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(11) | EP 0 243 682 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Regelung einer Rührwerksmühle |
| (57) Es ist eine Regelung einer Rührwerksmühle zum Zerkleinern, Desagglomerieren und Dispergieren
von als Suspension vorliegendem Mahlgut vorgesehen. Um eine gleichbleibende Mahlgutfeinheit
zu erreichen, ist eine Einrichtung zur Konstanthaltung der spezifischen Energiezufuhr
vorhanden, wobei die spezifische Energiezufuhr durch den Quotienten von in das Mahlgut
eingebrachter Leistung und Mahlgut-Massenstrom bestimmt ist. Außerdem ist eine Einrichtung
zur Erfassung der Verteilung der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9) vorgesehen.
Die Verteilung der Mahlhilfskörper (28) kann durch Erfassung des Druckabfalls im Mahlraum
(9) erfolgen. Weiterhin kann die Verteilung der Mahlhilfskörper (28) durch mindestens
zwei parallel zueinander geschaltete Teil-Kühlräume (11'a, 11'b) erfaßt werden, wobei
über die Teil-Kühlräume (11'a, 11'b) einzelne Wärmeströme erfaßt werden. |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Regelung einer Rührwerksmühle entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
[0002] In den Veröffentlichungen von Stehr und Schwedes in German Chemical Engineering 6 (1983), Seiten 337 - bis 343 "Investigation of the Grinding Behaviour of a Stirred Ball Mill" und aus AUFBEREITUNGS-TECHNIK Nr. 10/1983, Seiten 597 bis 6o4 "Verfahrenstechnische Untersuchung an einer Rührwerkskugelmühle" ist die empirisch gewonnene Erkenntnis niedergelegt, daß eine Abschätzung eines zu erwartenden Zerkleinerungsergebnisses, repräsentiert durch eine mittlere Teilchengröße, mit nur einer Information, nämlich dem Zahlenwert der spezifischen Energiezufuhr möglich ist. Bei einer gewünschten Mahlgutfeinheit kann die erforderliche spezifische Energiezufuhr angegeben werden. Die Praxis hat gezeigt, daß diese Erkenntnis allein noch nicht ausreicht, in einem großen Variationsbereich von Rührwerksdrehzahl, Mahlkörperfüllgrad, geometrischer Ausgestaltung des Mahlraumes, Mahlgutviskosität, Mahlgutdurchsatz und dgl. eine gleichbleibende Mahlgutfeinheit zu erzielen.
[0003] Aus der DE-OS 29 32 783 ist es bekannt, zur Einhaltung einer konstanten, reproduzierbaren Qualität des Mahlgutes die Temperatur des Mahlgutes am Mahlgut-Auslaß der Rührwerksmühle etwa auf einem konstanten Wert zu halten. Hierzu ist einerseits ein Regelkreis für einen Kühlkreislauf vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Temperatur im Mahlraum arbeitet. Zusätzlich ist ein Regelkreis vorgesehen, der den Strom des Rührwerks-Motors zurückregelt, wenn die Mahlgut-Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet, wobei die Rücknahme des Motorstroms durch eine entsprechende Regelung der Durchsatzmenge der Mahlgut-Pumpe und/oder durch Änderung des Volumens der Mahlhilfskörper im Mahlraum erfolgt. Besondere, eine Konstanthaltung der Mahlfeinheit betreffende Maßnahmen sind aus dieser Veröffentlichung nicht bekannt.
[0004] Aus der EP-OS o lo9 157 ist es bekannt, eine Drehzahlregelung des Rührwerks vorzunehmen, um gewünschte Eigenschaften des aus der Rührwerksmühle austretenden Mahlguts zu erreichen, wobei die Drehzahlregelung in Abhängigkeit von geeigneten Parametern erfolgen soll. So soll beispielsweise die Kühlwassermenge in Abhängigkeit von der Mahlguttemperatur geregelt werden. Maßnahmen zur Konstanthaltung der Mahlgutfeinheit sind hieraus ebenfalls nicht bekannt.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der in der Veröffentlichung von Stehr und Schwedes niedergelegten Erkenntnis, wonach auf einer Rührwerksmühle verarbeitetes Mahlgut gleichbleibende Mahlgutfeinheit aufweist, wenn der spezifische Energieeintrag konstant gehalten wird, eine Regelung für eine Rührwerksmühle zu schaffen, bei der eine gleichbleibende Mahlgutfeinheit unter weitgehend allen Betriebsbedingungen erreicht wird.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Der Erfindung liegt hinausgehend über die bereits erläuterte Erkenntnis die weitere Erkenntnis zugrunde, daß ein Konstanthalten des spezifischen Energieeintrags nur dann zu einer gleichbleibenden Mahlgutfeinheit im Mahlprozeß führt, wenn die Mahlhilfskörper-Verteilung im Mahlraum weitgehend gleichmäßig ist. Die Erfindung schafft also in ihrer allgemeinsten Form eine Regelung, durch die einerseits die Konstanthaltung des spezifischen Energieeintrags und andererseits die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Mahlhilfskörper im Mahlraum gewährleistet wird. Um die Konstanz des spezifischen Energieeintrages sehr genau einzuhalten, wird bevorzugt der Mahlgut-Massenstrom direkt gemessen, d.h. es wird bevorzugt nicht eine - ansonsten an sich übliche - mittelbare Messung über die Messung des Volumen-Stroms vorgenommen, sondern es wird der Massenstrom, d.h. die dem Mahlraum pro Zeiteinheit zugeführte Masse erfaßt. Entsprechende Meßgeräte sind im Handel erhältlich.
[0007] Anspruch 2 gibt eine Einrichtung zur Erfassung der Verteilung der Mahlhilfskörper über den Mahlraum wieder, die auf der Erkenntnis beruht, daß eine Konzentration von Mahlhilfskörpern vor dem Mahlgut-Einlaß oder vor der Trenneinrichtung zu einer Erhöhung des Druckabfalls im Mahlraum führt.
[0008] Anspruch 3 gibt eine weitere Einrichtung zur Erfassung der Verteilung der Mahlhilfskörper im Mahlraum an, der die Erkenntnis zugrundeliegt, daß die übermäßige Konzentration von Mahlhilfskörpern vor dem Mahlgut-Einlaß bzw. vor der Trenneinrichtung zu einer Erhöhung der in diesem Bereich eingebrachten, im wesentlichen in Wärme umgesetzten Leistung führt, die über einen zugeordneten gesonderten Kühlkreislauf abgeführt wird. Ein Vergleich von mindestens zwei den beiden Endbereichen des Mahlraums zugeordneten gesonderten Kühlkreisläufen bzw. der von diesen übertragenen Wärmeströme gibt also eine Auskunft über die Verteilung der Mahlhilfskörper im Mahlraum.
[0009] Anstelle der vorgenannten Möglichkeiten kann die Mahlhilfskörper-Verteilung im Mahlraum auch noch durch eine Schallanalyse erfaßt werden, da die Frequenz und Stärke der im Mahlraum entstehenden Geräusche von der jeweiligen örtlichen Konzentration von Mahlhilfskörpern abhängen. Außerdem kann die Mahlhilfskörper-Verteilung über Röntgen- oder Ultraschall-Meßverfahren oder radioaktive Meßverfahren erfaßt werden.
[0010] Die Ansprüche 4 und 5 geben an, wie übermäßige Konzentrationen von Mahlhilfskörpern an den beiden Enden des Mahlraums ausgeregelt werden.
[0011] Die Ansprüche 6 bis 1o geben an, welche Regelgröße zu verändern ist, wenn eine Abweichung von dem vorgegebenen konstanten Wert des spezifischen Energieeintrags in das Mahlgut auftritt. Wenn der spezifische Energieeintrag nicht mehr konstant geregelt werden kann, dann wird durch die Maßnahmen nach Anspruch 11 Abhilfe geschaffen.
[0012] Die Anwendung der erfindungsgemäßen Regelung ist nicht auf vertikale Rührwerksmühlen beschränkt; sie kann gleichermaßen bei horizontalen Rührwerksmühlen angewendet werden. Dort kann eine übermäßige Konzentration von Mahlhilfskörpern gleichermaßen vor der Trenneinrichtung auftreten; eine übermäßige Konzentration von Mahlhilfskörpern am Mahlgut-Einlaß ist dort nicht möglich.
[0013] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine Ansicht einer Rührwerksmühle,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für eine Regelung einer Rührwerksmühle für konstanten spezifischen Energieeintrag und gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfskörper über Erfassung des Druckabfalls im Mahlraum,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für eine Regelung einer Rührwerksmühle mit konstantem spezifischem Energieeintrag und gleichmäßige Verteilung der Mahlhilfskörper im Mahlraum über eine Erfassung der Wärmeströme,
Fig. 4 die erste Hälfte eines Flußdiagramms für jeweils ein Regelschema der Rührwerksmühle nach Fig. 2 und 3,
Fig. 5 die zweite Hälfte des Flußdiagramms für das Regelschema der Rührwerksmühle nach Fig. 2 und
Fig. 6 die zweite Hälfte des Flußdiagramms für das Regelschema der Rührwerksmühle nach Fig. 3.
[0014] Die in der Zeichnung dargestellte Rührwerksmühle weist in üblicher Weise einen Ständer 1 auf, an dessen Oberseite ein vorkragender Tragarm 2 angebracht ist, an dem wiederum ein zylindrischer Mahlbehälter 3 befestigt ist. In dem Ständer 1 ist ein elektrischer Rührwerks-Motor 4 untergebracht, der mit einer Keilriemenscheibe 5 versehen ist, von der über Keilriemen 6 eine mit einem Rührwerk 7 drehfest verbundene Keilriemenscheibe 8 drehend antreibbar ist.
[0015] Der vertikal angeordnete Mahlbehälter 3 besteht aus einem zylindrischen, einen Mahlraum 9 umgebenden, gleichzeitig die Mahlbehälterwand bildenden Innenzylinder 10, der von einem ebenfalls im wesentlichen zylindrischen Kühlmantel 11 umgeben ist. Der untere Abschluß des Mahlraumes 9 und des Kühlmantels 11 ist durch eine Bodenplatte 12 gegeben, die am Innenzylinder lo und am Kühlmantel 11 beispielsweise durch Anschrauben befestigt ist. An der Bodenplatte 12 ist ein Mahlgutzuführstutzen 13 angebracht, durch den Mahlgut von unten in den Mahlraum 9 hineingepumpt werden kann. Am Kühlmantel 11 sind ein oberer Kühlwassereinlaßstutzen 14 und ein unterer Kühlwasseraustrittsstutzen 15 vorgesehen. In der Bodenplatte 12 ist weiterhin ein Ablaßstutzen 16 für Mahlhilfskörper vorgesehen.
[0016] Der Mahlbehälter 3 weist einen oberen Ringflansch 17 auf, mittels dessen er an einem den Mahlraum 9 verschließenden Deckel 18 befestigt ist. Dieser Deckel 18 ist an der Unterseite eines Traggehäuses 19 angebracht, das mit seinem oberen Ende am Tragarm 2 der Rührwerksmühle befestigt ist. In diesem Traggehäuse 19 ist eine einen wesentlichen Teil des Rührwerks 7 ausmachende Rührwerkswelle 2o in üblicher Weise fliegend in Lagern 21 gelagert, wie es beispielsweise aus der DE-OS 26 29 251 (entsprechend US-PS 4 1-29 261) bekannt ist. Die Rührwerkswelle 20 ist in ebenfalls aus der erwähnten Druckschrift bekannter Weise abgedichtet durch den Deckel 18 hindurchgeführt. Das Rührwerk 7 weist in aus der erwähnten Druckschrift bekannter Weise auf der Rührwerkswelle 2o angebrachte Scheiben 23 auf, von denen als Rührwerkzeuge Rührstäbe 24 radial vorragen. Am Innenzylinder 1o sind jeweils axial gegen die Rührstäbe 24 versetzt Gegenstäbe 25 angebracht.
[0017] Am oberen Ende des Mahlraums 9, also an dem dem Mahlgutzuführstutzen 13 entgegengesetzten Ende des Mahlraums 9 ist ein Mahlgutauslaßstutzen 26 vorgesehen, dem eine sogenannte Ringspalttrenneinrichtung 27 vorgeordnet ist, mittels der die Mahlhilfskörper 28 im Mahlraum 9 zurückgehalten werden.
[0018] Eine derartige Trenneinrichtung 27 ist ebenfalls aus der erwähnten Druckschrift bekannt. Wie ebenfalls aus der erwähnten Druckschrift bekannt ist, ist das Rührwerk 7 kühlbar. Hierzu ist in bekannter Weise an dem der Keilriemenscheibe 8 zugeordneten Ende der Rührwerkswelle 2o ein Kühlwasseranschluß 29 und ein Kühlwasserabfluß 3o vorgesehen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann auch die Bodenplatte 12 kühlbar, also hohl, ausgebildet sein und mit einem Kühlwasserzufluß 31 und einem Kühlwasserabfluß 32 versehen sein.
[0019] Der Detailaufbau der Rührwerksmühle ist für die Erfindung ohne Bedeutung; es können also jede Art von Rührwerkzeugen eingesetzt werden. Auch der Deckel 18 kann kühlbar ausgebildet sein. Gleichermaßen kommt es auf die konkrete Ausbildung der Trenneinrichtung in diesem Zusammenhang nicht an.
[0020] Der Mahlraum 9 ist 5o bis 90% mit Mahlhilfskörpern 28 gefüllt, die einen Durchmesser im Bereich von o,3 bis 1o mm haben.
[0022] Mit ausgezogenen Linien sind in der Regel Flüssigkeitsleitungen gezeichnet, während gestrichelt Steuerleitungen dargestellt sind, die von einem zentralen Rechner 33 zu verschiedenen Stellen führen, wo ein vom Rechner gesteuerter Vorgang ausgelöst werden soll.
[0023] Die Stromversorgung des RUhrwerks-Motors 4 erfolgt über einen vom Rechner 33 angesteuerten Frequenzumformer 34, so daß eine feinfühlige Drehzahlsteuerung des Motors 4 und damit des Rührwerks 7 möglich ist. Die Leistungsaufnahme des Rührwerks-Motors 4 wird an einer Meßstelle 35 erfaßt. In den Darstellungen der Meßstellen sind Kennbuchstaben angebracht, die bei allen noch zu erwähnenden Meßstellen folgende Bedeutung haben:
T Temperatur (°C)
F Durchfluß (Volumen oder Masse pro Zeiteinheit)
S Drehzahl (Umdrehungen pro Zeiteinheit)
E Elektrische Leistung
P Druck
I Anzeige
R Registrierung
C Selbsttätige, fortlaufende Steuerung (Die erfaßte
[0024] Größe wird auf den Rechner gegeben). A Alarm bei Erreichen einer unteren Grenze Z+ Noteingriff bei Erreichen einer oberen Grenze.
[0025] Im konkreten Fall der Meßstelle 35 bedeuten die dort angegeben Buchstaben, daß die erfaßte elektrische Leistung angezeigt, registriert und zum Rechner gegeben wird.
[0026] Die Mahlgutzufuhr erfolgt mittels einer Mahlgut-Pumpe 36 über eine Mahlgut-Zulaufleitung 37 zum Mahlgutzuführstutzen 13 des Mahlbehälters 3. Die Pumpe 36 wird mittels eines elektrischen Pumpenmotors 38 angetrieben, dessen Stromversorgung über einen Frequenzumformer 39 erfolgt, so daß die Drehzahl des Pumpenmotors 38 und damit die Förderleistung der Pumpe 36 sehr genau steuerbar ist. Auch dieser Frequenzumformer wird vom Rechner 33 angesteuert. Dem Pumpenmotor 38 ist eine Meßstelle 4o zur Erfassung der aufgenommenen elektrischen Leistung zugeordnet. Weiterhin ist eine Meßstelle 41 zur Erfassung der Pumpenmotor- bzw. Pumpendrehzahl zugeordnet.
[0027] In der Mahlgut-Zulaufleitung 37 sind weiterhin eine Meßstelle 42 zur Erfassung der Temperatur des zuzuführenden Materials, eine Meßstelle 43 zur Erfassung des von der Mahlgut-Pumpe geförderten Mahlgut-Massenstroms und eine Meßstelle 44 zur Erfassung des Mahlgut-Drucks vor dem bzw. am Eingang des Mahlraums 9.
[0028] Dem Mahlgutauslaßstutzen 26 ist eine Meßstelle 45 zur Erfassung der Temperatur des austretenden gemahlenen Mahlguts zugeordnet. Der Rührwerkswelle 2o ist eine Meßstelle 46 zum Erfassen der Drehzahl der Rührwerkswelle 2o zugeordnet.
[0029] Die Kühlwasserzufuhr erfolgt über eine zentrale Kühlwasser-Leitung 47, in der ein vom Rechner 33 ansteuerbares Absperr-Ventil 48 angeordnet ist, dem ein ebenfalls vom Rechner 33 angesteuertes Proportional-Ventil 49 nachgeordnet ist, dessen Absperrverhalten also proportional dem Öffnungs-oder Schließgrad ist. Solche handelsüblichen Ventile eignen sich also besonders gut zur Volumenstrom-Steuerung, im vorliegenden Fall also zur Kühlwasserstrom-Steuerung.
[0030] Hinter dem Ventil 49 sind in der Leitung 47 eine Meßstelle 52 zur Erfassung der Kühlwasser-Vorlauf-Temperatur und eine Meßstelle 53 zur Erfassung des Volumenstroms des Kühlwasser-Vorlaufs angeordnet. Das durch das Ventil 49 und die Meßstellen 52, 53 fließende Kühlwasser wird in mehrere Kühlwasser-Vorlauf-Zweigleitungen 54, 55, 56 aufgeteilt. Die Zweigleitung 54 führt zum Kühlwasseranschluß 29 der Rührwerkswelle 20, die Zweigleitung 55 führt zum Kühlwassereinlaßstutzen 14 des Kühlmantels 11 und die Zweigleitung 56 führt zum Kühlwasserzufluß 31 des Bodens 12 des Mahlbehälters 3. Das aus der Rührwerkswelle kommende Rücklauf-Kühlwasser fließt über eine Kühlwasser-Rücklauf-Teilleitung 57 zu einem Kühlwasser-Rücklauf-Sammelleitung 58. Vom Kühlwasserauslaßstutzen 15 des Kühlmantels 11 führt eine Kühlwasser-Rücklauf-Teilleitung 59 und vom Kühlwasserabfluß 32 des Bodens 12 eine Kühlwasser-Rücklauf-Teilleitung 6o zu der Sammelleitung 58, in der sich eine Meßstelle 61 zur Erfassung der Kühlwasser-Rücklauf-Temperatur befindet. Die Aufteilung des Kühlwasser-Vorlaufs auf die drei Zweigleitungen 54, 55, 56 erfolgt mittels handverstellbarer Ventile 62, 63, 64 in diesen Zweigleitungen 54, 55, 56. Anstelle dieser handverstellbaren Ventile können selbstverständlich auch vom Rechner angesteuerte Proportional-Ventile vorgesehen sein, so daß eine Einzel-Steuerung der Kühlwasser-Teil-Volumenströme möglich ist.
[0031] Es ist weiterhin eine Einrichtung 66 zur Zuführung von Mahlhilfskörpern 28 vorgesehen, die ebenfalls vom Rechner 33 ansteuerbar ist. Solche Einrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 2o 51 oo3 bekannt. Die Zuführung von Mahlhilfskörpern 28 mittels dieser Einrichtung 66 erfolgt in die Mahlgut-Zulaufleitung 37 unmittelbar vor dem Mahlgutzuführstutzen 13.
[0032] Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vom Innenzylinder 1o und dem Kühlmantel 11 ein sich im wesentlichen über die volle axiale Länge des Mahlraums 9 erstreckender Kühlraum 11' gebildet wird, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dieser Kühlraum etwa in der axialen Mitte durch eine Trennwand 67 unterteilt, so daß zwei Teil-Kühlräume 11'a und 11'b gebildet werden. Der eine Teil-Kühlraum 11'a ist dem Teil-Mahlraum 9a zugeordnet, der sich an den Mahlgutzuführstutzen 13 anschließt. Der andere Teil-Kühlraum 11'b ist dem Teil-Mahlraum 9b zugeordnet, der sich vor der Trenneinrichtung 27, also vor dem Mahlgutauslaßstutzen 26 befindet. Soweit gleiche Teile bei diesem Ausführungsbeispiel vorhanden sind, werden die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 verwendet, wobei von einer erneuten Beschreibung Abstand genommen wird.
[0033] Zur Versorgung der beiden Teil-Kühlräume 11'a und 11'b sind entsprechende Kühlwasser-Vorlauf-Zweigleitungen 54a und 54b vorgesehen, die von der Kühlwasser-Vorlauf-Leitung 47 abzweigen. In beiden Zweigleitungen 54a und 54b sind ebenfalls handverstellbare Ventile 63a und 63b vorgesehen. Auch hier können anstelle der handverstellbaren Ventile 63a und 63b vom Rechner angesteuerte Proportional-Ventile vorgesehen sein.
[0034] Von den Teil-KUhlräumen 11'a und 11'b führen Kühlwasser-RUcklauf-Teilleitungen 59a und 59b zur Kühlwasser-RUcklauf-Sammelleitung 58.
[0035] In den beiden Zweigleitungen 54a und 54b befinden sich Meßstellen 68a bzw. 68b zur Messung des KUhlwasser-Volumenstroms, also zur Messung der Kühlwassermenge pro Zeiteinheit in der jeweiligen Zweigleitung 54a bzw. 54b.
[0036] In den beiden Kühlwasser-Rücklauf-Teilleitungen 59a und 59b sind Meßstellen 69a und 69b zur Messung der Temperatur des entsprechend Rücklauf-Kühlwassers angeordnet.
[0037] Mit den zusätzlich vorgesehenen Meßstellen lassen sich also Volumenstrom und Austrittstemperatur des Kühlwassers in den beiden Teil-Kühlräumen ll'a und 11'b erfassen, die der unteren Mahlraumhälfte 9a bzw. der oberen Mahlraumhälfte 9b zugeordnet sind. Der unteren Mahlraumhälfte 9a kann als Teil-Kühlraum auch die kühlbare Bodenplatte 12 mit entsprechender in der geschilderten Weise mit Meßstellen versehener Kühlwasserversorgung zugeordnet werden. Entsprechendes gilt für die obere Mahlraumhälfte 9b, wenn der Deckel 18 in der bereits angesprochenen Weise kühlbar ausgebildet ist.
[0038] Die Betriebsweise ist wie folgt:
Grundvoraussetzung ist, daß für einen bestimmten Bearbeitungsfall der spezifische Energieeintrag in das Mahlgut, d.h. der Quotient aus dem durch das Rührwerk 7 in das Mahlgut eingebrachter Leistung und aus dem Mahlgut-Massenstrom, d.h. dem pro Zeiteinheit dem Mahlraum 9 zugeführter Mahlgut-Masse unter Berücksichtigung einer zulässigen Abweichung, konstant gehalten werden soll. Der Wert des spezifischen Energieeintrags für den konkreten Mahlfall wird empirisch im Labor oder Technikum unter ähnlichen Bedingungen in verkleinertem Maßstab ermittelt. Eine solche Rührwerksmühle zur Ermittlung eines solchen Wertes sollte also einen ähnlich gestalteten Mahlbehälter und ein ähnlich gestaltetes Rührwerk einschließlich ähnlicher Rührwerkzeuge aufweisen.
[0039] Regelgrößen für den spezifischen Energieeintrag sind der Leistungseintrag in das im Mahlraum 9 befindliche Mahlgut einerseits und der Mahlgut-Massenstrom. Stellgrößen hierfür sind wiederum die Leistungsaufnahme des Rührwerks-Motors 4, und zwar die Wirkleistungsaufnahme abzüglich einer empirisch zu erfassenden und im Rechner 32 abzuspeichernden Leerlaufleistung von Motor 4 und Rührwerksmühle (ohne Mahlhilfskörper-Füllung).
[0040] Als Stellgröße für den Leistungseintrag in den Prozeßraum dient die Drehzahl des Rührwerks 7 und/oder der Füllgrad, mit dem der Mahlraum 9 mit Mahlhilfskörpern 28 gefüllt ist. Die Drehzahl des Rührwerks 7 wird über den Frequenzumformer 34 eingestellt. Der Mahlkörperfüllgrad wird über die Einrichtung 66 zur Zuführung von Mahlhilfskörpern 28, die beide vom Rechner 33 ansteuerbar sind, verändert.
[0041] Eine wesentliche übergeordnete Größe ist die Soll-Temperatur des Mahlgutes am Austritt 26. Bei Überschreiten einer maximal zulässigen Mahlguttemperatur kann eine Schädigung des Mahlgutes eintreten. Beispielsweise kann eine Beeinträchtigung von gewünschten coloristischen Eigenschaften auftreten, es können gefährliche Lösungsmittelverdampfungen auftreten, chemische Additive wie Dispergatoren und Stabilisatoren können thermisch abgebaut werden. Aus diesem Grunde können die Regelung der Leistungsaufnahme und/oder des Mahlgut-Massenstroms zur Konstanthaltung der massespezifischen Energiezufuhr nur jeweils unter Berücksichtigung einer maximal zulässigen Temperatur des Mahlgutes, die an der Meßstelle 45 erfaßt wird, verändert werden. Diese maximal zulässige Temperatur liegt um eine zulässige Temperaturabweichung oberhalb der Solltemperatur.
[0042] Stellgröße zur Regelung einer konstanten Mahlgut-Austrittstemperatur ist der Volumenstrom des Kühlwassers. Dieser wird entsprechend der an der Meßstelle 45 gemessenen Mahlgut-Austrittstemperatur - angesteuert vom Rechner 33 - durch eine Stellung des Proportional-Ventils 49 eingestellt. Die Aufteilung auf die einzelnen Zweigleitungen 54, 55, 56 erfolgt über eine manuelle Grundeinstellung der Ventile 62, 63, 64. Wenn das Ventil 49 bereits vollständig geöffnet ist, dann kann eine Reduktion der Mahlgut-Austrittstemperatur nur noch durch eine Reduktion des Leistungseintrags über das Rührwerk 7 unter entsprechender Verringerung des Mahlgut-Massenstroms erreicht werden.
[0043] Die Drehzahl des Rührwerks 7 kann - zur Veränderung des Leistungseintrags in das Mahlgut innerhalb eines Drehzahlregelbereiches um die Soll-Drehzahl geregelt werden. Dieser Drehzahlregelbereich liegt beispielsweise in einem Bereich von lo% um die Solldrehzahl.
[0045] Der Mahlgut-Massenstrom wird nach oben durch eine maximale Leistungsaufnahme und eine maximale Drehzahl des Pumpen-Motors 38 und durch einen maximal zulässigen Druck begrenzt. Die Leistungsaufnahme wird von der Meßstelle 4o erfaßt und zum Rechner gegeben. Da die an der Meßstelle 41 erfaßte Drehzahl des Pumpen-Motors 38 bzw. der Mahlgutpumpe 36 nur einen indirekten Hinweis auf den Mahlgut-Massenstrom gibt und da zu hoher Gegendruck, Lufteinschlüsse und weitere Störeinflüsse die Förderung der Mahlgut-Pumpe 36 beeinträchtigen können, wird der tatsächliche Massenstrom an der Meßstelle 43 erfaßt und auf den Rechner gegeben.
[0046] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird eine gleichmäßige Mahlkörperverteilung im Mahlraum 9 durch eine Erfassung des Mahlgut-Druckes an der Meßstelle 44 unmittelbar vor dem Mahlraum erfaßt. Da das Mahlgut hinter der Trenneinrichtung 27 Atmosphärendruck unterliegt, gibt der an der Meßstelle 44 erfaßte Mahlgut-Druck den Druckverlust im Mahlraum 9 wieder. Bei einer gleichmäßigen Verteillung der Mahlhilfskörper 28 im Mahlraum ist ein Mahlgut-Solldruck gegeben. Ein Überschreiten dieses Soll-Druckes über eine zulässige Abweichung hinaus zeigt an, daß eine übermäßige Mahlkörperkonzentration entweder am Mahlguteinlaß, also am Boden des Mahlraums 9 oder im Bereich des Mahlgutauslasses vor der Trenneinrichtung 27 erfolgt ist.
[0047] Eine gleichmäßige Mahlkörperverteilung im Mahlraum 9 liegt dann vor, wenn die an den Mahlhilfskörpern 28 angreifenden Kräfte, nämlich die Schwerkraft, die Auftriebs- und Strömungskräfte, sich im Gleichgewicht befinden. Wenn die Schwerkraft überwiegt, tritt eine übermäßige Konzentration von Mahlkörpern am Boden des Mahlraums ein. Wenn die Auftriebs-und Strömungskräfte überwiegen, tritt eine übermäßige Konzentration vor der Trenneinrichtung ein. In beiden Fällen tritt ein erhöhter Druckabfall im Mahlraum ein, d.h. der an der Meßstelle 44 erfaßte Mahlgut-Druck steigt an. Des weiteren nimmt die lediglich zum Rühren der aufkonzentrierten Mahlhilfskörper 28, nicht in Mahlleistung umgesetzte Verlustleistung zu, d.h. eine übermäßige Konzentration der Mahlhilfskörper 28 im Bereich des Mahlguteinlasses oder vor der Trenneinrichtung 27 führt zu einer verstärkten Erwärmung des Mahlgutes und zu stark erhöhtem Verschleiß der Mahlhilfskörper 28, der Rührwerkzeuge und der Mahlraumbegrenzungswände.
[0048] Eine Aussage über die Frage, ob die Ursache einer Druckerhöhung in einer Konzentration von Mahlhilfskörpern 28 am Boden des Mahlraums 9 oder vor der Trenneinrichtung 27 ist, läßt sich im wesentlichen aus der "Geschichte" der Druckerhöhung herleiten. Wenn bei einer Erhöhung des Mahlgut-Massenstroms durch entsprechende Erhöhung der Drehzahl der Mahlgut-Pumpe 36 der Mahlgut-Druck an der Meßstelle 44 ansteigt, dann ist dies ein Indiz dafür, daß eine übermäßige Konzentration an Mahlhilfskörpern 28 vor der Trenneinrichtung 27 erfolgt ist, während eine Abnahme des Druckes anzeigt, daß die Mahlhilfskörper 28 im Bereich des Mahlguteinlasses übermäßig konzentriert sind, wobei durch Erhöhung des Volumen- stroms die auf die Mahlhilfskörper 28 wirkenden Strömungskräfte erhöht werden mit der Konsequenz, daß die Verteilung vergleichmäßigt wird. Ist dagegen - wie erläutert - eine übermäßige Konzentration vor der Trenneinrichtung 27 erfolgt, so muß der Mahlgut-Massenstrom zurückgenommen werden.
[0049] Der spezifische Energieeintrag durch das Rührwerk 7 in das im Mahlraum 9 befindliche Mahlgut läßt sich nicht mehr konstant halten, wenn beide bestimmenden Größen ihren entsprechenden Extremwert erreicht haben. Wenn also der Mahlgut-Massenstrom bereits auf ein Minimum heruntergeregelt ist und die Drehzahl des Rührwerks 7 auf den maximal zulässigen Wert hochgeregelt worden ist, dann wird vom Rechner 33 her über die Einrichtung 66 die Nachfüllung des Mahlraums 9 mit Mahlhilfskörpern 28 in die Wege geleitet. Gleichzeitig wird die Drehzahl zurückgeregelt.
[0050] Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die bereits erwähnte durch zusätzliche Verlustleistungen bedingte Erwärmung des Mahlgutes im Bereich einer übermäßigen Konzentration von Mahlhilfskörpern 28 erfaßt. Hierzu wird die Erwärmung des Kühlwassers im Teil-Kühlraum 11'a und andererseits im Teil-Kühlraum 11'b erfaßt, und zwar durch Erfassen der Kühlwasser-Vorlauf-Temperatur an der Meßstelle 52 und durch Erfassen der Kühlwasser- Rücklauf-Temperaturen an den Meßstellen 69a und 69b. Durch gleichzeitiges Erfassen der Kühlwasser-Volumenströme an den Meßstellen 68a und 68b ist im Rechner 33 in einfacher Weise die einerseits im Teil-Kühlraum 11a aufgenommene Wärme und die andererseits im Teil-Kühlraum 11b aufgenommene Wärme ermittelt werden. Deren Verhältnis zueinander sind unmittelbar ein Maß dafür, ob entweder am Mahlguteinlaß oder vor der Trenneinrichtung 27 eine übermäßige Konzentration von Mahlhilfskörpern 28 erfolgt ist. Wenn mehr Wärme im Bereich des Teil-Kühlraums 11'a übertragen wird, ist ersteres der Fall, während bei einer größeren Wärmeübertragung im Bereich des Teil-Kühlraums 11'b letzteres der Fall ist. Abhilfe wird auch hier in der gleichen Weise geschaffen, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.
[0051] Auf der Basis der vorstehenden allgemeinen Erläuterungen sind die Flußdiagramme nach den Fig. 4, 5 und 6, 7 aus sich heraus verständlich, wobei das Flußdiagramm nach den Fig. 4, 5 die Regelung der Mahlkörperverteilung über die Erfassung des Mahlgut-Druckes vor dem Mahlraum wiedergibt, während das Flußdiagramm nach den Fig. 6 und 7 die Regelung der Mahlkörperverteilung über die Erfassung der Wärmeströme Qu bzw. Qo im unteren und oberen Teil 9a bzw. 9b des Mahlraums 9 wiedergibt. Ansonsten sind die Regelungsschemen gleich. Sie beschreiben entsprechend der hrfindung vollautomatische Regelungen.
[0052] In den Flußdiagrammen haben die nachfolgend aufgelisteten Zeichen die jeweils angegebene Bedeutung:
[0054] In den Rhomben in den Fig. 4 bis 6 sind die jeweils vom Rechner durchzuführenden Vergleichsoperationen angegeben, die mit den Meßdaten durchgeführt werden, die von den einzelnen Meßstellen zum Rechner 33 gegeben werden. Die aus den einzelnen Rhomben herausführenden Pfeile mit dem Zusatz "nein" oder "ja" geben an, welche Operation als nächstes durchgeführt wird, wenn die in einem Rhombus angegebene Bedingung erfüllt (ja) oder nicht erfüllt (nein) ist. Die in Rechtecken angegebenen Maßnahmen geben an, welche Stellgröße unter entsprechender Ansteuerung des zugeordneten Stellgliedes vom Rechner her verändert wird, wenn ein oder mehrere (in Rhomben angegebene) Bedingungen erfüllt sind.
[0055] In Einzelfällen sind in den Rechtecken Ziffern angegeben. Es handelt sich hierbei um die Bezugsziffern des entsprechenden Stellgliedes aus Fig. 2 oder 3.
[0056] Vor Beginn des Mahlens werden die nachfolgend aufgelisteten Parameter in den Rechner 33 eingegeben, die sich auf einen speziellen Mahlvorgang mit den entsprechenden Bedingungen beziehen:
[0057] Bei der Ausführung nach Fig. 3 entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 4 und 6 wird zusätzlich noch zur Erfassung der in den Teil-Kühlräumen abgeführten Wärmeströme eingegeben die zulässige Differenz der abgeführten Wärmeströme:
[0058] Wie sich aus Fig. 4 ergibt, werden nach dem Start der Druck und die Temperatur im Hinblick auf die maximal zulässigen Werte überprüft und bei Erreichen des maximal zulässigen Wertes eine Notabschaltung (NOTAUS) durchgeführt. Anschließend werden weitere Temperatur- und Druckbedingungen abgefragt und jeweils bei Nichtvorhandensein die entsprechenden oben geschilderten Maßnahmen ergriffen. Wenn Druck und Temperatur des Mahlgutes im Bereich der zulässigen Abweichung sind, wird der tatsächliche spezifische Energieeintrag überprüft, und zwar im Hinblick auf die zulässige Abweichung. Je nachdem ob eine Abweichung vorliegt oder nicht,erfolgen dann die im einzelnen in den Fig. 5 bzw. 6 angegebenen weiteren Abfragen bzw. Maßnahmen.
1. Regelung einer Rührwerksmühle zum Zerkleinern, Desagglomerieren und Dispergieren
von als Suspension vorliegendem Mahlgut, mit einem Mahlraum (9; 9a, 9b), in dem ein
mit regelbarer Drehzahl von einem Rührwerks-Motor (4) antreibbares Rührwerk (7) angeordnet
ist, der teilweise mit Mahlhilfskörpern (28) gefüllt ist, in den an einem Ende eine
von einer Mahlgut-Pumpe (36) kommende Mahlgut-Zulaufleitung (37) einmündet, und der
an seinem anderen Ende mit einer Mahlgut-Mahlhilfskörper-Trenneinrichtung (27) und
einem nachgeordneten Mahlgut-Austritt (26) versehen ist, mit einer Einrichtung zum
Erfassen der vom Rührwerk (7) in das Mahlgut eingebrachten Leistung und mit einer
Einrichtung zum Erfassen des Mahlgut-Massenstroms und mit einem den Mahlraum (9; 9a,
9b) umgebenden Kühlraum (11'; 11'a, 11'b), der an eine Kühlwasser-Vorlauf-Leitung
(47) und eine KühlwasserRücklauf-Leitung (58) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung zur Konstanthaltung der spezifischen Energiezufuhr vorhanden
ist, wobei die spezifische Energiezufuhr durch den Quotienten von in das Mahlgut eingebrachter
Leistung und Mahlgut-Massenstrom bestimmt ist, und daß eine Einrichtung zur Erfassung
der Verteilung der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9; 9a, 9b) vorgesehen ist.
2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erfassung
der Verteilung der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9) eine Meßstelle (44) zur Erfassung
des Druckabfalls im Mahlraum (9) vorgesehen ist, wobei das Überschreiten eines vorgegebenen
Druckabfalls ein Maß für eine Konzentration von Mahlhilfskörpern (28) am Mahlgut-Einlaß
(13) bzw. vor der Trenneinrichtung (27) ist.
3. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erfassung
der Verteilung der Mahlhilfskörper (28) der Mahlraum (9a, 9b) von mindestens zwei
parallel zueinander geschalteten Teil-Kühlräumen (11'a, 11'b) umgeben ist, von denen
einer dem Mahlgut-Einlaß (13) und der andere der Trenneinrichtung (27) zugeordnet
ist und daß Einrichtungen zur Erfassung der auf die Teil-Kühlräume (11'a, 11'b) übertragenen
Wärmeströme vorgesehen sind.
4. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Konzentration der Mahlhilfskörper
(28) vor dem Mahlgut-Einlaß (13) der Mahlgut-Massenstrom erhöht wird.
5. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Konzentration der Mahlhilfskörper
(28) vor der Trenneinrichtung (27) der Mahlgut-Massenstrom abgesenkt wird.
6. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlwasser-Leitung
(47) ein in Abhängigkeit von der Mahlgut-Temperatur am Mahlgut-Auslaß (26) gesteuertes
Ventil angeordnet ist.
7. Regelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmäßiger Verteilung
der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9; 9a, 9b) bei Überschreiten des vorgegebenen
Wertes der spezifischen Energie und nur teilweise geöffnetem Kühlwasser-Ventil (49)
der Mahlgut-Massenstrom erhöht wird.
8. Regelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmäßiger Verteilung
der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9; 9a, 9b) bei Überschreiten des vorgegebenen
Wertes der spezifischen Energie und bei vollständig geöffnetem Kühlwasser-Ventil (49)
die Drehzahl des Rührwerks (7) gesenkt wird.
9. Regelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmäßiger Verteilung
der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9; 9a, 9b) und bei Unterschreiten des vorgegebenen
Wertes der spezifischen Energiezufuhr bei nur teilweise geöffnetem Kühlwasser-Ventil
(49) die Drehzahl des Rührwerks (7) erhöht wird.
lo. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmäßiger Verteilung
der Mahlhilfskörper (28) im Mahlraum (9; 9a, 9b) und bei Unterschreiten des vorgegebenen
Wertes der spezifischen Energiezufuhr bei vollständig geöffnetem Kühlwasser-Ventil
(49) der Mahlgut-Massenstrom verringert wird.
11. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (66) zur
Zuführung von Mahlhilfskörpern (28) in den Mahlraum (9; 9a, 9b) vorgesheen ist und
daß bei Erreichen einer maximal zulässigen Drehzahl des Rührwerks (7) und bei Absenkung
des Mahlgut-Massenstroms auf einen vorgegebenen Minimalwert Mahlhilfskörper (28) in
den Mahlraum (9; 9a, 9b) eingespeist werden.