[0001] Die Erfindung betrifft eine Stiftmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Derartige Stiftmühlen weisen einen ringförmigen Stator auf, der mit parallel zueinander
angeordneten zylindrischen Stiften versehen ist. Innerhalb des Stators ist ein Rotor
in Form einer Scheibe angeordnet, an deren Außenumfang einige parallel zu den Stator-
Stiften angeordnete, zylindrische Stifte angebracht sind, die unter Freilassung eines
kleinen Spaltes an den Stator-Stiften vorbeilaufen. Die Rotor-Scheibe wird von einem
außerhalb des Behälters des Mischers befindlichen Motor hochtourig angetrieben. Rotor
und Stator sind im Abstand von der Innenseite der Wand des Behälters angeordnet. Die
Mischwerkzeuge des Mischers können so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie zumindest
teilweise durch den zwischen Rotor und Stator einerseits und Behälterwand andererseits
befindlichen Raum hindurch gleiten, damit der möglichst größte Teil des Behälters
von den Mischwerkzeugen axial überstrichen wird. Diese Maßnahme dient also der Verhinderung
von Totzonen.
[0003] Die Stiftmühlen dienen insbesondere zur definierten Verteilung von viskosen, also
fließfähigen Materialien, da in dem Spalt zwischen den Rotorstiften und den Statorstiften
ein Schergefälle erzeugt wird.
[0004] Der Mahleffekt in diesen Stiftmühlen ist nicht zufriedenstellend. Zur Verbesserung
des Mahlergebnisses ist bereits versucht worden, in der Rotor-Scheibe Löcher vorzusehen.
Dies führte lediglich zu einer Erhöhung der Antriebsleistung für die Stiftmühle, ohne
daß es zu einer Verbesserung des Mahlergebnisses gekommen ist.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stiftmühle der gattungsgemäßen Art
so weiterzubilden, daß eine Verbesserung des Mahlergebnisses erreicht wird, ohne daß
es zu einer nennenswerten Erhöhung der Antriebsleistung kommt.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches
1 gelöst. Uberraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch Fortlassen der Rotor-Scheibe
samt Rotor-Stiften . und deren Ersatz durch Flügel, also einen Propeller, eine erhebliche
Verbesserung der Mahlleistung der Stiftmühlen im Gesamtprozeß im Mischer erreicht
wird. Erklärt werden kann dies damit, daß die Flügel eine sehr viel stärkere radial
und tangential gerichtete Förderwirkung auf die einzelnen Partikel ausüben, d.h. es
werden erhebliche größere Mengen Mischgut- bzw. Mahlgut-Partikel pro Zeiteinheit durch
den Mahlspalt zwischen die äußeren Enden der Flügel und den Stator-Stiften gefördert
und hier einem hohen Schergefälle ausgesetzt. Insgesamt gelangen während eines Mischprozesses
bei einem chargenweise betriebenen Mischer die einzelnen Partikel also sehr viel öfter
in den Mahlspalt. Wenn auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung - wie an sich
üblich - die Mischwerkzeuge den Raum zwischen Rotor und Stator einerseits und Innenwand
des Behälters andererseits weitgehend überstreichen, erfolgt hier auch eine Förderung
von Misch- bzw. Mahlgut zur Stiftmühle. Insoweit führt dieses an sich bekannte Überstreichen
dieses erwähnten Raumes zu einem völlig anderen Effekt, insbesondere also zu einer
verbesserten Mahlleistung der Stiftmühle. Durch die Paarung von Schneidkanten an den
Enden der Flügel einerseits und den Stiften des Stators andererseits werden die Scherwirkungen
im Mahlspalt erheblich verbessert.
[0007] Wie sich insbesondere aus den Unteransprüchen ergibt, läßt die erfindungsgemäße Ausgestaltung
zu, daß besonders optimierte Fördereffekte erreicht werden.
[0008] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Mischer,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Mischer entsprechend der Schnittlinie II-II in
Fig. 1 in verkleinertem Maßstab,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie III-III und
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Stiftmühle.
[0009] Der in der Zeichnung dargestellte, weitgehend konventionelle Mischer, weist einen
horizontalen, stationären, zylindrischen Behälter 1 auf, der von gleichzeitig als
Ständer wirkenden Seitenwänden 2, 3 stirnseitig abgeschlossen und gleichzeitig gehalten
wird. An den Seitenwänden 2, 3 sind Lagerböcke 4 befestigt, in denen eine konzentrisch
zum Behälter 1 angeordnete Welle 5 eines Mischwerks 6 gelagert ist. Sie wird von einem
Antriebsmotor 7 über einen Keilriementrieb 8 und ein Getriebe 9 angetrieben. Das Mischwerk
6 weist schaufelartig ausgebildete Mischwerkzeuge lo auf, die mittels an der Welle
5 angebrachter und radial von dieser abstehender Mischwerkzeug-Träger 11 gehalten
werden. Die Mischwerkzeuge lo selber befinden sich in der Nähe der Innenwand 12 des
Behälters 1.
[0010] Auf der Oberseite des Behälters 1 ist ein Materialeinlaß 13 angeordnet; an der Unterseite
ist ein Materialauslaß 14 vorgesehen. Der Mischer wird chargenweise als sogenannter
Turbulent-Mischer betrieben, d.h. es handelt sich um einen Wurfmischer, bei dem die
einzelnen Mischgutpartikel hochgeworfen werdenund auf einer parabelförmigen Wurfbahn
wieder in ein Mischgutbett gelangen. Um diesen Effekt zu erreichen, werden die Mischwerkzeuge
lo mit überkritischer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, die - ausgedrückt in der
dimensionslosen Froude-Kennzahl - etwa Fr = 2 - 6 beträgt.
[0011] Die Froude-Kennzahl ist definiert

wobei gilt
W = Umfangsgeschwindigkeit der radial äußeren Enden der Mischwerkzeuge lo in m/s
R = Radius des Mischwerks 6 in m
g = Erdbeschleunigung in m/s2.
[0012] In die Wand 12 des Behälters 1 ist eine sogenannte Stift-Mühle 15 eingebaut, die
nachfolgend im einzelnen beschrieben wird: Auf der Außenseite der Wand 12 des Behälters
1, und zwar im Bereich unterhalb der Welle 5 (siehe Fig. 2) ist ein Flanschlager 16
angebracht, an dem ein Motor 17 angeflanscht ist. Eine Kupplung 18 verbindet die Abtriebswelle
des Motors 17 mit einer Antriebswelle 19 der Stiftmühle 15. Diese Antriebswelle 19
durchsetzt die Wand 12. Die Stiftmühle 15 weist weiterhin zwei als Statorträger dienende
Stützstäbe 2o auf, die ebenfalls die Wand 12 durchsetzen, und die in einer Radialebene
zur Welle 5 angeordnet sind, so daß sie nur ein geringes Hindernis für Mischwerkzeuge
lo darstellen, wie insbesondere aus Fig. l hervorgeht. Konzentrisch zur Achse 21 der
Antriebswelle 19 ist auf den beiden Stützstäben 2o ein Stator 22 angebracht, der aus
einem Ring 23 und Stiften 24 besteht. Die Stifte 24 erstrecken sich parallel zur Achse
21 und sind auf einem Kreisring angeordnet. Die Achse 21 schneidet im übrigen die
Achse 25 der Welle 5 unter einem rechten Winkel, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die Breite
des Ringes 23 ist nur so groß, daß die Befestigung auf den Stützstäben 2o möglich
ist, und wie es im übrigen aus konstruktiven Gründen notwendig ist.
[0013] Radial innerhalb der Stifte 24 ist ein drehfest mit der Antriebswelle 19 verbundener
Rotor 26 angeordnet, der propellerartig ausgebildet ist. Hierzu weist er eine mit
der Antriebswelle 19 drehfest verbundene Nabe 27 auf, an der sich etwa radial nach
außen erstreckende Flügel 28 angebracht sind Diese Flügel 28 können verschiedenartige
Ausgestaltungen haben. In der einfachsten Ausgestaltung ist ein Flügel 28' als einfaches,
langgestrecktes, rechteckiges Profil ausgebildet, der radial zur Achse 21 angeordnet
ist und rein tangentiale Kräfte auf die einzelnen Mischgutpartikel ausübt. Ein Flügel
28'' kann so ausgebildet sein, daß sein radial äußeres Ende 29 bezogen auf die Drehrichtung
3o der Antriebswelle 19 nachläuft, also auf das Mischgut eine kombinierte radiale
und tangentiale Beschleunigung ausübt. Schließlich kann bei einem Flügel 28''' zumindest
das äußere Ende 29' noch schräg angestellt sein, so daß es an den Stiften 24 nach
Art eines ziehenden Schnittes vorbeigeführt wird.
[0014] Die Stifte 24 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt.
Die Querschnittsform selber ist nicht bedeutend; einige Bedeutung kommt aber der Kante
31 an jedem Stift 24 zu, die einer entsprechenden Schneidkante 32 am radial äußeren
Ende 29 bzw. 29' der Flügel 28 zugeordnet ist. Zwischen der jeweiligen Kante 31 und
der entsprechenden Schneidkante 32 erfolgt also - auch wenn zwischen der Schneidkante
32 und der Kante 31 ein Spalt 33 von 1 bis 3mm Breite vorhanden ist - ein gewisser
Schneideffekt.
[0015] Der Rotor 26 der Stiftmühle 15 wird mit einer Drehzahl von 15oo bis 3ooo Upm angetrieben.
[0016] Im üblichen Betrieb ist der Behälter 1 etwa zu 5o% bis 7o% seines Volumens mit Mischgut
gefüllt. Es wird von dem Mischwerk turbulent durchmischt und insgesamt aufgelockert
und durch den Mischbehälter geworfen. Die Flügel 28 des Rotors 26 treiben einzelne
Mischgutpartikel mit hoher Geschwindigkeit durch die Stifte 24 des Stators 22. Das
Mischgut gelangt zum einen vom Inneren des Behälters 1 her zu den Flügeln 28; es gelangt
aber auch mittels der Mischwerkzeuge lo aus dem Bereich zwischen der Wand 12 des Behälters
1 und dem Stator 22 zu den Flügeln. Dies geschieht insbesondere deshalb, weil die
Mischwerkzeuge lo den Bereich zwischen Stator - Rotor einerseits und Wand 12 andererseits
fast vollständig überstreichen. Nicht überstrichen wird lediglich der durch die beiden
Stützstäbe 2o und die Antriebswelle 19 überdeckte Raum. Diese drei Teile befinden
sich ja in einer gemeinsamen Ebene radial zur Achse 25 der Welle 5. Diese Materialzuführung
zum Rotor 26 ist besonders effizient, weil der Raum innerhalb des Ringes 23 des Stators
22 völlig offen ist und sich in diesem nur der Rotor 26 mit seinen Flügeln 28 befindet.
[0017] Der Einsatz der Stiftmühle 15 ist besonders dann von Bedeutung, wenn im Mischer ein
pulveriges bzw. schüttfähiges Material mit relativ geringen Mengen Flüssigkeit gemischt
werden soll, wobei also die Flüssigkeit die einzelnen Mischgutpartikel lediglich benetzen
soll. Hierbei bilden sich in großem Umfang Agglomerate, die wieder aufzulösen sind.
Die Zufuhr einer solchen Flüssigkeit kann beispielsweise mittels einer Flüssigkeitsdüse
34 direkt in den Bereich der Stiftmühle erfolgen. Derartige Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten
sind für Stiftmühlen allgemein bekannt.
1. Stiftmühle für einen einen zylindrischen Behälter und ein in diesem drehantreibbar
angeordnetes Mischwerk aufweisenden Mischer, die außerhalb des Behälters einen Motor
und innerhalb des Behälters und im Abstand von dessen Wand einen mit dem Motor drehantreibbar
verbundenen Rotor und einen den Rotor zumindest teilweise tangential umgebenden Stator
aufweist, wobei der Stator etwa konzentrisch zur Achse des Rotors angeordnete Stifte
aufweist, innerhalb derer der Rotor angeordnet ist, und wobei der Rotor mit einen
Mahlspalt zu den Stiften begrenzenden Elementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die einen Mahlspalt (33) zu den Stiften-(24) des Stators (22) begrenzenden Elemente
des Rotors (26) nur durch etwa radial zu seiner Achse (21) verlaufende Flügel (28)
gebildet sind, deren radial äußere Enden (29, 29') eine Schneidkante (32) aufweisen,
daß die Stifte (24) des Stators (22) jeweils mindestens eine den radial äußeren Enden
(29, 29') der Flügel (28) zugeordnete Kante (31) aufweisen, und daß der Rotor (26)
innerhalb des Stators (22) im wesentlichen offen ausgebildet ist.
2. Stiftmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeuge (lo)
des Mischers zwischen der Wand (12) von dessen Behälter (1) einerseitsd und dem Rotor
(26) und dem Stator (22) andererseits zumindest teilweise hindurchbewegbar sind.
3. Stiftmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (28')
etwa eben ausgebildet sind und in einer die Achse (21) des Rotors (26) aufnehmenden
Ebene angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zur Achse (21) des Rotors (26)
verlaufen.
4. Stiftmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren
Enden (29) der Flügel (28'') - bezogen auf die Drehrichtung (3o) des Rotors (26) -
nachlaufend ausgebildet sind.
5. Stiftmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren
Enden der Flügel (28''') gegenüber einer die Achse (21) des Rotors
(26) aufnehmenden Ebene geneigt sind.