Vorrichtung zum Zerkleinern, Reiben und Dispergieren von fliessfähigem Mahlgut

Abstract

 Eine Vorrichtung zum Zerkleinern, Reiben und Dispergieren von fließfähigem Mahlgut weist einen Mahlbehälter (6) mit einer zu einer Drehachse (22) rotationssymmetrisch ausgebildeten inneren ersten Mahlfläche (33) auf und ist um die Drehachse (22) drehantreibbar. Weiterhin ist eine Mahlwalze (10) vorgesehen, die eine zweite zu einer Mittel-Längse-Achse (16) rotationssymmetrisch ausgebildete zweite Mahlfläche (34) aufweist und die um die Achse (16) drehantreibbar ist. Zwischen der ersten Mahlfläche (33) und der zweiten Mahlfläche (34) wird ein Mahlspalt (39) begrenzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern, Reiben und Dispergieren von fließfähigem Mahlgut.

[0002] Derartige Vorrichtungen sind u. a. in vielfältiger Ausgestaltung als sogenannte Rührwerksmühlen bekannt. Derartige Rührwerksmühlen weisen einen Mahlbehälter auf, der einen Mahlraum begrenzt, in dem ein Rotor angeordnet ist. Im Mahlraum befinden sich Mahlhilfskörper. Das Mahlgut durchströmt den Mahlraum und wird dabei im wesentlichen durch die Bewegung der Mahlhilfskörper zerkleinert, gerieben und dispergiert.

[0003] Des weiteren sind derartige Vorrichtungen als sogenannte Walzenstühle bekannt, bei denen zwei oder mehr Walzen unter Bildung jeweils eines Mahlspaltes vorgesehen sind, wobei der Mahlspalt zwischen zwei Walzen einstellbar ist. Im Mahlspalt wird das Mahlgut hohen Scherbeanspruchungen ausgesetzt und dadurch zerkleinert, gerieben und dispergiert. Derartige Walzenstühle werden unter anderem bei der Herstellung von Druckfarben eingesetzt. Ihr Nachteil liegt darin, daß das Mahlgut nach jedem Durchgang durch den Walzenstuhl aufgefangen und diesem neu zugeführt werden muß.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der mit konstruktiv einfachen Mitteln das Mahlgut wiederholt einer Scherung unterworfen werden kann.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß durch die Ausgestaltung der Vorrichtung das Mahlgut dem Mahlspalt bei einem Durchlauf mehrfach zugeführt wird, da es sich aufgrund der Rotationskräfte an der ersten Mahlfläche auf angenäherten schraubenlinienförmigen Mahlgut-Bahnen zum Mahlgut-Ablauf bewegt. Von der grundsätzlichen Wirkung her ist die erfindungsgemäße Vorrichtung am besten mit einem Walzenstuhl vergleichbar, der eine Hohlwalze aufweist, innerhalb derer eine Innenwalze unter Bildung eines Mahlspalts bzw. Mahlspaltes angeordnet ist. Insoweit könnte der Mahlbehälter auch als Hohlwalze bezeichnet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet - anders als Rührwerksmühlen - ohne Mahlhilfskörper.

[0006] Die Unteransprüche geben zahlreiche vorteilhafte und zum Teil erfinderische Ausgestaltungen wieder.

[0007] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1

einen vertikalen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2

einen vertikalen Längsschnitt durch den Mahlbehälter und die Mahlwalze der Vorrichtung nach Fig. 1 in schematisierter Darstellung zur Erläuterung der Funktion und

Fig. 3

eine Draufsicht auf Fig. 2.

[0008] Wie Fig. 1 entnehmbar ist, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Ständer 1 auf, in dem ein elektrischer Antriebsmotor 2 gelagert ist. Er weist einen unteren ersten Abtrieb 3 und einen oberen zweiten Abtrieb 4 auf, der über ein Getriebe 5 mit stufenlos veränderbarer Übersetzung vom Motor 2 angetrieben wird. Am Ständer 1 ist weiter ein Mahlbehälter 6 mittels eines unteren Lagerzapfens 7 in Lagern 8 drehbar gelagert. Er wird vom ersten Abtrieb 3 mittels eines Riementriebes 9 drehangetrieben.

[0009] Im Mahlbehälter 6 ist eine Mahlwalze 10 angeordnet, die an einer Walzen-Antriebswelle 11 angebracht ist. Die Antriebswelle 11 ist sehr stämmig ausgeführt und in zwei mit größtmöglichem Abstand voneinander angebrachten Lagern 12, 13 in einem Lagerschlitten 14 gelagert. Der Lagerschlitten 14 ist im oberen Bereich des Ständers 1 in einer Führung 15 quer zur - im wesentlichen vertikalen - Mittel-Längs-Achse 16 der Antriebswelle 11 mit Mahlwalze 10 in Richtung 17 verschiebbar gelagert. Die Antriebswelle 11 und damit die Mahlwalze 10 sind vom zweiten Abtrieb 4 des Motors 2 über eine Gelenkwelle 18 und einen Riementrieb 19 antreibbar, wobei die Gelenkwelle 18 über ein Schiebelager 20 mit dem zweiten Abtrieb 4 gekoppelt ist, damit Verschiebungen des Lagerschlittens 14 in Richtung 17 kompensierbar sind. Der Lagerschlitten 14 ist mittels hydraulisch beaufschlagbarer Zustell-Antriebe 21, beispielsweise in Form von hydraulisch beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Antrieben, in eine gewünschte Position verfahrbar und in dieser Position feststellbar bzw. blokkierbar. Die Zustell-Antriebe 21 sind hierzu am Ständer 1 angelenkt. Weiterhin sind sie aus später noch zu erläuternden Gründen auch einzeln ansteuerbar.

[0010] Der Mahlbehälter 6 ist etwa kegelstumpfförmig ausgebildet und zwar auf jeden Fall drehsymmetrisch zu einer Drehachse 22, die durch den Lagerzapfen 7 geht. Er weist einen Boden 23 und eine kegelstumpfförmige, sich nach oben erweiternde Behälterwand 24 auf. Der Mahlbehälter 6 weist eine obere Öffnung 25 auf, in deren Nachbarschaft auf der Außenseite der Behälterwand 24 eine ringförmige, und zwar bevorzugt zylinderringförmige, Stützfläche 26 ausgebildet ist, an der wiederum im Ständer 1 abgestützte Stützrollen 27 anliegen.

[0011] In den Innenraum 28 des Mahlbehälters 6, und zwar in dem freien Bereich zwischen dessen Boden 23 und der Mahlwalze 10 führt eine Mahlgut-Zulauf-Leitung 29. Im Bereich der Öffnung 25 ist ein die Öffnung 25 umgebender Mahlgut-Ablauf 30 vorgesehen. Die Zuführung des Mahlgutes durch die Leitung 29 erfolgt in Zulaufrichtung 31, der Ablauf in Ablaufrichtung 32.

[0012] Die Innenfläche der Behälterwand 24 bildet eine feingeschliffene kegelstumpfförmige erste Mahlfläche 33. Die Oberfläche der Mahlwalze 10 bildet eine ebenfalls feingeschliffene zylindrische zweite Mahlfläche 34.

[0013] Die Drehachse 22 des Mahlbehälters 6 schließt mit der Achse 16 der Mahlwalze 10 einen Winkel a ein, der vollständig oder zumindest im wesentlichen dem halben Öffnungswinkel der kegelstumpfförmigen ersten Mahlfläche 33 entspricht. Andererseits können beide Mahlflächen 33 und 34 auch leicht ballig ausgebildet sein.

[0014] Am Ständer 1 ist weiterhin ein Sensor 35 vorgesehen, mittels dessen der Mahlgut-Füllstand 36 im Mahlbehälter 6 erfaßt werden kann. Die Signale dieses Sensors 35 gehen auf eine zentrale Steuerung 37, über die der Antriebsmotor 2, das Getriebe 5 und damit die Drehzahlen von Mahlbehälter 6 und Mahlwalze 10 beeinflußbar sind. Des weiteren wird über diese zentrale Steuerung 37 eine Mahlgutpumpe 38 angesteuert. Die Steuerung 37 kann frei programmierbar sein.

[0015] Die Wirkungsweise ist wie folgt:

[0016] Die erste Mahlfläche 33 und die zweite Mahlfläche 34 begrenzen einen Mahlspalt 39, der im wesentlichen parallel zur Achse 16 verläuft, wie den Fig. 1 und 2 entnehmbar ist. Die Überdeckung der ersten Mahlfläche 33 und der zweiten Mahlfläche 34 in Richtung der Achse 16, also die Länge b des Mahlspaltes 39 erstreckt sich im wesentlichen vom Boden 23 bis zur Öffnung 25 des Mahlbehälters 6. Der Durchmesser c der Mahlwalze 10 ist auf jeden Fall kleiner als die Projektion des Durchmessers d der inneren Bodenfläche 40 auf den Durchmesser c. Es gilt also: c <d x cos a. Bevorzugt gilt: 0,2 d x cos a ≤ c ≤ 0,9 d x cos a.

[0017] Der Lagerschlitten 14 mit der Antriebswelle 11 und der Mahlwalze 10 ist mittels der Zustellantriebe 21 in eine Position verfahren worden, in der der Mahlspalt 39 eine gewünschte Breite und ggf. einen gewünschten Verlauf hat.

[0018] Der Mahlbehälter 6 wird in Drehrichtung 41 und die Mahlwalze 10 in Drehrichtung 42 angetrieben, also - wie Fig. 3 entnehmbar ist - gleichsinnig, so daß das Mahlgut in einer gleichgerichteten Förderrichtung 43 durch den Mahlspalt 39 gefördert wird. Wie den Fig. 1 und 2 entnehmbar ist, ist der Mahlgut-Füllstand 36 sehr niedrig, so daß die Mahlwalze 10 nur in geringem Umfang in das Mahlgut eintaucht. Bei Stillstand von Mahlbehälter 6 und Mahlwalze 10 ist also der größte Teil des Mahlspaltes 39 oberhalb des Mahlgut-Füllstandes 36. Beim Drehantrieb wird aufgrund der kegelstumpfförmigen Erweiterung der ersten Mahlfläche 33 zur oben liegenden Öffnung 25 hin das Mahlgut auf schraubenlinienförmigen Mahlgut-Bahnen 44 nach oben gefördert und durchläuft demzufolge den Mahlspalt 39 mehrfach, bis es an der Öffnung 25 und damit dem Ablauf 30 ankommt. Für Reinigungszwecke ist am Boden 23 ein verschließbarer Auslauf 45 vorgesehen.

[0019] Aufgrund der mindestens im wesentlichen kegelstumpfförmigen Ausbildung der ersten Mahlfläche 33 und der mindestens im wesentlichen zylindrischen Ausgestaltung der zweiten Mahlfläche 34 bestehen im Mahlspalt 39 Relativgeschwindigkeiten zwischen den Mahlflächen 33 und 34, wobei theoretisch an einer einzigen Stelle identische Umfangsgeschwindigkeiten der Mahlflächen 33 und 34 herrschen können. Dies gilt dann, wenn a > 0, wenn also die erste Maifläche 33 tatsächlich kegelstumpfförmig ausgebildet ist und die zweite Mahlfläche 34 zylindrisch ausgebildet ist. Generell gilt insoweit: 0 <a ≤ 45 °. Bevorzugt gilt: 10 ≤ a ≤ 30 °. Wenn - was auch ohne weiteres möglich ist - auch die erste Mahlfläche 33 zylindrisch ausgebildet ist, wenn also gilt a = 0, dann treten trotzdem die vorstehend geschilderten Fördereffekte ein, d. h. das Mahlgut bewegt sich etwa in einer schraubenlinienförmigen Bewegung relativ zur ersten Mahlfläche 33 nach oben zur Öffnung 25. Darüber hinaus sind generell die Relativgeschwindigkeiten dadurch sehr stark beeinflußbar, daß der Mahlbehälter 6 einerseits und die Mahlwalze 10 andererseits mit unterschiedlichen, veränderbaren Drehzahlen antreibbar sind.

[0020] Der Winkel a kann derart veränderbar sein, daß die Breite des Mahlspalts 39 über seine Länge b sich ändert. Beispielsweise kann die Anordnung so sein, daß der Mahlspalt 39 unten, d. h. an seinem Anfang in der Nähe des Bodens 23, seine größte Breite hat, die dann nach oben kontinuierlich abnimmt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Lagerung des Mahlbehälters 6 im Bereich seines Lagers 8 um einen kleinen Winkel schwenkbar ausgestaltet wird. Insbesondere kann dies aber in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Zustellantriebe 21 geringfügig unterschiedlich angesteuert werden, wodurch eine entsprechende Änderung der Breite des Mahlspalts 39 über seine Länge b erreichbar ist. Da solche Änderungen der Breite des Mahlspalts 39 über seine Länge b sich im Bereich von tausendstel mm bewegen, kann dies durch die entsprechend unterschiedliche Ansteuerung der Zustellantriebe 21 aufgrund des unvermeidbar vorhandenen Spiels in der Führung 15 erreicht werden. Im übrigen können Veränderungen der Breite des Mahlspalts 39 bei kegelstumpfförmiger Ausbildung der ersten Mahlfläche 33 auch durch Verschiebung des Mahlbehälters 6 und der Mahlwalze 10 relativ zueinander in Richtung der Achse 16 erreicht werden. Die Breite des Mahlspaltes 39 liegt im Bereich von 3 bis 500 µm und bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 µm.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Zerkleinern, Reiben und Dispergieren von fließfähigem Mahlgut,

- mit einem Ständer (1),

- mit einem Mahlbehälter (6),

-- der am Ständer (1) drehbar gelagert ist,

-- der eine Drehachse (22) aufweist,

-- der einen Innenraum (28) mit einer nach oben offenen Öffnung (25) aufweist,

-- der um die Drehachse (22) drehantreibbar ist und

-- der eine innere erste Mahlfläche (33) aufweist,

--- die rotationssymmetrisch zur Drehachse (22) ausgebildet ist, und

--- die den Innenraum (28) des Mahlbehälters (6) begrenzt,

- mit einem Mahlgut-Zulauf (29) zum Zuführen von Mahlgut durch die Öffnung (25),

- mit einem aus der Öffnung (25) ausmündenden Mahlgut-Ablauf (30),

- mit einer Mahlwalze (10),

-- die am Ständer (1) drehbar gelagert ist,

-- die eine Mittel-Längs-Achse (16) aufweist,

-- die um die Mittel-Längs-Achse (16) drehantreibbar ist, und

-- die eine zweite Mahlfläche (34) aufweist,

--- die rotationssymmetrisch zur Mittel-Längs-Achse (16) ausgebildet ist und

--- die mit der ersten Mahlfläche (33) einen Mahlspalt (39) begrenzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mahlbehälter (6) und die Mahlwalze (10) in gleichen Drehrichtungen (41, 42) drehantreibbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mahlbehälter (6) und die Mahlwalze (10) mit veränderbaren Drehzahlen drehantreibbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mahlbehälter (6) und die Mahlwalze (10) von einem gemeinsamen Antriebsmotor (2) drehantreibbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mahlbehälter (6) und/oder die Mahlwalze (10) über ein Getriebe (5) drehantreibbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Getriebe (5) mit stufenlos veränderbarer Übersetzung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des Mahlspaltes (39) 3 bis 500 µm beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des Mahlspaltes (39) 5 bis 50 µm beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des Mahlspaltes (39) einstellbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des Mahlspaltes (39) über dessen Länge b unterschiedlich einstellbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mahlbehälter (6) und/oder die Mahlwalze (10) an einem Lagerschlitten (14) gelagert ist, der gegenüber dem Ständer (1) quer zu der Drehachse (22) und/oder der Mittel-Längs-Achse (16) verstellbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerschlitten (14) mittels mindestens eines Zustell-Antriebes (21) verstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (22) und die Mittel-Längs-Achse (16) sich unter einem Winkel a schneiden, für den gilt: 0 ≤ a ≤ 45 °.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (22) und die Mittel-Längs-Achse (16) sich unter einem Winkel a schneiden, für den gilt: 10 ≤ a ≤ 30 °.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Mahlfläche (33) zumindest im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Mahlfläche (33) zumindest im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Mahlfläche (34) zumindest im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß für den Durchmesser c der zweiten Mahlfläche (34) in Bezug auf den kleinsten Durchmesser (d) der ersten Mahlfläche (33) gilt: c < d x cos a.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß gilt: 0,2 d x cos a ≤ c ≤ 0,9 d x cos a.

Zeichnung