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"Rührwerksmühle zum kontinuierlichen Dispergieren und Feinmahlen von
Stoffen in einem flüssigen bzw. verflüssigbaren Dispersionsmittel" Die Erfindung
betrifft eine Rührwerksmühle zum-kontinuierziehen Dispergieren und Feinmahlen-von
Stoffen in einem flüssigen bzw. verflüssigbaren Dispersionsmittel, bestehend aus
einem zylindrischen Behälter, in dessen Mahlraum koaxial eine umlaufend antreibbare,
mit Mischwerkzeugen besetzte Rührwerkswelle und eine Mahlkörperfüllung angeordnet
ist, wobei dem Mahlraum eine Einrichtung zum Mischen der Stöf~fe mit dem Dispersionsmittel
unmittelbar vorgeschaltet ist, gemäß P 25 40 726.5.
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Derartige Rührwerksmühlen zum kontinuierlichen Feinmahlen und/oder
Dispergieren, insbesondere von Feststoffen in Flüssigkeiten, sind beispielsweise
aus der DT-PS 1 109 988 bekannt, wobei festgehalten werden muß, daß der Anteil,
der dem Dispergieren einerseits und dem Feinmahlen andererseits im Laufe eines Prozesses
zukommt, regelmäßig unterschiedlich ist, d. h. in bestimmten Fällen kann das Dispergieren
im Vordergrund stehen und dem Mahlen nur eine geringe Bedeutung zukommen und umgekehrt.
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Derartige Rührwerksmühlen bestehen im allgemeinen' aus einem aufrechtstehenden
oder liegenden Mahlbehälter mit einem darin hochtourig umlaurenden, meist aus Scheiben
gebildeten Rührwerk. Als Mahlkörper dienen eine Füllung von Sand, Stahl- oder Glasperlen
od. dgl.
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Das Mahlgut wird an einem Ende dem Mahlbehältet der Rührwerksmühle
zugepumpt, um es am anderen Ende, nachdem es von den Mahlkörpern getrennt wurde,
wieder zu verlassen. Rührwerksmühlen muß erfahrungsgemäß vördispergiertes, pumpfähiges
Mahlgut -zugeführt werden. Zum Vormischen bzw. Vordispergieren werden im allgemeinen
großvolumige Mischmaschinen bzw. Rührwerke eingesetzt, in welchen beispielsweise
Feststoffe und Flüssigkeiten miteinander in-Kontakt gebracht werden. Abgesehen von
dem enormen apparativen-Aufwand,- den solche Vormischmaschinen erfordern, ist die
Qualität der-Vormischung nicht so gut, als daß nicht noch erfahrungsgemäß eineerhebliche
Zahl-von Feststoff-Agglomeraten erheblicher Größe vorhanden wäre, -da bei solchen
Mischgeräten die Mischgutkomponenten nur mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit
erfaßt werden. Anschließend an den Mischprozess wird das Mahlgut-Flüssigkeits-Gemisch
über Dosierpumpen und Rohrleitungen der Rührwerksmühle zugeführt. Die Leistung der
Rührwerksmühle wird aber wegen der erwähnten Feststoffagglomeräte erheblich geschmälert,
ganz abgesehen von den dadurch bedingten Schwierigkeiten in den Dosierpumpen und
Rohrleitungen.
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Aus der- DT-PS 1- 227 767 ist es bereits bekannt, im unteren Bereich
des-Behälters einen Vormischraum durch ein Sieb vom eigentlichen Mahlraum abzutrennen.
In
diesen Vormischraum werden Dispersionsflüssigkeit und Feststoffe
jeweils getrennt eingegeben, wobei zur Eingabe der Feststoffe Dosierschnecken vorgesehen
sein können.
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Die Vormischung erfolgt mittels an einer Verlängerung der Rührwerkswelle
angebrachten Mischwerkzeugen oder mittels eines gesonderten und gesondert angetriebenen
Mischwerkes. Es hat sich gezeigt, daß die Feststoffe in den Förderschnecken brikettieren
bzw. agglomerieren, da in den Förderschnecken regelmäßig allein aufgrund des Förderns
gegen den statischen Druck der Rührwerksmühle erhebliche Drücke auftreten. Diese
Agglomerate können in dem Vormischraum nicht ausreichend zerkleinert werden, so
daß diese bekannte Rührwerksmühle nicht befriedigend arbeitet. Des weiteren wird
das Trennsieb zwischen Vormischraum und Mahlraum, das aufgrund des regelmäßig geringen
Durchmessers der Mahlkugeln (o,) bis 5 mm) feinmaschig sein muß, von diesen Agglomeraten
verstopft, wodurch die Rührwerksmühle dann endgültig nicht mehr betriebsfähig ist.
Außerdem tritt bei diesen Förderschnecken sehr oft ein Verstopfen auf, so daß die
Förderschnecken nicht mehr fördern, sondern stehenbleiben.
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Aus der DT-AS 1 249 649 ist es bekannt, dem Mahlraum einer Rührwerksmühle
pastenförmiges Mahlgut, das nicht mit einem zusätzlichen Dispersionsmittel gemischt
wird, mittels einer Förderschnecke zuzufördern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art so auszugestalten,
daß mit geringem apparativen
Aufwand eine zuverlässige Vormischung von Stoffen und Dispersionsmitteln erreicht
wird, ohne daß die Gefahr einer Blockierung der Mühle eintritt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Mahlraum
als Einrichtung zum Mischen der Stoffe mit dem Dispersionsmittel eine Mischschnecke
vorgeschaltet ist, der wiederum getrennte Dosiereinrichtungen für Stoffe und Dispersionsmittel
unmittelbar vorgeschaltet sind. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht,
daß in der Mischschnecke eine ausgezeichnete, weitgehend agglomeratfreie kontinuierliche
Vormischung der Stoffe und des Dispersionsmittels erfolgt.
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Dadurch, daß das Dispersionsmittel unmittelbar mit in die Mischschnecke
eingegeben wird, ist ausgeschlossen, daß die in der Regel aus Feststoffen bestehenden
Stoffe agglomerieren oder brikettieren und die Schnecke verstopfen. Es ist weiterhin
ausgeschlossen, daß die vorgemischten Stoffe und das Dispersionsmittel sich auf
dem Weg zum Mahlraum wieder trennen, da sie unmittelbar aus der Schnecke heraus
in die Behandlung im Mahlraum überführt werden, der zu 40 bis 8o % mit MahlhiXSkörpern
gefüllt ist.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde, die in eingehenden
Versuchen erhärtet wurden: Wird eine kontinuierlich arbeitende Mischmaschine beispielsweise
eine Schneckenmaschine kontinuierlich mit z. B. einem pulverförmigen Feststoff und
einem dazugehörenden z. B. flüssigen Dispersionsmittel im richtigen
Verhältnis
dosiert -beschickt, so kann man die Schnecken maschine mit einem Mengendurchsatz
betreiberí, der dem Vielfaehen: des sonst üblichen entspricht. Bei diesem Verfahren
wird unter dem Einfluß der unmittelbaren Sch-erkrafteinwirkung die Bildung von Sekundäragglomeraten
der pulverförmigen Feststoffkomponenten vermieden. Erfindungsgemäß wird die so entstandene,
vorbehandelte Mischung ohne zeitliche und räumliche Unter brechung unmittelbar einer
Rührwerksmühle zum Feindispergieren und Feinmahlen zugeführt. Dabei stellt man fest,
daß durch das direkte Ineinanderübergehen von Misch- und Mahlprozeß die Rührwerksmühle
in ihrer Arbeitsleistung wesentlich gesteigert wird und ein viel einheitlicheres
Endprodukt liefert als bei den herkömmlichen Verfahren, wo nach dem Vormischprozeß
in großvolumige'n Mischbehältern bzw. Rütirkesseln sowohl ein wesentlich schlechteres
Ausgangsprodukt für die Rührwerksmühle erzeugt wird, als auch Rezepturverschiebungen
durch Entmischungsvorgänge in den Rührkessel selbst und/oder in den Rohrleitungen
und Pumpen unvermeidbar sind, abgesehen von den dadurch bedingten Störungen und
Betriebsausfällen.
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Die Erfindung soll an einem Beispiel erläutert werden.
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Es soll eine Druckfarbe, bestehend aus 200 kg Ruß und 800 kg Bindemittel
hergestellt werden. Die herkömmliche Verfahrensweise sieht vor, Ruß und Bindemittel
zunächst vorzumischen. Man verwendet dazu einen Mischkessel von ca. 1500 Liter Inhalt
und ein Mischgerät,
und welches als Dissolver bekannt 4 n der betrieblichen
Praxis ü-b-li-ch ist. Für den genannten Ansatz. wird -ein Dissolver mit einer Antriebsleistang
von 60 PS notwendig. Man legt zunächst -das Bindemittel in dem Mischkessel vor und
gibt den- Ruß während des laufes des Dissolvers kontinuierlich zu. Um eine Vormischung
zu erzielenj wie sie normalerweise- als Aufgabengut für Rührwerksmühlen gefordert
wird, benötigt man eine Laufzeit des Dissolvers von 40 min. Im Anschluß an die Vormischung
wird das Dispergiergut. mit einer entsprechenden Dosierpumpe aus dem -Sumpf des
Mischkessels gesaugt und einer Rührwerksmühle mit'einem Mahlbehälterinhalt von 125
Liter zudosiert. Die Rührwerksmühle dieser Größe ist ausgerüstet mit einem Antriebsmotor
von 122 PS. ?ür das Feinmahlen des genannten Ansatzes in der Rührwerksmühle wird
eine Gesamtdurchlaufzeit von 1. Std. 20 min. benötigt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine ebenfalls erfindungsgemäße
Vorrichtung eingesetzt dergestalt, daß eine Schneckenmaschine mit einer Antriebsleistung
von 15-PS mit dem Mahlbehälter einer Rührwerksmühle mit einem Mahlbehälterinhalt
von 125 Liter festverbunden ist, d. h., daß der Mischraum der Schneckenmaschine
ohne räumliche Trennung in den Mahlraum der Rührwerksmühb übergeht. Der Rührwerksmühlenteil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit denselben Elementen bestücktes wie die
obige Rührwerksmühe nach dem herkömmlichen Verfahren. Nun wird aber sowohl das Bindemittel
als auch der für die Herstellung der Druckfarbe benötigte Ruß in einem
kontinuierlichen
Strom im richtigen Mengenverhältnis, nämlich 4 : 1, kontinuierlich und unmittelbar
der Schneckenmaschine aufgegeben. In der Schneckenmaschine erfahren die genannten
Komponenten eine kontinuierliche intensive Mischung, welche direkt in einen Mahlprozeß
innerhalb der Rührwerksmühle übergeht. Überraschenderweise wird nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung eine Durchlaufzeit von nur'einer Stunde
benötigt. Das überraschende besteht darin, daß durch das ohne räumliche und zeitlicheUnterbrechung
ineinanderübergehende Mischverfahren in ein Mahlverfahren die Arbeitsleistung der
Rührwerksmühle wesentlich verbessert wird, obwohl für die Vormischung ein wesentlich
geringerer Energieaufwand eingesetzt wird als bei dem oben beschriebenen Verfahren.
Es kommt außerdem hinzu, daß die Dosier- und Steuereinrichtung der kontinuierlich
arbeitenden Mischschnecke gleichzeitig als Steuereinrichtung für die Rührwerksmühle
verwendet wird, so daß der hierbei bekannte Aufwand an zusätzlichen Geräten entfällt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht die Verwendung einer
Schneckenmaschine vor, die als ein- oder mehrwellige Scherkräfte erzeugende Mischschneckenmaschine
ausgebildet ist und das Misch- bzw. Mahlgut unter Druck der Rührwerksmühe übergibt.
Der Einbau von wendeltreppenförmig angeordneten Kurvenscheiben kann zusätzlich günstige
Mischeffekte erzeugen.
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Für bestimmte Mischaufgaben ist es besonders vorteilhaft, wenn einzelne
Komponenten der Gesamtmischung oder Teile derselben nicht unmittelbar über dem Einlauftrichter
der
Schneckenmaschine zugegeben werden, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt der
Schneckenmaschine oder der Rührwerksmühle zudosiert werden.
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Man wird deshalb an der Schneckenmaschine gegebenenfalls eine weitere
Dosiereinrichtung beispielsweise in der zweiten Hälfte der Schneckenlänge anbringen.
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Wenn die Mischschneckenmaschine mit einer Einrichtung zur Zwangsförderung
versehen ist, dann kann völlig ausgeschlossen werden, daß auch bei stark klebenden
Stoffen sich die Schnecke zusetzt. Eine solche Zwangsfördereinrichtung kann durch
ein mit der Schneckenwindung kämmendes frei mitlaufendes Zahnrad gebildet sein.
Sie kann aber auch durch auf einer geschlossenen Bahn umlaufenden, in die Schneckenwindung
eingreifende Kugeln gebildet werden. Der gleiche Effekt einer Zwangsförderung wird
auch erreicht, wenn die Mischschneckenmaschine zweiwellig ausgebildet ist und die
beiden Schnecken ineinandergreifen, d. h. bei gegensinnigem Antrieb auch gegensinnig
verlaufende Steigungen der Schneckenwindungen aufweisen. In diesem Fall ist es zweckmäßig,
wenn nur eine der beiden Schnecken in die Rührwerkmühle einmündet, damit nicht Mahlkörper
im Bereich der Einmündung in die Rührwerksmühle zwischen die Schnecke geraten und
dort zermahlen werden können. In jedem Fall wird der Mischeffekt den Mischschnecken
im wesentlichen durch die Scherwirkung der Schnecken hervorgerufen, der im wesentlichen
wiederum durch ein relativ geringes Spiel zwischen Schneckenwindung und Schneckengehäuse
hervorgerufen wird. Der große Vorteil der Mischschnecken liegt weiterhin noch
darin,
daß sie auch mit Teilfüllung betrieben werden können, d. h. es bedarf keinerlei
Anpassung der Mischschnecken an unterschiedliche Durchsatzleistungen der Rührwerksmühle.
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Zur Anpassung an die unterschiedlichen Viskositäten der Misch- bzw.
Mahlgüter wird man bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Mahlkörpertrenneinrichtung
der Rührwerksmühle den entsprechenden Viskositäten anpassen. Bei niedrigen bis mittleren
Viskositäten wird zur Mahlkörpertrennung ein beispielsweise zylinderförmiges Sieb
am Auslaß der Rührwerksmühle ausreichend sein. Bei hohen Viskositäten empf-iehlt
sich die Verwendung einer sogenannten Ringspalttrenneinrichtung, die aus einem am
Mahlbehälter befestigten Ring und einer mit der Rührwelle umlaufenden Scheibe gebildet
wird, wobei zwischen Ring und Scheibe eine bestimmte Spaltweite eingestellt wird.
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In besonderen Fällen kann es sinnvoll sein, an der Rührwerksmühle
eine zusätzliche Schneckenmaschine für ein weiteres Nachhomogenisieren vorzusehen.
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Aus den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen gehen
weitere Einzelheiten der Erfindung hervor. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine liegende
Rührwerksmühle mit vorgeschalteter Mischschnecke, bei der Schneckenwelle und Rührwerkswelle
miteinander fluchtend verlaufen,
Fig. 2 eine stehende, von unten
nach oben durchströmte Rührwerksmühle mit horizontal'am unteren Ende angebrachter
Mischschnecke, Fig. 5 eine Mischschnecke mit einer aus einem Zahnrad bestehenden
Zwangsfördereinrichtung, Fig. 4 eine Mischschnecke mit auf einer geschlossenen Bahn
umlaufenden Kugeln als Zwangsfördereinrichtung und Fig. 5 eine zweiwellige Mischschnecke.
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Die Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Dabei bezeichnet A eine Mischschneckenmaschine, B eine unmittelbar anschließende
Rührwerksmühle. Die Schneckenmaschine mit einer Schnecke 1 ist in einem Gehäuse
2 untergebracht, welches mit einem Doppelmantel 3 mit einer Eintrittsöffnung 4 und
einer Austrittsöffnung 5 für eine Flüssigkeit zum Heizen oder Kühlen versehen ist.
Die Schnecke 1 befindet sich auf einer Welle 6, welche in Lagern 7 geführt ist.
Der Antrieb ist in dieser Figur durch ein Antriebsritzel 6 angedeutet.
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An der Antriebsseite ist das Gehäuse 2 der Schneckenmaschine von einem
Zufutirtrichter 9 unterbrochen. Zwei Dosiereinrichtungen lo und 11 führen das Misch-
bzw.
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Mahlgut der Mischschneckenmaschine zu. Es werden in dieser Fig. 1
zwei Dosiereinrichtungen für die Dosierung von rieselfähigen Feststoffen dargestellt,
wobei einer
der Feststoffe ein durch beispielsweise Temperatureinwirkung-
und/oder Druck verflüssigbares Dispersionsmittel beispielsweise Wachs sein kann,
in welchem der andere Feststoff dispergiert bzw. gemahlen wird.
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Die horizontal angeordnete Rührwerksmühle B besteht aus einem mit
dem Gehäuse 2 der Schneckenmaschine verbundenen Mahlbehälter 12 mit Doppelmantel
15 mit der Eintrittsöffnung 14 und Austrittsöffnung 15 für eine Flüssigkeit zum
Heizen bzw. Kühlen. Eine Rührwerkswelle 16 ist in diesem Falle mit der Antriebsachse-6
der Schneckenmaschine fest verbunden. Auf der RUhrwerkswelle 16 sind Rührscheiben
17 befestigt. Mahlkörper 18 füllen einen bestimmten Teil des Mahlbhälters 12 aus,und
zwar etwa 40 bis bo %. Die Form der Rührscheiben 17 ist an das jeweils zu behandelnde
Gut angepaßt, ebenso Art, Menge und Größe der Mahlkörper 18.
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Zur Trennung der Mahlkörper von dem Mahlgut dient eine am anderen
Ende des Behälters angeordnete Trenneinrichtung, hier bestehend aus einer sogenannten
Ringspalttrenneinrichtung, welche aus einem an dem Mahltrog befestigten Ring 19
und einer mit der Rührwelle 16 umlaufenden Scheibe 20 gebildet wird. Zwischen Ring
und umlaufender Scheibe wird ein Spalt eingestellt, der gleich oder kleiner als
der halbe Durchmesser des kleinsten, verwendeten Mahlkörpers ist.
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Die Fi. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemade Vorrichtung,
wobei Schneckenmaschine Al und Rührwerksmühle B' winkelig zueinander angeordnet
sind.
Die horizontal verlaufende Schneckenmaschine A" und die stehende von unten nach
oben durchströmte Rührwerksmühle Bl besitzen in diesem Falle hier nicht naher dargestellte
eigene Antriebe mit gleicher oder unterschiedlicher Drehzahl. In dem Gehäuse 26
der Schneckenmaschine A' befindet sich eine Schnecke 27 auf einer Welle 28. Die
Lagerung der Schneckenwelle ist hier nicht gezeichnet. Das Gehäuse 26 mit Doppelmantel
29 mit der Eintrittsöffnung o und der Austrlttsoffnung 71 ist an der Antriebsseite
von einem Einlauftrichter 32 unterbrochen. Die Schneckenmaschine AT ist unmittelbar
mit dem Mahlbehälter 3) der Rührwerksmühle B' verbunden. Der Mahlbhälter 55 ist
mit einem Doppelmantel 54 mit einer Eintrittsöffnung 55 und einer Austrittsöffnung
56 für eine Flüssigkeit zum Kühlen oder Heizen versehen. Die Rührwerkswelle 57 mit
Rührscheiben 58 und einer Lagerung 39 läuft in Anwesenheit der Mahlkörper 40 in
dem Mahlbehälter 55 um. Auch hier entspricht die Form der Rührscheiben 58 und Art,
Menge und Größe der Mahlkörper 40 dem jeweiligen Misch- bzw. Mahlgut. Am oberen
Ende des Mahlbehälters 55 dient eine Trenneinrichtung 41, hier als Zylindersieb
dargestellt, zum Abscheiden der Mahlkörper 40 von dem Mahlgut. Es verläßt über einen
Auslauf 42 die Rührwerksmühle B'.
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Für die kontinuierliche Dosierung der Feststoffkomponente dient eine
hier dargestellte Dosiervorrichtung 45, während das beispielsweise flüssige Dispersionsmittel
mit einer Dosierpumpe 44 über eine Rohrleitung 45 der Schneckenmaschine zugeführt
wird. Eine weitere, beispielsweise flüssige Komponente wird mit einer
Dosierpumpe
46 über eine entsprechende Leitung 47 in der zweiten Hälfte der Schneckenlänge der
Schneckenmaschine A' zugeführt.
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Für Fälle, wo das zu behandelnde Gut aus mehreren Feststoff- bzw.
Dispersionsmittelkomponenten besteht, muß selbstverständlich die Dosierung für jede
Komponente erfolgen. Es ist aber auch durchaus möglich, Stoffkomponenten, die ähnliche
Dosiereigenschaften aufweisen, vorher zusammenzufassen bzw. vorzumischen und gemeinsam
über nur ein Dosiergerät zuzugeben.
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Wie aus Fig. 5 erkennbar ist, ist in einer entsprechenden Ausbauchung
48 des Gehäuses 26 ein Zahnrad 49 um seine Achse 50 frei drehbar angeordnet, das
mit seinen Zähnen 51 in die entsprechend angepaßten Schneckengänge 52 der Schnecke
27' eingreift. Die Ausbauchung 48 ist auf ihrer Innenseite derart ausgestaltet,
daß die Spitzen der Zähne 51 nur wenig Spiel gegenüber der Innenwand 53 der Ausbauchung
48 aufweisen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, füllt mindestens ein Zahn 51
den entsprechenden Schneckengang 52 fast vollständig aus, so daß von dieser Stelle
her eine Zwangsförderung der in der Schnecke befindlichen Stoffe zur Rührwerksmühle
hin erfolgt.
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Bei der Variante nach Fig. 4 weist die Schnecke 27 Schneckengänge
54 zwischen den Schneckenwindungen )tr5 auf, die einen kreisbogenförmigen Querschnitt
aufweisen.
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Im Gehäuse 26 ist eine Ausbauchung 56 vorgesehen, in der
ein
umlaufender Gang 5d angebracht ist. Dieser umlaufende Gang 58 ist mit Kugeln gefüllt,
die sich jeweils in die Schneckengänge 54 legen und hierdurch'die Schneckengänge
sperren, so daß wiederum eine Zwangsförderung bewirkt wird. Die einzelnen Kugeln
59 laufen hierbei im Gegenuhrzeigersinn um. Sie werden seitlich durch die entsprechenden
Seitenwandungen der Bahn 58 geführt.
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Bei der Variante nach Fig. 5 ist eine zweiwellige Schneckenmaschine
vorgesehen, bei'der die Schneckenwindungen 60 bzw. 61 der beiden Schnecken 62 bzw.
65 ineinandergreifen und gegeneinander abrollen. Die eine Schnecke 63 endet vor
der Einmündung in die Rührwerksmühle, wodurch einerseits eine Zwangsförderung und
gute Vormischung erzielt wird, andererseits aber die Gefahr ausgeschlossen wird,
daß Mahlhilfskörper 40 zwischen die Windungen 60 bzw. 61 der beiden Schnecken 62
bzw. 63 kommen.
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- Ansprüche -