[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzwerk, insbesondere ein Dreiwalzwerk, zur Zerkleinerung
und Homogenisierung viskoser Massen, insbesondere zur Dispergierung und gleichmässigen
Verteilung in einem Bindemittel suspendierter Feststoffpartikel.
[0002] Ein derartiges Walzwerk weist mindestens zwei um ihre Längsachsen drehbar gelagerte
Walzen auf, wobei die Drehachse der ersten Walze ortsfest gelagert ist und die Drehachse
einer zweiten Walze bewegbar gelagert ist. Mit mindestens einer Pressvorrichtung erfolgt
eine Pressung mindestens einer Walze gegen die andere. Das Walzwerk besitzt eine erste
Ebene, welche durch die Drehachse einer vorderen Walze bzw. Aufgabewalze und durch
die Drehachse einer mittleren Walze definiert ist, und eine zweite Ebene, welche durch
die Drehachse der mittleren Walze und durch die Drehachse der hinteren Walze bzw.
Abnahmewalze definiert ist, um einen Winkel zwischen etwa 10° und maximal 90° zueinander
geneigt sind.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzwerk der eingangs genannten Grundbauart
bereitzustellen, das eine Verbesserung der Produktqualität ermöglicht und durch bessere
Mahlarbeit Produktinhomogenitäten und eine unzureichende Kühlung vermeidet.
[0004] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Walzwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
[0005] Erfindungsgemäss sind die Walzenoberflächen bzw. Prozessflächen aus einem metallfreien
Keramikmaterial gebildet, wobei die Walzen vorzugsweise einen auf einen hohlen Metallzylinder
aufgepassten Keramikzylinder aufweisen. Dadurch wird jegliche metallische Verunreinigung
des Produktes während seiner Zerkleinerung aufgrund von Walzenabrieb ausgeschlossen.
Dies ist besonders wichtig bei der Verarbeitung von Pasten für Anwendungen in der
Elektronik und für die Herstellung von Isolatorkörpern auf Basis von Feinkeramik.
[0006] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es
sich bei dem erfindungsgemässen Walzwerk um ein sog. "Dreiwalzwerk" mit drei parallel
aneinanderliegenden Walzen. Die Drehachse der mittleren Walze ist dabei ortsfest gelagert,
während die Drehachse der vorderen Walze bzw. Aufgabewalze und die Drehachse der hinteren
Walze bzw. Abnahmewalze bewegbar gelagert sind. Hierfür besitzt es eine vordere mechanisch-pneumatische
Pressvorrichtung zum Pressen der vorderen Walze gegen die mittlere Walze sowie eine
hintere mechanisch-pneumatische Pressvorrichtung zum Pressen der hinteren Walze gegen
die mittlere Walze. Somit stehen zwei Walzenspalte zur Verfügung. Durch Einstellen
des Spaltabstands, der Differenzgeschwindigkeit und des Drucks im jeweiligen Spalt
lassen sich für die beiden Walzenspalte somit die Betriebsbedingungen unabhängig einstellen.
[0007] Die hintere Walze bzw. die für die Produktabnahme bestimmte Abnahmewalze kann eine
kürzere axiale Prozesslänge als die mittlere Walze haben und kann bezüglich der mittleren
Walze axial derart angeordnet sein, dass die Enden der Prozesslänge der mittleren
Walze über die Enden der Prozesslänge der hinteren Walze bzw. Abnahmewalze beiderseits
axial hinausragen. Dies hat den Vorteil, dass beim Betrieb des Walzwerkes ungeriebenes
oder nur unzulänglich geriebenes, d.h. zu grobes Produkt nicht von der mittleren Walze
auf die hintere Walze bzw. Abnahmewalze gelangt. Durch diese Massnahme lässt sich
daher eine Verbesserung der Produktqualität, d.h. eine einheitlichere Produkt-Feinheit
erzielen, undefinierte Randeffekte werden vermieden.
[0008] Vorzugsweise verläuft die erste Ebene horizontal, während die zweite Ebene schräg
nach oben verläuft (in Seitenansicht L-förmige Anordnung der Walzen). Vorzugsweise
beträgt der Winkel 30° bis 60° und besonders bevorzugt etwa 45°. Dadurch wird erreicht,
dass das als viskose Masse vorliegende Produkt mit den in ihm verteilten Feststoffpartikeln
(z.B. Pigmente) während seines Durchlaufs durch das Walzwerk länger gekühlt wird als
bei einer Anordnung, bei der die Drehachsen der vorderen, der mittleren und der hinteren
Walze in einer Ebene liegen.
[0009] Eine solche Anordnung ergibt eine grössere Verweildauer des Produktes auf kühlen
Oberfläche der Walzen.
[0010] Zweckmässigerweise werden die Walzen von innen gekühlt. Dies ist z.B. bei der Verarbeitung
organischer Pigmente, insbesondere bei einigen Gelbpigmenten wichtig.
[0011] Vorzugsweise werden sowohl die vordere Walze als auch die hintere Walze mittels einer
mechanisch-pneumatischen Pressvorrichtung gegen die mittlere Walze gepresst. Dies
ermöglicht eine Einstellung des vorderen und des hinteren Walzenspalts. Vorzugsweise
weist die mechanisch-pneumatische Pressvorrichtung eine Regelung zur Spalteinstellung
auf. Da der Kraftwandler, wie weiter oben erläutert, eine "Kraftübersetzung" und eine
"Weguntersetzung" ermöglicht, kann die relativ schwache Kraft einer Pneumatik zum
Zwecke der Walzenpressung vervielfältigt werden und gleichzeitig die von der Pneumatik
vorgegebene Genauigkeit für die Spalteinstellung stark erhöht werden.
[0012] Zweckmässigerweise liegt an der Abnahmewalze ein Abstreifer an, über den die zerkleinerte
homogenisierte Masse abgestreift wird, wobei auch der Abstreifer vorzugsweise aus
einem metallfreien Material, insbesondere aus einem Keramikmaterial oder aus einem
Polymermaterial besteht. Dadurch wird auch jegliche metallische Verunreinigung des
Produktes während seiner Abstreifung von der Abnahmewalze aufgrund von Abstreiferabrieb
ausgeschlossen.
[0013] Vorzugsweise ist zumindest der Einzugsbereich des Walzwerks durch ein Verdeck abgedeckt.
Dies verhindert, dass ungewollte Verunreinigungen aus der Fabrikhalle in das Produkt
gelangen und umgekehrt auch, dass keine ungewollten flüchtigen Produktbestandteile
in die Luft der Fabrikhalle gelangen. Man verbessert somit einerseits die "Produkthygiene"
und andererseits die "Arbeitsplatzhygiene".
[0014] Vorzugsweise ist der Raum unter dem Verdeck mit einem Gasabzug verbunden. Dadurch
können z.B. in Lösungsmittel des Produktes enthaltene flüchtige Substanzen von der
Luft einer Fabrikhalle fern gehalten werden.
[0015] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich
aus der nun folgenden Beschreibung, wobei:
- Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht nicht erfindungsgemässen Walzwerks ist;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf die Walzen des Walzwerkes von in Fig. 1 ist;
- Fig. 3
- eine der Fig. 1 entsprechende schematische Seitenansicht eines erfindungs-gemässen
Walzwerkes ist; und
- Fig. 4
- eine Draufsicht auf die Walzen des Walzwerkes von in Fig. 3 ist.
[0016] Ein nicht erfindungsgemässes Walzwerk ist in Fig. 1 und in Fig. 2 gezeigt. Das hier
gezeigte Dreiwalzwerk enthält drei Walzen 1, 2, 3, die parallel zueinander ausgerichtet
und alle in einer Ebene E angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Drehachse A1
der vorderen Walze 1, die Drehachse A2 der mittleren Walze 2 und die Drehachse A3
der hinteren Walze 3 parallel zueinander (siehe Fig. 2) und liegen allesamt in ein
und derselben Ebene E. In der Betriebsstellung werden die vordere Walze 1 und die
hintere Walze 3 mittels einer vorderen Pressvorrichtung 4 bzw. mittels einer hinteren
Pressvorrichtung 5 jeweils gegen die mittlere Walze 2 gepresst, deren Drehachse A2
ortsfest gelagert ist. Die vordere Walze 1 und die hintere Walze 3 sind beweglich
gelagert, d.h. ihre Drehachsen A1 bzw. A3 können um eine Schwenkachse D3 verschwenkt
werden. Die Mantelflächen der Walzen 1, 2, 3 stellen jeweils die Walzen-Prozessfläche
S1, S2, S3 dar, die mit dem zu verarbeitenden Produkt in Berührung kommen. Zwischen
der Prozessfläche S1 der vorderen Walze 1 und der Prozessfläche S2 der mittleren Walze
2 entsteht im Betrieb durch das zwischen den gegeneinander gepressten Walzen 1 und
2 hindurchtretende Produkt ein Walzenspalt. Ebenso wird zwischen der Prozessfläche
S3 der hinteren Walze 3 und der Prozessfläche S2 der mittleren Walze 2 im Betrieb
durch das zwischen den gegeneinander gepressten Walzen 2 und 3 hindurchtretende Produkt
ein Walzenspalt gebildet.
[0017] Die vordere Pressvorrichtung 4 und die hintere Pressvorrichtung 5 weisen jeweils
einen Kraftwandler 6 und einen Pneumatikantrieb 7 auf. Bei dem in Fig. 1 gezeigten
nicht erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel ist der Kraftwandler ein Kniehebel 6,
der aus einem ersten Hebel 6A und einem zweiten Hebel 6B gebildet ist, während der
Pneumatikantrieb 7 durch einen Pneumatikzylinder 7A und einen Pneumatikkolben 7B gebildet
ist. Der Kraftfluss der Pressvorrichtungen 4 und 5 geht von dem in dem Pneumatikzylinder
7A gelagerten Pneumatikkolben 7B aus, der über eine Kolbenstange mit dem ersten Hebel
6A an einer Gelenkachse D1 angelenkt ist. Der erste Hebel 6A ist an einer zweiten
Gelenkachse D2 an dem zweiten Hebel 6B angelenkt, der wiederum an einer Schwenkachse
D3 angelenkt ist und jeweils eine verschwenkbare Aufhängung und Lagerung der vorderen
Walze 1 und der hinteren Walze 3 bildet.
[0018] Der als Kraftwandler 6 und Walzenaufhängung dienende Kniehebel 6A, 6B bewirkt je
nach Dimensionierung und Orientierung der Hebel 6A und 6B eine Steigerung der pneumatischen
Kraft des Pneumatikantriebs 7 um einen Faktor von etwa 20 bis 50, wobei diese vergrösserte
Kraft zur Walzenpressung verwendet wird. Dadurch wird eine ausreichend starke Walzenpressung
auch mit einem Pneumatikantrieb 7 ermöglicht. Andererseits bewirkt dieser Kraftwandler
6 eine Verringerung des durch den Pneumatikantrieb 7 zurückgelegten Hubes um einen
Faktor von etwa 1/50 bis 1/20, wobei dieser verkleinerte Hub zur Spalteinstellung
verwendet wird.
[0019] Die Walzen 1, 2 und 3 werden durch (nicht gezeigte) Übertriebe oder Getriebe durch
den Motor M angetrieben. Der Walzenblock 1, 2, 3 und der Motorblock M sind von einem
Gehäuse G umgeben.
[0020] Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Walzen 1, 2, 3 des in Fig. 1 gezeigten nicht erfindungsgemässen
Walzwerks. Man sieht, dass die vordere Walze bzw. Aufgabewalze 1 und die mittlere
Walze 2 beide dieselbe Prozesslänge L1 = L2 haben, während die hintere Walze bzw.
Abnahmewalze 3 zwecks Vermeidung von undefinierten Randeffekten eine deutlich kürzere
Prozesslänge L3 < L2 hat. Die hintere Walze 3 ist bezüglich der mittleren Walze 2
axial derart angeordnet, dass die Enden der Prozesslänge L2 der mittleren Walze 2
über die Enden der Prozesslänge L3 der hinteren Walze 3 beiderseits axial hinausragen.
Dadurch wird gewährleistet, dass beim Betrieb des Dreiwalzwerks ungeriebenes oder
nur unzulänglich geriebenes Produkt von der mittleren Walze 2 nicht auf die hintere
Walze 3 gelangt, wodurch sich eine deutliche Verbesserung der Produktqualität erzielen
lässt.
[0021] Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Walzwerks ist in Fig. 3 und in Fig.
4 gezeigt.
[0022] Sämtliche in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte Elemente des zweiten Ausführungsbeispiels,
die mit den in Fig. 1 und in Fig. 2 gezeigten Elementen identisch sind oder ihnen
entsprechen, tragen die um einen Strich ergänzten Bezugszeichen des entsprechenden
Elements aus Fig. 1 oder Fig. 2. Die Erklärung der Funktion dieser Elemente des erfindungsgemässen
Ausführungsbeispiels wird hier nicht wiederholt. Ausserdem sind die vordere Pressvorrichtung
4' und die hintere Pressvorrichtung 5' mit ihrem jeweiligen Kraftwandler 6' und Pneumatikantrieb
7' nur schematisch angedeutet.
[0023] Die anderen Bezugszeichen in Fig. 3 und in Fig. 4, die von dem nicht erfindungsgemässen
Ausführungsbeispiel abweichende Elemente des erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels
zeigen, weisen keinen Strich auf. Ihre Funktion und Bedeutung wird im folgenden erläutert.
[0024] Der wesentliche Unterschied zwischen dem nicht erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel
(Fig. 1 und Fig. 2) und dem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel (Fig. 3 und Fig.
4) besteht darin, dass das hier gezeigte Dreiwalzwerk drei Walzen 1', 2', 3' enthält,
die zwar parallel zueinander ausgerichtet sind, aber nicht alle in ein und derselben
Ebene angeordnet sind. Vielmehr sind die Drehachse A1' der vorderen Walze 1' und die
Drehachse A2' der mittleren Walze 2' in einer ersten Ebene E1 angeordnet, während
die Drehachse A3' der hinteren Walze 3' und die Drehachse A2' der mittleren Walze
2' in einer zweiten Ebene E2 angeordnet sind, die zur ersten Ebene E1 einen Winkel
von etwa 45° bildet. Diese Anordnung der drei Walzen 1', 2', 3' ermöglicht, dass das
als viskose Masse vorliegende Produkt mit den in ihm verteilten Feststoffpartikeln
(z.B. Pigmente) während seines Durchlaufs durch das Walzwerk länger und somit stärker
gekühlt werden kann als bei einer Anordnung, bei der die Drehachsen der vorderen,
der mittleren und der hinteren Walze in einer Ebene liegen.
[0025] Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Walzen 1', 2', 3' des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemässen Walzwerks. Auch hier haben die vordere Walze bzw. Aufgabewalze
1' und die mittlere Walze 2' beide dieselbe Prozesslänge L1' = L2', während die hintere
Walze bzw. Abnahmewalze 3' eine deutlich kürzere Prozesslänge L3' < L2' hat. Die hintere
Walze 3' ist ebenfalls bezüglich der mittleren Walze 2' axial derart angeordnet, dass
die Enden der Prozesslänge L2' der mittleren Walze 2' über die Enden der Prozesslänge
L3' der hinteren Walze 3' beiderseits axial hinausragen. Wie bereits erläutert, wird
dadurch gewährleistet, dass beim Betrieb des Dreiwalzwerks kein ungeriebenes oder
nur unzulänglich geriebenes Produkt von der mittleren Walze 2' auf die hintere Walze
3' gelangt, wodurch die Produktqualität verbessert wird.
[0026] Der Weg, den das Produkt bei seinem Durchlauf durch das Walzwerk gemäss dem zweiten
Ausführungsbeispiel zurücklegt, ist um die beiden zusätzlichen Kreisbogenlängen an
den Oberflächen S2' und S3' der Walzen 2' und 3' mit Radius R erhöht, die sich durch
den Winkel γ zwischen der Ebene E1 und der Ebene E2 ergeben, d.h. ein zusätzlicher
Weg gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) um 2 x γ x R.
[0027] Ein Aufgabetrichter bzw. Produkttrog 8 mit Aufsetzkeilen, die sich beiderseits von
dem Einzugsbereich erstrecken, ist über dem Bereich des Einzugsspaltes zwischen der
vorderen Walze 1' und der mittleren Walze 2' angeordnet. Dieser Produkttrog erhöht
mit seinen zusätzlich zu den üblichen Keilabdichtungen vorgesehenen Aufsetzkeilen
die Dichtigkeit und gewährleistet somit einen geringeren seitlichen Produktverlust.
[0028] Ein Abstreifer 9 mit einem Abstreifermesser dient zur Abnahme des Produktes von der
hinteren Walze 3'. Der Abstreifer 9 ist mit einer automatischen Messer-Nachstellung
ausgestattet, die über eine SPS-Steuerung angesteuert wird.
[0029] Sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel können die Walzenflächen
bzw. Walzen-Prozessflächen S1, S2, S3 bzw. S1', S2', S3' aus Keramikmaterial bestehen.
Der in Fig. 3 gezeigte Abstreifer 9 kann ebenfalls aus Keramikmaterial oder aus Polymermaterial
bestehen. Diese oder andere metallfreie Materialien für die Walzen-Prozessflächen
und das Abstreifermesser sind insbesondere für die Verarbeitung von Pasten für die
Elektronikindustrie von Interesse.
[0030] Die Keramikwalzen sind am Ende der Walzen-Prozesslänge abgerundet.
[0031] Der Pneumatikantrieb 7 arbeitet z.B. mit Drücken von bis zu 4 bar, die mittels des
Kraftwandlers 6 auf die geforderten Liniendrücke in den Walzenspalten zu kommen. Der
Kraftwandler 6 ermöglicht eine Erhöhung der durch die Walzen-Pressvorrichtungen 4,
5 auf die Walzen einwirkende Presskraft um einen Faktor von etwa 10 bis etwa 80. Entsprechend
wird durch die Verkleinerung des vom Pneumatikantrieb 7 vorgegebenen Hubes mittels
des Kraftwandlers die Genauigkeit der Spalteinstellung um denselben Faktor erhöht.
[0032] Die Walzen weisen einen Durchmesser von 300 mm auf und die hintere Walze 3, 3' ist
um etwa 4 mm bis 5 mm kürzer als die mittlere Walze 2, 2'. Dadurch wird erreicht,
dass der Abstreifer 9 nur geriebenes Produkt von der hinteren Walze 3' abstreift.
Bezugszeichen
[0033]
- 1,1'
- vordere Walze / Aufgabewalze
- 2,2'
- Walze mit ortsfester Drehachse / mittlere Walze
- 3, 3'
- hintere Walze / Abnahmewalze
- 4, 4'
- vordere Pressvorrichtung
- 5, 5'
- hintere Pressvorrichtung
- 6, 6'
- Kraftwandler
- 6A, 6B
- erster Hebel, zweiter Hebel
- 7A
- Pneumatikzylinder
- 7B
- Pneumatikkolben
- 7, 7'
- Pneumatikantrieb
- 8
- Aufgabetrichter
- 9
- Abstreifer
- A1, A1'
- Drehachse
- A2, A2'
- Drehachse
- A3, A3'
- Drehachse
- D1, D1'
- Gelenkachse
- D2, D2'
- Gelenkachse
- D3, D3'
- Schwenkachse
- E1, E1'
- erste Ebene
- E2, E2'
- zweite Ebene
- F, F'
- Pfeil / Blickrichtung für Fig. 2 bzw. Fig.4
- G, G'
- Gehäuse
- L1, L1'
- Walzen-Prozesslänge
- L2, L2'
- Walzen-Prozesslänge
- L3, L3'
- Walzen-Prozesslänge
- M, M'
- Motor
- S1, S1'
- Walzen-Prozessfläche
- S2, S2'
- Walzen-Prozessfläche
- S3, S3'
- Walzen-Prozessfläche
1. Walzwerk zur Zerkleinerung und Homogenisierung viskoser Massen, insbesondere zur Dispergierung
und gleichmässigen Verteilung in einem Bindemittel suspendierter Feststoffpartikel,
mit mindestens zwei um ihre Längsachsen drehbar gelagerten Walzen (1, 2, 3), wobei
die Drehachse einer ersten Walze (2) ortsfest gelagert ist und die Drehachse einer
zweiten Walze (1, 3) bewegbar gelagert ist, und mit mindestens einer Pressvorrichtung
(4, 5) zum Pressen mindestens einer Walze (1, 3) gegen die andere Walze (2), wobei
eine erste Ebene (E1), welche durch die Drehachse (A1') der vorderen Walze bzw. Aufgabewalze
(1') und durch die Drehachse (A2') der mittleren Walze, (2') definiert ist, und eine
zweite Ebene (E2), welche durch die Drehachse (A2') der mittleren Walze (2') und durch
die Drehachse (A3') der hinteren Walze bzw. Abnahmewalze (3) definiert ist, um einen
Winkel zwischen 10° und 90° zueinander geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberflächen bzw. Prozessflächen (S1, S2, S3) aus einem metallfreien Keramikmaterial
gebildet sind.
2. Walzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ebene (E1) horizontal verläuft, während die zweite Ebene (E2) schräg nach
oben verläuft.
3. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (1, 2, 3) einen auf einen hohlen Metallzylinder aufgepassten Keramikzylinder
aufweisen.
4. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (1, 2, 3) von innen gekühlt werden.
5. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressvorrichtung (4, 5) eine Regelung zur Spalteinstellung aufweist.
6. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressvorrichtung (4, 5) eine mechanisch-pneumatische Pressvorrichtung ist.
7. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Walze bzw. die für die Produktabnahme bestimmte Abnahmewalze (3) eine
kürzere axiale Prozesslänge (L3) als die Prozesslänge (L2) der mittleren Walze (2)
hat und bezüglich der mittleren Walze (2) axial derart angeordnet ist, dass die Enden
der Prozesslänge (L2) der mittleren Walze (2) über die Enden der Prozesslänge (L3)
der hinteren Walze bzw. Abnahmewalze (3) beiderseits axial hinausragen.
8. Walzwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Walze (3) 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 3 mm bis 6 mm kürzer ist.
9. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (γ) vorzugsweise 30° bis 60° und besonders bevorzugt 45° beträgt.