EP0184992B1 - Kugelmühle - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Ringspalt Kugelmühle zum kontinuierlichen Zerkleinern und Dispergieren eines in einer Flüssigkeit mitgeführten festen Mahlgutes, mit einem ringspakförmigen, rotationssymmetrischen Mahlraum, welcher zwischen einem Stator und einem mit einem Antrieb gekoppelten Rotor gebildet wird, beidseits der vertikalen Mittelachse einen mindestens annähernd V-förmigen Querschnitt aufweist und mit einem Einlauf und einem Auslauf für das Mahlgut versehen ist, wobei der Mahlraum teilweise mit im geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Mahlkugeln gefüllt ist, die im Betrieb der Kugelmühle zusammen mit dem Mahlgut unter dem Einfluss der Rotordrehung kontinuierlich umlaufen.
• Eine Kugelmühle der hier in Betracht kommenden Bauart ist beispielsweise in der DE-A-2 811 899 beschrieben. Das Mahlgut, beispielsweise eine mehr oder weniger dünnflüssige Masse, durchströmt den von zwei annähernd "gugelhupfförmigen" Mantefflächen begrenzten Mahlraum und wird dabei von den mitgeführten Mahlkugeln zerkleinert bzw. dispergiert. Vor dem Mahlgutauslauf werden die Mahlkugeln vom Mahlgut getrennt und dem Mahlraum wieder zugeleitet.
• Im Hinblick auf die Erzielung eines optimalen Mahleffektes müssen bei konstanter Kugelgrösse die einander widersprechenden Forderungen in Einklang gebracht werden, dass einerseits eine möglichst kurze Umlaufzeit der Mahlkugeln, andererseits ein hoher Mahlkugeln-Füllgrad vom 75 bis 80 % erreicht werden sollten. Ein derart hoher Füllgrad führt bei Verwendung der bisher bekannten Kugelmühlen zu unzulässig hohen Umlaufzeiten; andererseits wäre die Realisierung eines derart optimalen Füllgrades im Hinblick auf eine optimale Vermahlung wünschenswert.
• Die Praxis zeigt somit, dass einer optimalen Füllgraderhöhung durch die damit verbundene rapide Abnahme der Umlaufgeschwindigkeit eine deutliche Grenze gesetzt wird. Bei relativ hohen Füllgraden ergibt sich ferner die Schwierigkeit, dass die Mahlkugeln während der Stillstandzeiten eine feste Masse bilden, welche ein ausserordentlich hohes Anlaufdrehmoment erfordert und in extremen Fällen die Mühle überhaupt blockiert.
• Um diese Nachteile zu beheben und insbesondere ein sicheres Anlaufen der Kugelmühle bei relativ hohem Füllgrad zu erzielen, wurde bereits vorgeschlagen (DE-A-3 022 809), die lichte Weite des Mahlspaltes während des Anfahrvorganges um 0,1 bis 0,5 mm zu verbreitern, um dadurch die Haftkräfte zwischen den den Mahlraum begrenzenden Wänden von Rotor und Stator herabzusetzen. Der mit dieser Lösung verbundene konstruktive Aufwand ist jedoch erheblich.
• Eine positive Beeinflussung der Umlaufgeschwindigkeit der Mahlkörper soll auch durch die in der europäischen Patentanmeldung 111 703 beschriebenen Erfindung erzielt werden, gemäss welcher für die Rückführung der Mahlkörper ein gesondertes Förderorgan eingesetzt ist und damit auch wieder eine aufwendige und kostspielige Mühlenkonstruktion in Kauf genommen werden muss.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelmühle der vorgenannten Art vorzuschlagen, welche bei kurzer Umlaufzeit (bzw. hoher Umiaufgeschwindigkeit) der Mahlkugeln einen hohen Mahlkugelnfüllgrad zulässt und damit eine gegenüber den bekannten Konstruktionen verbesserte Vermahlung bei höherem Gesamtwirkungsgrad ergibt. Auch soll gleichzeitig das Anlaufen der Kugelmühle trotz relativ hohen Füllgrades unabhängig von der Viskosität des Mahlgutes sichergestellt sein.
• Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 definierte Merkmalskombination gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet.
• Wie durch Versuche bestätigt wurde, bringt die erfindungsgemässe Ausbildung der Kugelmühle die folgenden überraschenden Resultate:
• - Die allmähliche bzw. stufenweise Erweiterung des Mahlraumes in Förderrichtung bringt ein entsprechendes Anwachsen des Mahlraumvolumens mit sich, da einerseits die den Mahlraum begrenzenden Wände und andererseits die Vergrösserung des Füllgrades der Mahlkugeln für mehr Berührung und gegenseitige Friktionswirkung sorgen.
• - Dank dem wachsenden Mahlraumquerschnitt erreicht diese Verbesserung der Mahlwirkung in absolut wünschenswerter Weise gerade dort ihr Maximum, wo die vorgemahlenen feineren Partikel an sich schwer zu vermahlen sind.
• - Das Anlaufdrehmoment hält sich innerhalb beherrschbarer Grenzen, ohne dass ein durch zusätzliche Kupplungen etc. bedingter konstruktiver Aufwand erforderlich wäre.
• - Dank dem verbesserten Mahlkugelumlauf und der Vermeidung von Kugelstaus reduziert sich der Verschleiss der den Mahlraum begrenzenden Wände, der für die Lebensdauer der Kugelmühle ausschlaggebend ist.
• - Durch die Erweiterung des Mahlspaltes lassen sich Fertigungstoleranzen ohne das Risiko einer unerwünschten Mahlspaltverengung auffangen.
• Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
• Figur 1 ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Kugelmühle und
• Figur 2 zeigt anhand eines Diagrammes die Abhängigkeit zwischen Umlaufzeit und Mahlkugel-Füllgrad.
• Gemäss Figur 1 ist ein ortsfestes Gehäuse 1 (Stator) durch einen Deckel 2 verschlossen, in welchem in bekannter Weise ein aus einem Trennspalt gebildeter Mahlgutauslauf 3 vorgesehen ist. In den von zwei gegeneinander geneigten, annähernd kegelförmigen Begrenzungswänden 1 a und 1 b umgrenzten Raum ragt ein Mitnahmekörper 4 (Rotor), welcher ebenfalls von zwei praktisch konischen, gegeneinander geneigten Wänden 4a und 4b begrenzt wird und der über einen oberen, zentralen Steg 5 mit einer rotierend angetriebenen Welle 6 gekoppelt ist. Der zwischen dem Gehäuse 1 und dem Mitnahmekörper 4 gebildete, mit M bezeichnete Mahlraum ist über den Einlassspaft 7 mit einem Produkteeinlauf 8 verbunden. Ausserhalb des Gehäuses 1, oberhalb des Deckels 2, sowie innerhalb des als Hohlkörper ausgebildeten Mitnahmekörpers 4 befindet sich ein Kühlmedium K.
• Der ringspaftförmige Mahlraum M ist teilweise mit Mahlkugeln gefüllt und wird im Betrieb vom Mahlgut durchströmt, das durch den Einlassspaft 7 einströmt und den Mahlraum M durch den Auslassspalt wieder verlässt. Die im Kontakt mit dem rotierenden Mitnahmekörper 4 mitgenommenen Mahlkugeln zirkulieren im Mahlraum M mit dem Mahlgut, können denselben aber durch den Auslassspaft 3 nicht verlassen und kehren zwangsläufig durch Rückführkanäle 9 in den Mahlraum M zurück.
• Von der Einmündung der Einlasskanäle 7 bis zu der mit U bezeichneten Umlenkstelle, von welcher das Mahlgut über einen radial nach innen führenden Rückströmraum 10 zu den Auslasskanälen 3 strömt, ist der Mahlraumquerschnitt kontinuierlich vergrössert, was die eingangs aufgeführten Vorteile mit sich bringt. Diese Querschnittsverbreiterung kann einerseits in Übereinstimmung mit Figur 1 in Form einer stetigen, stufenlosen Querschnittszunahme bestehen; andererseits ist es aber auch möglich, den Mahlraum in mehrere, in Förderrichtung hintereinander liegende Abschnitte konstanten Querschnitts zu unterteilen, wobei der Querschnitt der einzelnen Abschnitte in Förderrichtung stufenartig anwächst.
• Ausschlaggebend für den durch Experimente bestätigten überraschenden Erfolg ist die Querschnittszunahme vom Einlass 7 bis etwa zu Stelle U, wodurch nicht nur das Anfahrverhalten, sondern auch der Mahlbetrieb in erheblichem Masse beeinflusst wird.
• Figur 2 veraschaulicht anhand eines Kurvendiagramms das Resultat durchgeführter Vergleichsversuche. Die Kurve I zeigt die Abhängigkeit der Umlaufzeit vom Füllgrad (prozentualer Anteil des Einfüllvolumens der Mahlkugeln am Gesamt-Mahlraumvolumen) einer bekannten Kugelmühle, wehrend Kurve II die mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Kugelmühle erzielten Ergebnisse wiedergibt. Es zeigt sich, dass die erfindungsgemässe Erweiterung des Mahlraumes bei gleicher Umlaufzeit einen erheblich grösseren Füllgrad zulässt, wodurch der Mahlvorgang ohne Zuhilfenahme aufwendiger Zusatzapparaturen erheblich intensiviert werden konnte.
• Die gemäss Ausführungsform nach Figur 1 vorzunehmende Erweiterung des Mahlraumes kann - als Abweichung von den bekannten parallelen Begrenzungswänden - zwischen 0,1 und 2° liegen, beträgt aber bevorzugt etwa 0,3°. Bei der erwähnten stufenförmigen Erweiterung sollte die jeweilige Spaltbreitendifferenz zweier benachbarter Mahlraumabschnitte zwischen 0,1 und 0,3 mm liegen.

Claims (4)

1. Ringspalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Zerkleinern und Dispergieren eines in einer Flüssigkeit mitgeführten festen Mahlgutes, mit einem ringspaltförmigen rotationssymmetrischen Mahlraum (M), welcher zwischen einem Stator (1) und einem mit einem Antrieb gekoppelten Rotor (4) gebildet wird, beidseits der vertikalen Mittelachse einen mindestens annähernd V-förmigen Querschnitt aufweist und mit einem Einlauf (7) und einem Auslauf (3) für das Mahlgut versehen ist, wobei der Mahlraum (M) teilweise mit im geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Mahlkugeln gefüllt ist, die im Betrieb der Kugelmühle zusammen mit dem Mahlgut unter dem Einfluss der Rotordrehung kontinuierlich umlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlraum (M) vom Mahlguteinlauf (7), in Förderrichtung des Mahlgutes gesehen, einen zunehmenden Querschnitt aufweist.

2. Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlraumquerschnitt vom Mahlguteinlauf (7) bis zur Einmündung (U) in einen oberen radial nach innen führenden Rückströmraum (10) kontinuierlich anwächst.

3. Kugelmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der den Mahlraum (M) begrenzenden Wände (1a, 1b; 4a, 4b) von einer parallelen Anordnung zwischen 0,1 und 2°, vorzugsweise etwa 0,3°, beträgt.

4. Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlraumquerschnitt in Richtung der Mahlgutförderung stufenweise zunimmt und der gesamte Mahlraum somit in mehrere Abschnitte konstanten Querschnitts unterteilt ist, der Mahiraumquerschnitt aber von Abschnitt zu Abschnitt in Förderrichtung wächst.

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