den beachtlichen Vorteil, daß die Bearbeitungsgüte in weiten Grenzen durch die Bearbeitungszeit
bestimmt werden kann, d. h., daß dieses Verfahren universell anwendbar ist.
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Um die eingangs geschilderten Forderungen nach einer möglichst hohen
Relativgeschwindigkeit zwischen einem Festkörper und der Flüssigkeit und nach einem
möglichst kleinen Spalt zu erfüllen, wobei gesichert ist, daß das gesamte Gut dieser
Flüssigkeitsreibung unterworfen wird, zum Zwecke einer weitgehenden Zerkleinerung
und einer guten elektrostatischen Aufladung, wird auch der Rotor auf seiner Oberseite
im Bereich der äußeren Durchmesserzone mit einem konischen Halsring versehen.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Kolloidmühle der genannten
Art der konische Teil des Rotors im Verhältnis zum konischen Gehäusemantel eine
geringe Axialerstreckung aufweist und der Gehäusemantel in Richtung des Mahlspaltes
s2 verläuft.
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Durch die Erfindung wird eine besonders gute Möglichkeit der Wärmeableitung
geschaffen. Da das Gut nur durch den Spalt s2 in den anschließenden konischen Behälter
eintreten kann, wird es einmal im Spalt s1 einem intensiven Reibvorgang ausgesetzt
(die Verweilzeit innerhalb des Rotors ist bestimmt durch die Größe des Spaltes s2),
zum anderen wird es beim Austritt aus dem Rotor noch einem erhöhten
Scher-
und Reibvorgang im Spalt s2 'ünterzogen. Nach dem Austritt aus Spalt s2 wird der
Gutstrahl entlang des konischen Gehäusemantels spirälförrnig nach oben fließen.
Wegen der guten Relativgeschwindigkeit des Gutes gegenüber dem .Gehäusemantel kann
durch die vorgesehene Mantelkühlung die Reibungswärme entzogen werden, so daß die
Erwärmung des Gutes in erträglichen _ Grenzen bleibt.
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Die geringe axiale 'Erstreckung des konischen Rotors im Verhältnis.
zur konischen Behälterwand wird sich auch günstig auf den Energiebedarf der Mühle
auswirken. In der dünnen, aus -dem konischen Reibspalt austretenden Gutschrift werden
überdies infolge des hohen Geschwindigkeitsgradienten, der durch die Reibung an
der Behälterwand einerseits und an der ruhenden bzw. zurückströmenden Gutmasse andererseits
entsteht, zusätzliche Reib- und Mischeffekte auftreten.
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Damit ,sind durch die Erfindung Nachteile beseitigt, die bei den verschiedenen
bisher bekannten Arten von Kolloidmühlen vorhanden waren.
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In der Zeichnung ist die Mühle schematisch dargestellt.
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Abb. 1 ist ein Schnitt durch die Mühle, Abb. 2 eine Draufsicht auf
den Rotor: Das kegelstumpfförmige, doppelwandigeGehäusel der Mühle ist durch einen
Deckel 2 abgeschlossen, der das verstellbare Lager 3 der Rotorwelle 4 aufnimmt.
Die Rotorwelle 4 trägt unten den sternförmigen Rotor 5; der zur Übertragung der
Druck- und Strömungsenergie auf das Bearbeitungsgut dient, und weist einen konischen
Halsring 6 auf: Zwischen diesem Halsring 6 und dem unteren, sich an den kegelstumpfförmigen
Gehäusemantel IL anschließenden, ebenfalls doppelwandig ausgebildeten Zwischenstück
7 ist ein geringer Spalt s2 vorgesehen, der durch die Axialverschiebung der Rotorwelle
4 in bekannter Weise einstellbar ist. Der Spalt zwischen den Sternen S und dem lotrechten
Teil des Zwischenstückes 7 ist mit sl bezeichnet. Er bleibt unverändert bei jeder
Höheneinstellung der Rotorwelle 4. Ein unterer Abschiußdeckel 9 nimmt das Lager
für die Verbindungswelle 10 zum nicht dargestellten Antriebsmotor auf.
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Durch die Hohlräume des Gehäusemantels 1 und des Zwischenstückes 7
kann erforderlichenfalls eine , Kühlflüssigkeit geleitet werden. Beim Betrieb der
Mühle bewegt.sich das Gut im Sinne der eingezeichneten Pfeile, d. h., es wird auf
der Innenseite des Halsringes 6 eingesaugt. Die Rotorschaufeln $ beschleunigen das
Gut in radialer Richtung, und es entsteht, ähnlich wie bei einer Kreiselpumpe, im
, Ringraum unter dem Halsring 6 ein von der Drehzahl abhängiger Flüssigkeitsdruck.
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Das Gut tritt nur durch den Spalt s2 in den anschließenden konischen
Behälter. Es wird im Spalt s1 einem intensiven Reibvorgang ausgesetzt, und es wird
beim Austritt aus dem Rotor noch einem erhöhten Scher- und Reibvorgang im Spalt
s2 unterzogen. Nach dem Austritt aus Spalt s2 fließt der Gutstrahl entlang des konischen
Gehäusemantels 1 spiralförmig nach oben.
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Durch die Möglichkeit, die Rotorwelle von außen her während des -
Betriebes axial zu verstellen und damit den Spalt s2 etwa in den Grenzen von 1 bis
0;1 mm zu verändern, kann die Mühle zunächst mit großem Spalt angefahren werden,
um die Teile nach Art eines besonders intensiven Rührvorganges zu verwirbeln und
die gröbsten Festteile zunächst vorzuzerkleinern. Nach Abschluß dieses Vorganges
wird der Spalts, verringert, so daß eine Feinstzerkleinerung des Gutes möglich ist.
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Um die Spaltweite s2 zu verändern, können auch - bei unverschieblich
gelagerter Rotorwelle 4 in einem fest eingebauten Boden 9 - der Gehäusemantel 1
und das Zwischenstück ? axial verschoben werden, was die Lagerausbildung der Rotorwelle
4 vereinfacht.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Halsringes 6; bei der dem oberen
Halsring ein spiegelbildlich angeordneter unterer Halsring zugeordnet ist; wird
derAxialschub der beiden Halsringe aufgehoben und damit die Rotorwellenlagerung
vom Axialschub entlastet.
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Die Mühle kann auch mit Einrichtungen versehen sein, um ein kontinuierliches
Verfahren durchzuführen, wenn man Anschlüsse vorsieht, um das Gut einzufüllen und
nach dem Bearbeitungsvorgang wieder abzuführen.