[0001] Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle sowie ein Verfahren zum Fein- und
Feinstmahlen eines Gutes, nämlich eine Rührwerkskugelmühle gemäss dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
[0002] Rührwerkskugelmühlen werden beispielsweise zur Zerkleinerung und Dispergierung von
Feststoffen in einer Flüssigkeitsphase oder zum Aufschluss von Mikroorganismen verwendet.
[0003] Auf dem Markt bekannte und für den kontinuierlichen Betrieb vorgesehene Rührwerkskugelmühlen
besitzen eine zylindrische oder konische, horizontal- oder vertikalachsige Mahlkammer,
deren Gehäuse aus einer Längswand und zwei an den beiden Enden der Längswand angeordneten
Abschlusswänden gebildet ist. Die eine Abschlusswand weist dabei einen zum Zuführen
des Mahlgutes dienenden Gut-Einlass und die andere Abschlusswand einen zum Abführen
des Gutes dienenden Gut-Auslass auf.
[0004] In der Mahlkammer ist zudem ein um die Kammerachse drehbares Rührwerk angeordnet,
das dazu dient, die in der Mahlkammer vorhandenen Mahlkörper radial zur Rührwelle
zu befördern und dadurch das kontinuierlich durch die Mahlkammer hindurchgeleitete
Gut durch Stoss- und Scherkräfte zu zerkleinern. Dazu besitzen die in den bekannten
Rührwerkskugelmühlen eingebauten Rührwerke mehrere, koaxial zur Kammerachse drehbare
Rührorgane. Diese haben beispielsweise die Form einer Scheibe mit einer im wesentlichen
kreisförmigen Umlaufslinie und sind durch in die Umlaufslinie mündende Schlitze in
spitz zulaufende, sich in tangentialer Richtung erstreckende Zinken unterteilt.
[0005] Beim kontinuierlichen Betrieb von bekannten, horizontal- und vertikalachsigen Rührwerkskugelmühlen
werden die Mahlkörper durch den Strom des zu mahlenden Gutes in Richtung des Gut-Auslasses
mitgeschleppt, wodurch sich die Mahlkörper im Bereich des Gut-Auslasses anhäufen und
ihre Mahl- und Dispergierwirkung dadurch verlieren, dass sie nicht mehr durch die
Rührorgane des Rührwerkes bewegt werden. Die sich während des Mahl- und Dispergierprozesses
im Bereich des Gut-Auslasses anhäufenden Mahlkörper behindern das kontinuierliche
Auslaufen des Produktestromes, was eine Erhöhung des Kammerinnendruckes zur Folge
hat. Diese Erhöhung des Kammerinnendruckes bewirkt schliesslich, dass die Mahlkörper
sowie auch die Rührorgane während des Mahl- und/oder Dispergiervorganges einem verhältnismässig
grossen mechanischen Verschleiss ausgesetzt werden und dass zur Erhaltung eines gleichförmig
aus der Mahlkammer auslaufenden Produktestromes die zur Bewegung der Rührorgane notwendige
Rührwerksleistung erhöht werden muss. Das Anhäufen von Mahlkörpern im Bereich des
Gut-Auslasses bewirkt ferner eine Erhöhung der Mahltemperatur, was sich zudem nachteilig
auf die Qualität des herzustellenden Produktes auswirken kann.
[0006] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerkskugelmühle zu schaffen,
die Nachteile der bekannten Rührwerkskugelmühlen nicht aufweist und insbesondere ermöglicht,
ein Gut schonend und gleichmässig zu vermahlen.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Rührwerkskugelmühle mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
[0008] Die Erfindung betrifft ferner ein mit dieser Rührwerkskugelmühle durchführbares Verfahren,
das durch die Merkmale des Anspruchs 14 definiert ist.
[0009] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Rührwerkskugelmühle und des Verfahrens gehen aus
den abhängigen Ansprüchen hervor.
[0010] Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
In der Zeichnung zeigt
die Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zylindrischen Mahlkammer,
die Figur 2 eine Draufsicht auf ein in der Figur 1 dargestelltes Rührorgan,
die Figur 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Mahlkammer,
die Figur 4 eine Draufsicht auf ein in der Figur 3 dargestelltes Rührorgan,
die Figur 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Mahlkammer,
die Figur 6 eine Draufsicht auf ein Teil eines in der Figur 5 dargestellten Rührorganes,
die Figur 7 eine Draufsicht auf ein anderes in der Figur 5 dargestelltes Rührorgan;
die Figuren 8 und 9 zeigen eine Draufsicht auf zwei weitere Ausführungsformen eines
Rührorganes.
[0011] Die in der Figur 1 nur zum Teil dargestellte und als ganzes mit 1 bezeichnete Mahlkammer
einer Rührwerkskugelmühle weist ein Gehäuse 2 mit einer horizontalen Achse 3 auf.
Das Gehäuse 2 besitzt dabei eine längliche, im wesentlichen zylindrische Längswand
4 sowie zwei an beiden Enden der Längswand 4 angeordnete Abschlusswände 5 und 6, von
denen die Abschlusswand 5 einen zum Zuführen des Mahlgutes dienenden Gut-Einlass 8
und die Abschlusswand 6 einen zum Abführen des Gutes dienenden Gut-Auslass 9 aufweist.
[0012] Im Innenraum 7 ist ferner ein Rührwerk 10 angeordnet, das vier entlang der Achse
3 verteilte, Schaufelrad-artige Rührorgane 12 aufweist und durch eine in der Zeichnung
nicht dargestellte Antriebsvorrichtung gedreht werden kann. Die zur Achse 3 koaxiale
Welle 11 des Rührwerkes 10 ist dabei mit seinem, die Abschlusswand 6 durchstossenden
Ende an der Antriebsvorrichtung befestigt.
[0013] Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, besitzt jedes Rührorgan 12 eine der
Abschlusswand 6 zugewandte Scheibe 12a, eine zu dieser parallel angeordnete, der Abschlusswand
5 zugewandte ringförmige Scheibe 12b mit einer zur Achse 3 koaxialen Öffnung 12d sowie
mehrere, die beiden Scheiben 12a und 12b miteinander verbindende und als Schaufeln
12c ausgebildete Förderelemente. Letztere sind im Längsschnitt bogenförmig und verbinden
die Scheiben 12a und 12b miteinander.
[0014] In der Abschlusswand 6 der Mahlkammer 1 ist schliesslich ein über eine Auslaufleitung
15 mit dem Auslass 9 verbundener, hier als Ringspalt 14 ausgebildeter Trennmechanismus
vorhanden, der so bemessen ist, dass das gemahlene Gut aus dem Innenraum 7 ausströmen
kann, die zum Mahlen dienenden Mahlkörper 13 jedoch zurückgehalten werden.
[0015] Beim Betrieb einer die Mahlkammer 1 aufweisenden Rührwerkskugelmühle wird durch den
Einlass 8 ein zu mahlendes oder in einer Flüssigkeit zu dispergierendes Gut in flüssiger
Form kontinuierlich in den Innenraum 7 der Mahlkammer 1 befördert und in diesem zum
Auslass 9 geführt. Hierbei kann es sich beispielsweise um Farbstoffsuspensionen, Lackfarben,
Druckfarben, Agrochemikalien, Füllstoffsuspensionen, Video-Tape-Beschichtungsmassen,
Kosmetika, Nahrungsmittel oder Mikroorganismen handeln. Die im Innenraum 7 der Mahlkammer
1 vorhandenen Mahlkörper 13 vermahlen und/oder dispergieren während des Betriebes
der Rührwerkskugelmühle das kontinuierlich durch die Mahlkammer 1 hindurchgeleitete
Gut, worauf das in der Mahlkammer erzeugte Produkt diesen - in einem kontinuierlichen
Flüssigkeitsstrom - durch den Trennmechanismus 14 verlässt.
[0016] Die sich während des Mahl-und/oder Dispergierprozesses in Pfeilrichtung 16 drehenden
Rührorgane 12 sind nun derart ausgebildet und bemessen, dass fortlaufend ein Teil
des aus den Mahlkörpern 13 und dem zu mahlenden und/oder zu dispergierenden Gut gebildeten
Gemisches in Pfeilrichtung 17 radial nach aussen befördert wird, worauf mindestens
ein Teil des Gemisches in Pfeilrichtung 18 zur Öffnung 12d und von dort zurück in
den Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 12a und 12b strömt, bzw. in diesen eingesaugt
wird. Dadurch und dadurch, dass die Geschwindigkeit, mit der das genannte Gemisch
radial bewegt wird, vorzugsweise grösser ist als die Geschwindigkeit des durch die
Mahlkammer 1 hindurchgeleiteten Gutes - wodurch ein Mitschleppen von Mahlkörpern 13
durch das axial durchfliessende Gut vermieden wird -, kann sich eine gleichmässige
Verteilung der Mahlkörpern 13 im Innenraum 7 einstellen. Die Geschwindigkeit, mit
der die Mahlkörper 13 radial bewegt werden, kann dabei beispielsweise um etwa einen
Faktor drei bis sieben grösser sein als die Geschwindigkeit, mit der das zu mahlende
Gut durch die Mahlkammer 1 hindurchströmt.
[0017] Die in den Figuren 3 und 5 dargestellte und als ganzes mit 21 bezeichnete Mahlkammer
ist ähnlich wie die anhand der Figur 1 beschriebene Mahlkammer 1 ausgebildet und weist
wie diese ein aus einer Längswand 23 und zwei Abschlusswänden 24 und 25 gebildetes
Gehäuse 22 sowie ein horizontal gelagertes Rührwerk 26 auf.
[0018] In der Figur 3 weist das Rührwerk 26 mehrere, Schaufelradartige Rührorgane 27 auf,
die je aus einer im wesentlichen kreisförmigen Scheibe 27a, einer parallel zu dieser
angeordneten Scheibe 27b und mehreren zwischen den Scheiben 27a und 27b angeordneten
Schaufeln 27c bestehen. Das in der Figur 4 in Ansicht dargestellte Rührorgan 27 unterscheidet
sich von dem Rührorgan 12 dadurch, dass die Scheiben 27a und 27b zur Abschlusswand
24 hin geneigt sind und dass die dem Gut-Einlass 8 zugewandte Scheibe 27b die zentrale
Öffnung 27d aufweist, so dass beim Betrieb der Rührwerkskugelmühle das durch die Rührorgane
radial zu bewegende Gemisch jeweils auf der der Abschlusswand 24 zugwandten Seite
der Rührorgane 27 eingesaugt wird. Die gekrümmte Form der Rührorgane 27 hat nun den
zusätzlichen Vorteil, dass beim Drehen der Rührorgane 27 in Richtung des Pfeiles 28
die durch das Loch 27d angesaugten Mahlkörper in Pfeilrichtung 29 aus dem Rührorgan
27 - also in zur Strömungsrichtung des Gutes entgegengesetzter Richtung - ausgeworfen
werden, so dass sich dadurch auch bei einer verhältnismässig grossen axialen Geschwindigkeit
des zu mahlenden und/oder in einer Flüssigkeit zu dispergierenden Gutes eine gleichmässige
Verteilung der Mahlkörpern 13 im Innenraum 7 einstellen kann.
[0019] In der Figur 5 weist das Rührwerk 26 zwei verschiedene Rührorgane auf, nämlich ein
propellerartiges Rührorgan 30 und ein Schaufelrad-artiges Rührorgan 36.
[0020] Das Rührorgan 30 setzt sich dabei aus einem Propeller 31 und zwei kreisförmigen Scheiben
32 und 33 zusammen. Letztere sind mittels Haltearmen 34 an der Innenwand der Mahlkammer
21 befestigt und weisen je ein zur Kammerachse koaxiales Loch 32a und 33a auf, durch
das die Welle des Rührwerkes 26 hindurchführt. Der in der Figur 6 in Ansicht dargestellte
Propeller 31 besitzt vier als Förderelemente ausgebildete Flügel 31a, durch die während
des Betriebes der Rührwerkskugelmühle das in der Mahlkammer vorgelegte Gemisch zur
Scheibe 32 befördert wird. Der Durchmesser des Loches 33a der dem Gut-Einlass zugewandten
Scheibe 33 ist in dem in der Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise
grösser als der Durchmesser der Antriebswelle, beispielsweise doppelt so gross wie
diese, so dass beim Betrieb der Rührwerkskugelmühle fortlaufend mindestens ein Teil
des vom Propeller an die Wand 32 beförderten Gemisches radial abgelenkt und in Pfeilrichtung
35 wieder zurück in den Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 32 und 33 strömen
kann.
[0021] Hierbei sei noch bemerkt, dass das Rührorgan 30 in verschiedener hinsicht geändert
werden kann. So kann wahlweise mindestens eine der beiden Scheiben 32 bzw. 33 - anstelle
an der Innenwand der Mahlkammer 21 - auch auf der Welle des Rührwerkes 26 befestigt
sein. Eine zum Einsaugen des in der Mahlkammer 21 vorgelegten Gemisches dienende Scheibe,
die ohne Haltearme 34 befestigt ist, weist dabei - im Gegensatz zur in der Figur 5
dargestellten Scheibe 33 - mindestens eine zentrale Bohrung oder mehrere, beispielsweise
kreisförmig angeordnete Einzelbohrungen auf. Ferner besteht auch noch die Möglichkeit,
mehrere propellerartige Rührorgane miteinander zu kombinieren, deren Propeller zueinander
gegenläufige Förderrichtungen erzeugen.
[0022] Das in der Figur 7 in Ansicht dargestellte Schaufelradartige Rührorgan 36 unterscheidet
sich von den Rührorganen 12 und 27 dadurch, dass es drei zueinander parallel angeordnete
Scheiben 37, 38 und 39 aufweist, dass zwischen jeweils zwei Scheiben, nämlich zwischen
den Scheiben 37 und 38 und den Scheiben 38 und 39 die Schaufeln 40 angeordnet sind,
dass die beiden äusseren Scheiben 37 und 39 je eine zentrale Öffnung 37a bzw. 39a
aufweisen und dass das Rührorgan 36 mittels der mittlere Scheibe 38 an der Welle des
Rührwerkes 26 befestigt ist.
[0023] Während des Mahl-und/oder Dispergierprozesses dreht sich das Rührorgan 36 in Pfeilrichtung
41, so dass fortlaufend ein Teil des aus den Mahlkörpern und dem zu mahlenden und/oder
zu dispergierenden Gut gebildeten Gemisches durch die beiden Löcher 37a und 39a angesaugt,
von den Schaufeln 40 radial nach aussen und über die Ränder der Scheiben 37 und 39
wieder radial nach innen befördert wird, so dass sich dadurch auf beiden Seiten des
Rührorganes 36 die durch die Pfeile 42 dargestellte Zirkulation einstellt.
[0024] Zwei weitere Ausführungsformen von Rührorganen, die dem gleichen Zweck dienen wie
die vorstehend beschriebenen Rührorgane 12, 27, 30 und 36 sind in den Figuren 8 bzw.
9 dargestellt. Die in diesen Figuren dargestellten Schaufelradartigen Rührorgane 43
und 44 sind im wesentlichen gleich ausgebildet wie das in den Figuren 1 und 2 dargestellte
Rührorgan 12, unterscheiden sich von diesem aber dadurch, dass die beidseits der Schaufeln
43a bzw. 44a angeordneten Scheiben 43b und 43c bzw. 44b und 44c je mindestens ein
Loch aufweisen, so dass beim Mahl- und/oder Dispergierprozess das im Innenraum der
Mahlkammer vorhandene Gemisch beidseitig angesaugt, durch die Schaufeln 43a bzw. 44a
radial nach aussen, über die Ränder der beiden Scheiben radial nach innen und anschliessend
wieder in den Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 43b und 43c bzw. 44b und 44c
befördert wird.
[0025] Die erfindungsgemässe Rührwerkskugelmühle weist nun gegenüber den bekannten Rührwerkskugelmühlen
den Vorteil auf, dass während des ganzen Mahl- und/oder Dispergierprozesses eine gleichmässige,
zum Ausgang hin nicht verdichtete Verteilung der Mahlkörper in der Mahlkammer erhalten
bleibt und dass dadurch eine für die Herstellung des Produktes nachteilige Druck -
und Temperaturerhöhung im Bereich des Gut-Auslasses sowie ein erhöhter Verschleiss
der Apparatur weitgehend vermieden werden kann.
[0026] Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die anhand der Figuren 1 bis 7 beschriebenen
Mahlkammern und Rührorgane nur eine Auswahl von mehreren möglichen Ausführungsformen
der Erfindung darstellen und in verschiedener Hinsicht geändert werden können.
[0027] So können beispielsweise die vorstehend beschriebenen Rührorgane beliebig miteinander
oder auch mit anderen Rührorganen kombiniert werden.
[0028] Zudem können beispielsweise die der Achse 3 abgewandten Aussenflächen 12e der in
den Figuren 1 und 2 dargestellten Schaufeln 12c mit der Innenfläche der Scheibe 12b
einen spitzen Winkel bildet, so dass die vom Rührorgan 12 bewegten Mahlkörper 13 -
ähnlich wie bei dem Rührorgan 27 - in zur Strömungsrichtung des Gutes entgegengesetzter
Richtung ausgeworfen werden.
[0029] Schliesslich kann die Längswand der Mahlkammer noch zu sätzlich von einem zylindrischen
Mantel umhüllt sein, der mit ihr zusammen einen im Querschnitt kreisringförmigen,
Zwischenraum begrenzt, in den zum Kühlen oder Erwärmen des im Innenraum vorhandenen
Gutes ein Kühl- oder Heizfluid eingeleitet werden kann.
1. Zum Fein- und Feinstmahlen eines Gutes dienende, kontinuierlich arbeitende Rührwerkskugelmühle
mit einer zylindrischen oder konischen, zur Aufnahme von Mahlkörpern (13) dienenden
Mahlkammer (1,21), einem am einen Ende (5,24) der Mahlkammer (1,21) angeordneten und
in den Innenraum (7) der Mahlkammer (1,21) mündenden Gut-Einlass (8) und einem am
anderen Ende (6,25) der Mahlkammer (1,21) angeordneten und aus dem Innenraum (7) herausführenden
Gut-Auslass (9) sowie einem Rührorgane (12,27,30,36,43,44) aufweisenden und zur Kammerachse
(3) koaxialen Rührwerk (10,26) zum Bewegen der Mahlkörper (13), wobei die Rührorgane
(12,27,30,36,43,44) Schaufelrad- oder propellerartig ausgebildet sind und mehrere
Förderelemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits der Förderelemente
je eine kreisförmige Scheibe (12a,12b;27a,27b; 32,33,43b,43c;44b,44c) angeordnet ist,
dass mindestens eine der beiden Scheiben (12b,27b,33,43b,44b,44c) mindestens eine
zentrale Öffnung (12d,27d,33a) aufweist, durch welche das aus den Mahlkörpern (13)
und dem zu mahlenden Gut gebildete Gemisch hindurchströmen kann, und dass die Rührorgane
(12,27,30, 36,43,44) derart ausgebildet und bemessen sind, dass beim Betrieb der Rührwerkskugelmühle
fortlaufend ein Teil des Gemisches über den Rand der die zentrale Öffnung aufweisenden
Scheibe (12b,27b,33,43b,44b,44c) radial nach innen zur zentralen Öffnung (12d,27d,33a)
und von dort in den Zwischenraum zwischen den Scheiben (12a,12b;27a,27b;32,33,43b,43c;
44b,44c) zurückströmt und dass dadurch eine gleichmässige axiale Verteilung der Mahlkörper
im Innenraum (7) der Mahlkammer (1,21) erhalten bleibt.
2. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührorgan (12,27,43,44)
mehrere, im Längsschnitt bogenförmige und sich in tangentialer Richtung zu den Scheibenränder
erstreckende Schaufeln (12c,27c,40,43a,44a) aufweist, die mit den beiden Scheiben
(12a,12b;27a,27b;43b, 43c;44b,44c) einen einstückigen Körper bilden.
3. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden kreisförmigen
Scheiben (12a,12b) senkrecht zur Kammerachse (3) angeordnet sind.
4. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gut-Einlass
(8) zugewandte Scheibe (12b,27b) die zentrale Öffnung (12d,27d) aufweist.
5. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Scheiben
je eine zentrale Öffnung aufweisen.
6. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaufeln (12c,27c) senkrecht zu den beiden Scheiben (12a,12b; 27a,27b) stehen.
7. Rührwerkskugelmühle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die der Kammerachse (3) abgewandte Aussenfläche der Schaufel mit der Innenfläche der
dem Gut-Einlass zugewandten Scheibe einen spitzen Winkel bildet.
8. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührorgan (36)
mindestens drei Scheiben (37,38,39) aufweist, dass zwischen jeweils zwei Scheiben
(37,38,38;39), mehrere im Längsschnitt bogenförmige und sich in tangentialer Richtung
zu den Scheibenränder erstreckende Schaufeln (40) angeordnet sind und dass die beiden
äusseren Scheiben (37,39) je eine zentrale Öffnung (37a,39a) aufweisen.
9. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseits der
Förderelemente eines Rührorganes angeordneten Scheiben (32,33) je ein zur Kammerachse
koaxiales Loch (33a) aufweisen, durch das die Welle des Rührwerkes (26) hindurchführt
und dass die Scheiben (32,33) wahlweise mittels Haltearmen (34) an der Innenwand der
Mahlkammer (21) oder an der genannten Welle befestigt sind.
10. Verfahren zum Fein- und Feinstmahlen eines Gutes in einer Rührwerkskugelmühle nach
einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rührorgane (12,27,30,36,43,44) in der Richtung
gedreht werden, die eine radiale Bewegung der Mahlkörper (13) nach aussen zur Folge
hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit, mit der die Mahlkörper (13)
radial bewegt werden, grösser ist als die Geschwindigkeit, mit der das zu mahlende
Gut durch die Mahlkammer (1,21) hindurchgeleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit, mit
der die Mahlkörper (13) radial bewegt werden, um etwa einen Faktor drei bis sieben
grösser ist als die Geschwindigkeit, mit der das zu mahlende Gut durch die Mahlkammer
(1,21) hindurchgeleitet wird.