Vorrichtung zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen

Abstract

 Vorrichtung zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen mittels feiner Mahlkörper mit einem aufrecht angeordneten geschlossenen Behälter mit quadratischem Grundriß und abgerundeten inneren Ecken, einer auf dem oberen Ende des Behälters von zwei Lagern fliegend gelagerten, koaxial in den Behälter hängenden angetriebenen Welle mit Mahlscheiben, wobei der Radius der abgerundeten Ecken (2a) des Behälters (2) oder, bei abgeschrägten Ecken, die Kathetenlänge der Ecken (2b) in einem Verhältnis von 1:5 bis 1:20 zur Seitenlänge des Behälters steht, die Höhe (V) des Behälters (2) zu seiner Seitenlänge (U) in einem Verhältnis von 1:4 bis 1:6 steht, die beiden Lager (7 und 8) weit voneinander angeordnet sind und die Dichtung (10) am Durchtritt der Welle in den Behälter eine Gleitringdichtung mit einem einzigen Gleitring ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen mittels feiner Mahlkörper wie Glaskügelchen, mit einem aufrecht angeordneten geschlossenen Behälter mit quadratischem Grundriss und abgerundeten inneren Ecken, einer auf dem oberen Ende des Behälters von zwei Lagern fliegend gelagerten, koaxial in den Behälter hängenden Welle, auf der eine Mehrzahl von Öffnungen enthaltenden Mahlscheiben übereinander befestigt ist, einer Dichtung am Durchtritt der Welle in den Behälter, einem Antrieb für die Welle, einer Druckleitung mit Bodenventil für die Zufuhr des Mahlgutes in den Behälter von unten und einem am oberen Ende des Behälters angeordneten Auslaß für das Mahlgut, der ein für die Mahlkörper nicht durchlässiges Sieb enthält.

[0002] Es ist bekannt, flüssige Feststoffdispersionen wie beispielsweise Pigmentzubereitungen und Cremes mit sogenannten Rührwerksmühlen zu dispergieren, die einen offenen oder einen geschlossenen Behälter, der stehend oder liegend angeordnet ist, aufweisen. Es handelt sich dabei um Behälter mit vorzugsweise kreisförmiger Grundfläche, in denen ein drehbares Werkzeug mit auf einer Welle angeordneten Mahlscheiben ein Gemisch aus Mahlhilfskörpern wie Perlen oder Sand und dem zu dispergierenden Mahlgut verrührt. Die beim Verrühren auftretenden Schergradienten sorgen für die Zerkleinerung und Benetzung der Feststoffpartikel. Ist die gewünschte Vermahlung beendet, werden Mahlgut und Mahlkörper durch Spalte oder Siebe wieder voneinander getrennt.

[0003] Diese bekannten Vorrichtungen werden nach betriebswirtschaftlichen Kriterien beurteilt, insbesondere der Höhe der erforderlichen Investitionen, des wirtschaftlichen Nutzens, des Bedienungsaufwandes, des Aufwandes für Reinigung und Umrüstung, der Stoffverluste und Stoffemissionen und der Betriebskosten, die sich aus dem Energiebedarf, dem Bedarf an Hilfsstoffen und dem Aufwand für Wartung und Reparatur zusammensetzen. Die bekannten Rührwerksmühlen weisen jeweils wenigstens einen der nachfolgend aufgeführten Nachteile auf, welche deren praktische Anwendbarkeit begrenzen. Bei Rührwerksmühlen offener Bauweise führen Emissionen von Lösungsmitteln zu unkontrollierten Stoffverlusten und Umweltbelastungen. Wegen des schlechten Wirkungsgrades beim Dispergieren hat man großvolumige Rührwerksmühlen gebaut. Dadurch entstanden aber statische Probleme, ein hoher Energie- und Platzbedarf, höhere Investitionskosten und Probleme bei der Kühlung des Mahlgutes. Weiterhin ist bei dieser Bauweise der Reinigungsaufwand groß, was wegen der hierzu erforderlichen lohnintensiven Handarbeit zu erhöhten Betriebskosten beiträgt. Ferner ergeben sich hohe Stoffverlust im Betrieb dieser Rührwerksmühlen und damit Entsorgungsprobleme. Bei geschlossenen Rührwerksmühlen kommt es wegen häufiger Defekte an Verschleißteilen wie der Wellenabdichtung, der Wellenlagerung, den Ventilen und Pumpen zu langen Stillstandszeiten für Reparaturzwecke. Die Bedienung, Wartung und Reparatur der bekannten Rühr-werksmühlen wird durch eine ungünstige Anordnung der Bauelemente und Armaturen beeinträchtigt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen mittels feiner Mahlkörper wie Glaskügelchen bestimmte Vorrichtung zu schaffen, die bei geringerem baulichen Aufwand mit besserem Wirkungsgrad und geringerer Reparaturanfälligkeit feststoffhaltige flüssige Dispersionen innerhalb kürzester Zeit gleichmäßig vermahlen kann.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich leicht und kompakt bauen und daher ohne großen Raumbedarf und ohne den Bedarf schwerer Maschinenständer aufstellen. Auch lassen sich mehrere Vorrichtungen dieser Art gemeinsam aufstellen und wahlweise untereinander verbinden de oder parallel zueinander zentral oder dezentral betreiben. Wegen der besonderen Ausbildung und Lagerung der Welle des Mahlwerkes einschließlich der Befestigung der Mahlscheiben und der besonders vorteilhaften Abdichtung der Welle am Durchgang in den geschlossenen Behälter ist eine hohe Betriebssicherheit und ein geräuscharmer Lauf gewährleistet. Wegen einer Optimierung der geometrischem Verhältnisse zwischen Grundfläche und Höhe des Behälters und des Durchmessers der Mahlscheiben einschließlich des Verhältnisses der Mahlscheiben untereinander und ihrer Anordnung zum Sieb der Austrittsöffnung und der Wellenabdichtung erhält man eine Vorrichtung mit hoher spezifischer Mahlleistung und günstigem Verweilspektrum des Mahlgutes im Behälter. Das Mahlgut wird durch einen Doppelmantel, mit labyrinthartigen Einbauten von außen besonders zweckmäßig mit Kühlwasser gekühlt. Aufgrund des am Behälter an geschlossenen Bodenventils und der für die Förderung des Mahlgutes verwendeten pulsierenden Pumpe ist eine Druckbegrenzung der Mahlgutführung und dadurch eine hohe Funktionssicherheit der Vorrichtung gegeben. Das Niveau der Mahlkörperfüllung im Behälter läßt sich leicht kontrollieren. Auch ist eine Umrüstung auf diskontinuierlichen Betrieb aufgrund der besonderen Konstruktion und Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen des Behälters leicht möglich. Da sich die Welle hydraulisch oder auch elektrisch antreiben läßt, ist eine variable Drehzahl bei konstantem Drehmoment zur optimalen Anpassung an das jeweils verarbeitete Produkt und sonstige Betriebsbedingungen möglich.

[0007] Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.

[0008] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht der gesamten Vorrichtung, wobei der vorne liegende Teil der Wand weggebrochen ist,

Fig. 2 einen im Maßstab vergrößerten Querschnitt der Wellendichtung am Eintrittsende der Welle in den geschlossenen Behälter und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Mahlscheibe in nochmals vergrößertem Maßstab.

[0009] Die Vorrichtung enthält in einem aufrecht stehenden kastenartigen Gehäuse 1 im unteren Bereich einen geschlossenen Behälter 2 und darüber eine Lagerung 3 für eine senkrecht in den Behälter 2 hängende Welle 4. Auf dem Gehäuse 1 ist ein Motor 5, der ein hydraulischer odr elektrischer Motor sein kann, befestigt, dessen Abtriebswelle an die Welle 4 angeflanscht ist.

[0010] Die Lagerung 3 enthält in einem geschlossenen Gehäuse 6 zwei Lager 7 und 8 für eine fliegende Lagerung der Welle 4, die in einem Abstand Y untereinander angeordnet sind. Das untere Lager 8 befindet sich dicht über dem Deckel 9 des Behälters 2.

[0011] An der Unterseite des Deckels 9 ist eine Abdichtung 10 für die in den Behälter 2 hineinragende Welle 4 befestigt, die /im einzelnen anhand von Fig. 2 unten näher erläutert wird.

[0012] Auf dem im Behälter 2 fliegend hängenden Teil der Welle 4 sind im gegenseitigen Abstand übereinander mehrere Mahlscheiben 11 befestigt, von denen eine in Fig. 3 im einzelnen gezeigt ist. Jede dieser Mahlscheiben 11 weist einen kreisförmigen Grundriß auf und enthält mehrere Öffnungen 12, wobei die Mahlscheiben 11 auf der Welle 4 derart befestigt sind, daß die Öffnungen 12 unmittelbar übereinander angeordneter Mahlscheiben gegeneinander versetzt sind. Dies erreicht man beispielsweise dadurch, daß die Mahlscheiben jeweils um 45^o gegeneinander versetzt auf der Welle 4 befestigt werden.

[0013] Der gegenseitige Abstand der aufeinanderfolgenden Mahlscheiben 11 ist in Fig. 1 mit X bezeichnet, während der Durchmesser der einzelnen Mahlscheiben mit W bezeichnet ist. Die Höhe des Behälters 2 ist mit V und die Kantenlänge seines im wesentlichen quadratischen Bodens bzw. Grundrisses mit U bezeichnet.

[0014] In Fig. 3 ist angedeutet, daß die Ecken des Behälters 2 innen abgerundet (Ecken 2a) oder abgeschrägt (Ecken 2b) sind, um tote Eckzonen im Behälter zu vermeiden.

[0015] Im Boden 13 des Behälters 2 befindet sich eine zentrale Öffnung 14, an die über ein Bodenventil 15 eine für die Zufuhr des Mahlgutes bestimmte Rohrleitung 16 angeschlossen ist. Diese Rohrleitung 16 enthält eine nicht dargestellte Pumpe für die Förderung des Mahlgutes in den Behälter 2.

[0016] An einer Seite des Behälters 2 ist dicht unter dessen Deckel 9 eine Auslaßöffnung 17 mit darin angeordnetem Sieb 18 vorgesehen, welche den Zugang zu einer Rohrleitung 19 bilden, welche für die Abfuhr des behandelten Mahlgutes dient.

[0017] Die oberste auf der Welle 4 befestigte Mahlscheibe 11a liegt in Höhe der Öffnung 17 und dicht unter der Wellendichtung 10, so daß im Bereich des Siebes 18, das nur das Mahlgut und nicht die im Behälter 2 befindlichen Mahlkörper durchläßt, eine intensive Strömung des Gemisches aus Mahlgut und Mahlkörpem gewährleistet ist, die einem Verstopfen des Siebes 18 entgegenwirkt. Der Abstand der.Mahlscheibe 11a zur Wellendichtung 10 beträgt etwa ein Drittel der Kantenlänge U der Grundfläche des Behälters 2, so daß die Dichtung bzw. deren Gehäuse zur Benetzung und Wärmeabfuhr von Mahlgut ständig umspült wird.

[0018] Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Behälter 2 sind Labyrineinbauten 20 vorgesehen, die Kühlwasser durch den hier gebildeten Doppelmantel mit ausreichender Verweilzeit hindurchlenken, das durch eine Rohrleitung 21 herangeführt und von einer Rohrleitung 22 abgeführt wird. Der Doppelmantel ist oben durch eine Deckplatte 23 und unten durch den entsprechend erweiterten Boden 13 des Behälters 2 flüssigkeitsdicht verschlossen.

[0019] Auf der Außenseite des Gehäuses ist ein Kasten 25 angeordnet, der sämtliche Bedienungsarmaturen enthält, nämlich einen Impulszähler zum Erfassen der Wellendrehzahl, die Steuerung für ein Strömungsventil des hydraulisch betriebenen Motors 5, um die Wellendreh- zahl stufenlos regulieren zu können, einen Endschaltern mit Anzeige zum justierbaren Einstellen der Druckbegrenzung im Behälter 2, ein Thermometer zum Erfassen der Temperatur des den Behälter 2 verlassenden Mahlgutes, einen proportional arbeitenden justierbaren Kühlwasserregler zum Einstellen der Temperatur des den Behälter 2 verlassenden Mahlgutes und ein justierbares Ventil zum stufenlosen Regeln der Mahlgut-Förderleistung.

[0020] Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, besteht die Gleitringdichtung 10 im Bereich einer von der Welle 4 durchsetzten Öffnung 26 des Deckels 9 aus mehreren Teilen, nämlich einem locker auf der Welle 4 sitzenden Keramikring 27, einem den Keramikring 27 gegen den Deckel 9 abstützenden 0-Ring 28, einem gegen die Unterseite des Keramikringes 27 gedrückten, aus Metall bestehenden Gleitring 29, einem Stützring 30 für den Gleitring 29, einem auf der Welle 4 befestigten Anschlagring 31 und einer Druckfeder 32, die sich auf dem Anschlagring 31 abstützt und gegen einen Bund 33 im Stützring 30 drückt, um dadurch den Stützring 30 gegen den Gleitring 29 gegen den Keramikring 27 und diesen über den 0-Ring 28 gegen den Deckel 9 zu drücken. Dadurch erfolgt eine automatische Nachstellung im Bereich des Gleitringes 29, so daß Schleifverluste selbstätig ausgeglichen werden.

[0021] Das Ganze ist in einem kapselartigen Gehäuse 34 untergebracht, das auf der Welle 4 befestigt ist und seitliche Schlitze 35 enthält, durch die Material aus dem Behälter 2 hindurchtreten kann, so daß das von der oberen Mahlscheibe 11a herangeführte Material zwar nicht unmittelbar auf die Dichtung auftreffen kann, jedoch das Gehäuse 34 durchströmt und daher die sich im Bereich der Abdichtung entwickelnde Wärme schnell und gründlich abführt.

[0022] Das Verhältnis zwischen dem Abstand Y zwischen den beiden Lagern 7 und 8 und der Höhe V des Behälters 2, die im wesentlichen der in den Behälter 2 hineinragenden Länge der Welle 4 entspricht, liegt in der Größenordnung von 3:5, d.h. die beiden Lager 7 und 8 sind relativ weit von einander entfernt angeordnet, so daß die Welle 4 sehr stabil gelagert ist und dementsprechend auf die Abdichtung nur sehr geringe oder überhaupt keine Querkräfte bzw. radiale Kräfte einwirken. Das Gehäuse 6 der Lagerung 3 ist auf dem Deckel 9 des Behälters 2 befestigt, an dem auch die Abdichtung 10 befestigt ist. Die Abdichtung 10 ist sozusagen ein integrierter Bestandteil des Deckels 9, wobei die Abdichtung mit einer benetzenden, jedoch nicht druckbeaufschlagten und nicht zu kühlenden Flüssigkeit überschichtet werden kann. Diese Anordnung bewirkt einen besonders ruhigen, vibrationsfreien Lauf der Welle, so daß die Abdichtung 10 vor Beschädigung oder Zerstörung geschützt ist. Ein Schauglas dient zur Kontrolle der Sperrflüssigkeit.

[0023] Das Verhältnis zwischen der Kantenlänge U des Grundrisses des Behälters 2 zur Höhe V beträgt 1:4 bis 1:6, während die Rundungsradien bzw. Katheten der Ecken des Behälters 2 im Verhältnis zu seiner Seitenlänge 1:5 bis 1:20 beträgt. Die Seitenlänge der Grundfläche des Behälters 2 steht in einem Verhältnis von 1,28 bis 1,36 zum Durchmesser W der Mahlscheiben 11 und von 4,5 bis 5,7 zum Abstand X unmittelbar übereinander auf der Welle 4 angebrachter Mahlscheiben 11. Dabel braucht das Verhältnis zwischen dem Abstand Y der Lager 7 und 8 und der Höhe V des Behälters 2 bzw. der in den Behälter 2 hineinragenden Länge der Welle 4 nicht exakt 3:5 betragen, sondern kann zwischen 3:5 bis 1:2 (3:6) liegen.

[0024] Im Betrieb wird der Behälter 2 mit Mahlkörpern wie Glaskügelchen weitgehend gefüllt. Das Mahlgut wird dann zunächst mit geringer Förderleistung durch das Bodenventil 15 in den Behälter 2 eingepumpt. Gleichzeitig wird die Welle 4 mit geringer Drehzahl angefahren. Beginnt das Mahlgut aus der Öffnung 17 auszutreten, wird die Förderleistung der für die Zufuhr des Mahlgutes vorgesehenen Pumpe und auch die Drehzahl der Welle 4 jeweils auf einen vorgegebenen Sollwert hochgefahren und eingestellt. Entsprechend der Solltemperatur des Mahlgutes wird der Kühlwasserumlauf eingeregelt. Das Mahlgut wird im Kreis gefahren, bis die vorgegebenen Parameter (Wellendrehzahl, Pumpleistung, Temperatur) erreicht sind. Der Innendruck des Behälters 2 darf im Dauerbetrieb bis auf 5 bar ansteigen. Er läßt sich durch Verändern der Wellendrehzahl und der Pumpleistung beeinflussen.

[0025] Durch die Erfindung wird eine sehr zuverlässig und wartungsfreundlich arbeitende Vorrichtung zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen geschaffen, die nicht nur bessere Mahlergebnisse als bisher liefert, sondern auch leicht und schnell zu reinigen ist und wenig Verschleißteile aufweist.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Vermahlen feststoffhaltiger flüssiger Dispersionen mittels feiner Mahlkörper wie _- Glaskügelchen, mit einem aufrecht angeordneten geschlossenen Behälter mit quadratischem Grundriß und abgerundeten inneren Ecken, einer auf dem oberen Ende des Behälters von zwei Lagern fliegend gelagerten, koaxial in den Behälter hängenden Welle, auf der eine Mehrzahl von Öffnungen enthaltenden Mahlscheiben übereinander befestigt ist, einer Dichtung am Durchtritt der Welle in den Behälter, einem Antrieb für die Welle, einer Druckleitung mit Bodenventil für die Zufuhr des Mahlgutes und einem am oberen Ende des Behälters angeordneten Auslaß für das Mahlgut, der ein für die Mahlkörper nicht durchlässiges Sieb enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der abgerundeten Ecken (2a) des Behälters (2) oder, bei abgeschrägten Ecken, die Kathetenlänge der Ecken (2b) in einem Verhältnis von 1:5 bis 1:20 zur Seitenlänge des Behälters steht, daß die Höhe (V) des Behälters (2) zu seiner Seitenlänge (U) in einem Verhältnis von 1:4 bis 1:6 steht, daß die beiden Lager (7 und 8) weit voneinander angeordnet sind und daß die Dichtung (10) eine Gleitringdichtung mit einem einzigen Gleitring ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichzeichnet, daß der Abstand (Y) zwischen den beiden Lagern (7 und 8) in einem Verhältnis von 3:5 bis 3:6 zur in den Behälter (2) ragenden freien Länge der Welle (4) steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringdichtung (10) als integrierter Bestandteil des Behälterdeckels (9) unmittelbar unter dem unteren Lager (8) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Welle (4) angebrachte Teil der Gleitringdichtung (10) in einem Gehäuse (34) angeordnet ist, das seitliche Öffnungen (35) enthält und dicht oberhalb der obersten Mahlscheibe (11a) auf der Welle befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Mahlscheibe (11a) in Höhe der unteren Hälfte der rechteckigen Austrittsöffnung (17) des Behälters (2) angeordnet ist und ihr Abstand zur Gleitringfläche (29) im Verhältnis 1:3 zur Seitenlänge (U) der Grundfläche (13) des Behälters steht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenlänge (U) der Grundfläche (13) des Behälters (12) in einem Verhältnis von 1,28 bis 1,36 zum Durchmesser (W) der Mahlscheiben (11) und von 4,5 bis 5,7 zum gegenseitigen Abstand (X) der Mahlscheiben steht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlscheiben (11) derart auf der Welle (4) befestigt sind, daß die zwischen deren Löchern (12) befindlichen Stege jeweils über und unter einem Loch der darunter und darüber befindlichen Mahlscheibe liegen.

Zeichnung