DE19635500B4

DE19635500B4 - Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE19635500B4
Application number: DE19635500A
Authority: DE
Inventors: Henning Zoz
Original assignee: Zoz GmbH
Current assignee: Zoz GmbH
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: US6019300A; JPH10113566A; DE19635500A1

Abstract

Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen, umfassend einen als Mahlraum mit einem geschlossenen Gehäuse (3) ausgebildeten Mahlbehälter (2), der eine Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung einen um eine horizontale Achse (x-x) umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen (4) bestückten Rotor (9) aufnimmt, dessen Welle (6) gegenüber dem während des Mahlprozesses feststehenden Gehäuse (3) durch wenigstens eine Wellendichtung hermetisch abgedichtet ist, wobei der Behälter (2) einen abwechselnd als Einfüll- oder als Austrittsöffnung vorgesehenen, verschließbaren Durchlass (21) aufweist, und der Behälter (2) einen Eintrittsstutzen (10) und einen von diesem räumlich getrennten, gesonderten Austrittsstutzen (11) für Mahlgut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsstutzen (10) und der Austrittsstutzen (11) relativ zum äußeren Drehkreis (12) des Rotors (9) tangential angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen, umfassend einen als Mahlraum mit einem geschlossenen Gehäuse ausgebildeten Mahlbehälter, der eine Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung einen um eine horizontale Achse umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen bestückten Rotor aufnimmt, dessen Welle gegenüber dem während des Mahlprozesses feststehenden Gehäuse durch wenigstens eine Wellendichtung hermetisch abgedichtet ist, wobei der Behälter einen abwechselnd als Einfüll- oder Austrittsöffnung vorgesehenen, verschließbaren Durchlass aufweist, und der Behälter einen Eintrittsstutzen und einen von diesem räumlich getrennten, gesonderten Austrittsstutzen für Mahlgut aufweist.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US 36 82 399 A bekannt.
Die DE 43 07 083 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Feinstmahlung von Feststoffen, umfassend einen als Mahlraum ausgebildeten Behälter mit einer Füllung von losen Mahlkörpern und einem relativ zu diesem um eine Welle mit horizontaler Achse umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen bestückten Rotor zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung innerhalb der Mahlkörperfüllung, mit einer die Welle mit ihrer Lagerung gegenüber dem Mahlraum abdichtenden Wellendichtung.
Die Erfindung dort besteht darin, dass die Lagerung und die Wellendichtung mit einer vorderen Stirnwand des Mahlbehälters zu einer Baugruppe ausgebildet sind, der unterschiedliche Mahlbehälter zuordenbar sind.
Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt die Zerkleinerung einer Charge von Mahlgut chargenweise d.h., diskontinuierlich. Es zeigt sich, dass selbst bei geringfügigen Mahlbarkeits-Unterschieden des Mahlgutes gleichzeitig fertige Anteile einer Feinstgut-Fraktion mit noch nicht zu Ende gemahlenen Anteilen von gröberem Mahlgut im Mahlraum vorliegen, wodurch der Wirkungsgrad der Zerkleinerung reduziert werden kann. Des weiteren kann es vorkommen, dass die vorerwähnten Anteile von Fertiggut bzw. von Feinstgut infolge auftretender Magnetkräfte oder van der Waal-Adhäsionskräfte zum Zusammenbacken bzw. Verklumpen neigen und damit zusätzlich den Zerkleinerungsprozess nicht nur verzögern, sondern auch das Ausbringen nachteilig reduzieren und bei unvollkommener Entleerung zum Schluss des Mahlprozesses eine aufwendige Abreinigungsarbeit des Mahlbehälters und der Mahlkörper erfordern.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art weiter auszubilden, um hierdurch die Verweilzeit der zu zerkleinernden Partikel kontrollieren und regeln zu können, wobei es eines der bevorzugten Ziele ist, möglichst flache Partikel bspw. für die Lackindustrie für die Konzipierung neuer Pigmente für Autolacke zu erhalten, oder aber infolge einer sehr hohen Mahlkinetik neue Partikel für die Herstellung mechanischer Legierungen zu erhalten. Weiterhin soll auch ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit der Erfindung dadurch, dass der Eintrittsstutzen und der Austrittsstutzen relativ zum äußeren Drehkreis des Rotors tangential angeordnet sind.
Dadurch, dass der Eintrittsstutzen und der Austrittsstutzen relativ zum äußeren Drehkreis des Rotors tangential angeordnet sind, wird erstmals die Möglichkeit geschaffen, eine Trenneinrichtung mit Trennschnitt außerhalb des Mahlraumes der gattungsgemäßen Mahlvorrichtung anzuschließen, um eine Teilmenge von fertig gemahlenem Mahlgut innerhalb des Mahlprozesses abzuziehen, wobei dann die noch nicht fertig gemahlene Restmenge wieder zurückgeführt wird. Dadurch ergibt sich eine sehr effiziente Erhöhung der Mahlkinetik, die sich in der Ausbildung sehr flacher Feinstpartikel auswirkt und sowohl optimales Feinstgut für die Lackindustrie als auch speziell für mechanische Legierungen geeignete Partikel bei vergleichsweise hohem Wirkungsgrad des Zerkleinerungsprozesses und optimalem Ausbringen ergibt.
Vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen. Dabei kann fallweise eine erfindungswesentliche Vervollkommnung der Vorrichtung in der Weise vorgesehen sein, dass die Ein- bzw. Austrittsstutzen, nach oben weisend, an Leitungen eines einen Mahlkreislauf ausbildenden Zerkleinerungssystems anschließbar sind, welches eine Einrichtung zum Antrieb eines intensiven Gasumlaufs, bevorzugt ein Kapselgebläse, und einen Gasumlaufsichter mit Mitteln zum Sichten und Abscheiden bzw. Austragen von Feinst-Fertigmahlgut im Zusammenwirken mit der Mahlvorrichtung aufweist.
Die Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung dadurch gelöst, dass der Materialeintrag in den Mahlbehälter bei vergleichsweise höheren Drehzahlen, bspw. 1300/min, im Gleichstrom mit der Umlaufrichtung der Agitator-Elemente, und bei vergleichsweise niedrigeren Drehzahlen, bspw. 900/min, im Gegenstrom gegen deren Umlaufrichtung vorgenommen wird.
Überraschenderweise hat sich dabei sowohl während des Mahlprozesses als auch insbesondere während der Entleerungsphase desselben herausgestellt, dass eine besonders hohe Mahlkinetik bei verringertem Sticking des Mahlgutes dadurch erreichbar ist, dass die Zerkleinerung mit in Intervallen abwechselnd niedrigeren Rotordrehzahlen, z.B. 900 Upm und anschließend höheren Rotordrehzahlen, z.B. 1300 Upm durchgeführt wird.
Vorteilhaft kann hierbei der Mahlprozess im Zusammenwirken mit einem intensiven Gas- und Materialumlauf in einem Zerkleinerungssystem durchgeführt werden, wobei der Gasstrom das Mahlkörperlaufwerk während der Mahlkörperbewegung mit solcher Intensität durchdringt, dass er bevorzugt Feinstgut aus dem Mahlbehälter austrägt.
Dabei kann weiterhin von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, dass der Mahlprozess in Intervallen abwechselnd mit einer relativ niedrigeren und einer relativ höheren Gasumlaufströmung durchgeführt wird. Auch kann der Austrag von Feinstgut aus dem Mahlbehälter kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Mit Vorteil wird zur Ausbildung eines Gasumlaufs im Zerkleinerungssystem bevorzugt Inertgas wie Argon, Helium oder Stickstoff, insbesondere Argon, verwendet.
Dabei ist fallweise und je nach Maßgabe des zu zerkleinernden Gutes die Maßnahme nicht auszuschließen, dass der Mahlprozess auch mit gleich bleibenden Prozessparametern, insbesondere mit konstanter Drehzahl des Rotors durchgeführt wird. Diese Maßnahme wird immer dann nach der Erfahrung zweckmäßig sein, wenn es sich um nicht zum Anbacken oder Verklumpen neigendes Mahlgut handelt, wie bspw. kristalline Metalloxide, keramische Kunststoffe, Mineralien oder Ähnliches.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 eine Mahlvorrichtung mit Antriebsaggregat, in Seitenansicht und teilweise im Schnitt,
2 die Mahlvorrichtung gemäß 1 im Querschnitt,
3 ein Schema eines einen Mahlkreislauf ausbildenden Zerkleinerungssystems im Zusammenwirken mit der Mahlvorrichtung gemäß 1 und 2.
Die in der 1 dargestellte Mahlvorichtung 1 umfasst einen als Mahlraum mit einem geschlossenen Gehäuse 3 ausgebildeten Mahlbehälter 2, der eine (nicht dargestellte) Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung einen um eine horizontale Achse x-x umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen 4 bestückten Rotor 9 aufnimmt. Diese Agitator-Elemente 4 können gemäß Darstellung in 2 mit Prallblechen 5 versehen sein. Die Rotorwelle 6 ist gegenüber dem feststehenden Gehäuse 3 durch wenigstens eine Wellendichtung hermetisch abgedichtet, wobei der Behälter 2 einen abwechselnd als Einfüll- oder als Austrittsöffnung vorgesehenen, verschließbaren Durchlass 21 aufweist. Erfindungsgemäß weist der Behälter 2 einen Eintrittsstutzen 10 und einen von diesem räumlich getrennten, gesonderten Austrittsstutzen 11 für Mahlgut auf, und diese sind relativ zum äußeren Drehkreis 12 des Rotors 9 tangential angeordnet (2).
Vorteilhaft ist am behälterseitigen Anschluss zumindest des Austrittsstutzens 11 eine Siebplatte 13, 14 angeordnet und der Krümmung des Behältergehäuses 3 nachgebildet.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der eine Stutzen 10 axial beabstandet im Bereich der einen Behälterstirnwand 15 und der andere Stutzen 11 mit axialem Abstand im Bereich der anderen Stirnwand 16 angeordnet und diese relativ zu einer mit der Drehachse x-x zusammenfallenden Ebene y-y bevorzugt zu beiden Seiten der Achse x-x positioniert sind.
Sowohl die räumliche Trennung der Stutzen 10, 11 als auch deren Anordnung zu beiden Seiten der Achse x-x sind bei einem fallweisen Betrieb der Zerkleinerungsvorrichtung im Gaskreislauf von Vorteil, weil dadurch erreicht wird, dass der Gasstrom zumindest einen wesentlichen Teil des von Mahlkörpern zusammen mit Mahlgut gebildeten losen Haufwerks durchdringt und dabei bevorzugt Teile der Fraktion feineren Mahlgutes vom gröberen Mahlgut trennt und austrägt.
Je nach Größe und Leistung der Mahlvorrichtung 1 ist wahlweise vorgesehen, dass die Rotorwelle 6 entweder einseitig mit einer fliegenden Lagerung 17 gelagert ist, oder dass sie bei höherem Leistungsniveau und größerem Volumen des Mahlbehälters 2 beidseitigen Lagerungen 17, 18 gelagert ist. Das Gehäuse 3 ist von einer Kühl- oder Heizkammer 22 umgeben (2). Die Lagerungen 17, 18, insbesondere deren Vordichtung, sind separat kühlbar.
Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung besteht darin, dass die Ein- bzw. Austrittsstutzen 10, 11, nach oben weisend, an Leitungen 30, 31 eines einen Mahlkreislauf ausbildenden Zerkleinerungssystems 40 anschließbar sind, wie dies in der 3 rein schematisch dargestellt ist. Das Zerkleinerungssystem kann dabei eine Einrichtung 41 zum Antrieb eines intensiven Gasumlaufs aufweisen, bevorzugt ein Kapselgebläse. Weiterhin sind Mittel zum Sichten und Abscheiden bzw. Austragen von Feinst-Fertigmahlgut im Zusammenwirken mit der Mahlvorrichtung 1 in Form eines Gasumlaufsichters 42 vorgesehen.
Sowohl in 1 als auch in 3 ist für die Mahlvorrichtung 1 ein Antriebsaggregat 19, 20 rein schematisch dargestellt, bestehend bspw. aus dem Antriebsmotor 19 mit einem Übertragungsgetriebe 20. Zum permanenten Wechseln der Drehzahlen bspw. zwischen 900 und 1300 Upm kann der Motor 19 als polumschaltbarer oder thyristorsteuerbarer Motor ausgebildet sein. Es kann aber auch das Getriebe 20 bspw. als Planetengetriebe mit Schaltmitteln zum häufigen Umschalten der Drehzahlen unter voller Leistung der Mahlvorrichtung 1 ausgebildet sein.
Beim Betrieb des Zerkleinerungssystems 40 wird ein ständiger Gaskreislauf aufrechterhalten, wobei Inertgas aus dem Mahlbehälter 2 durch den Stutzen 11 austritt und sodann mit der Leitung 31 in den Sichter 42 eingeleitet und darin Feinstgut bei einem vorgegebenen Trennschnitt aus dem Gaskreislauf ausgeschieden und mit der Leitung 43 ausgetragen wird, während gröberes Gut mit der Leitung 30 und über das Gebläse 41 durch den Stutzen 10 wieder in die Mahlvorrichtung 1 eingetragen wird.
Dabei hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass bei einem Betrieb des Mahlprozesses mit in Intervallen abwechselnd mit einer relativ niedrigeren und einer relativ höheren Gasumlaufströmung und in Verbindung damit bei Durchführung des Mahlprozesses mit in Intervallen abwechselnd niedrigeren und anschließend höheren Rotordrehzahlen (auf und ab schwellenden Drehzahlen) ein Sticking des Mahlgutes im Zerkleinerungssystem 40 wesentlich reduziert bzw. unterbunden wird. Selbstverständlich hängt dies auch mit der Eigenschaft des Mahlgutes zusammen, und ebenfalls mit der Eigenschaft des Umlaufgases. Als solches kann bspw. Argon oder atmosphärische Luft verwendet werden. Das Gas wird aus einer Gasquelle 44 durch ein Regulierventil 45 kontinuierlich oder in Intervallen in den Kreislauf des Zerkleinerungssystems 40 eingeschleust, wie dies rein schematisch in 3 dargestellt ist.
Die Vorrichtung ist unkompliziert und eröffnet in überraschender Weise neue Möglichkeiten für die effektive Feinstzerkleinerung einer Reihe von Materialien insbesondere im Zusammenhang mit der Entwicklung möglichst flacher Partikel bspw. für die Lackindustrie sowie neuer Partikel für mechanische Legierungen. Insbesondere die Einstellung auf und ab schwellender Drehzahlen in der Entleerungsphase ist auf jeden anderen Typus von Mahlvorrichtungen wie Kugelmühlen, Kugelumlaufmühlen etc. anwendbar und sorgt für einen rückstandsfreien Austrag.

1: Mahlvorrichtung
2: Mahlbehälter
3: Gehäuse
4: Agitator-Element
5: Prallbleche
6: Rotorwelle
7: Wellendichtung
8: Wellendichtung
9: Rotor
10: Eintrittsstutzen
11: Austrittsstutzen
12: äußerer Drehkreis
13: Siebplatte
14: Siebplatte
15: Behälterstirnwand
16: Behälterstirnwand
17: Lagerung
18: Lagerung
19: Antriebsaggregat
20: Getriebemittel
21: Durchlass
22: Kühl- oder Heizkammer
30: Leitung
31: Leitung
40: Zerkleinerungssystem
41: Gebläse
42: Sichter
43: Feinstgut
44: Inertgasquelle

Claims

Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen, umfassend einen als Mahlraum mit einem geschlossenen Gehäuse (3) ausgebildeten Mahlbehälter (2), der eine Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung einen um eine horizontale Achse (x-x) umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen (4) bestückten Rotor (9) aufnimmt, dessen Welle (6) gegenüber dem während des Mahlprozesses feststehenden Gehäuse (3) durch wenigstens eine Wellendichtung hermetisch abgedichtet ist, wobei der Behälter (2) einen abwechselnd als Einfüll- oder als Austrittsöffnung vorgesehenen, verschließbaren Durchlass (21) aufweist, und der Behälter (2) einen Eintrittsstutzen (10) und einen von diesem räumlich getrennten, gesonderten Austrittsstutzen (11) für Mahlgut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsstutzen (10) und der Austrittsstutzen (11) relativ zum äußeren Drehkreis (12) des Rotors (9) tangential angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am behälterseitigen Anschluss zumindest des Austrittstutzens (11) eine Siebplatte (13, 14) angeordnet und mit der Krümmung des Behältergehäuses (3) in dessen Verlauf ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Stutzen (10) mit axialem Abstand im Bereich der einen Behälterstirnwand (15) und der andere Stutzen (11) mit axialem Abstand im Bereich der anderen Stirnwand (16) angeordnet und diese relativ zu einer mit der Drehachse (x-x) zusammenfallenden Ebene (y-y) bevorzugt zu beiden Seiten der Achse (x-x) positioniert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (6) einseitig mit einer fliegenden Lagerung (17) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (6) in beidseitigen Lagerungen (17, 18) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- bzw. Austrittstutzen (10, 11) nach oben weisend an Leitungen (30, 31) eines einen Mahlkreislauf ausbildenden Zerkleinerungssystems (40) anschließbar sind, welches eine Vorrichtung (41) zum Antrieb eines intensiven Gasumlaufs, bevorzugt ein Kapselgehäuse und einen Gasumlaufsichter (42) mit Mitteln zum Sichten und Abscheiden bzw. Austragen von Feinst-Fertigmahlgut im Zusammenwirken mit der Mahlvorrichtung (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (6) ein Antriebsaggregat (19) aufweist, das mit Mitteln (20) zum periodischen Wechseln der Antriebsdrehzahlen ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Kugelmühle, Kugelumlaufmühle oder dergleichen ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialeintrag in den Mahlbehälter (2) bei vergleichsweise höheren Drehzahlen, bspw. 1300/min, im Gleichstrom mit der Umlaufrichtung der Agitator-Elemente (4), und bei vergleichsweise niedrigeren Drehzahlen, bspw. 900/min, im Gegenstrom gegen deren Umlaufrichtung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlprozess und insbesondere die Entleerungsphase desselben mit in Intervallen abwechselnd niedrigeren Rotordrehzahlen, z.B. 900/min und anschließend höheren Rotordrehzahlen, z.B. 1300/min durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlprozess im Zusammenwirken mit einem intensiven Gas- und Materialumlauf in einem Zerkleinerungssystem (40) durchgeführt wird, wobei der Gasstrom das Mahlkörperlaufwerk während der Mahlkörperbewegung mit solcher Intensität durchdringt, dass er bevorzugt Feinstgut (43) aus dem Mahlbehälter (2) austrägt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlprozess in Intervallen abwechselnd mit einer relativ niedrigeren und einer relativ höheren Gasumlaufströmung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrag von Feinstgut (43) aus dem Mahlbehälter (2) kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung eines Gasumlaufs im Zerkleinerungssystem (40) bevorzugt Inertgas wie Argon, Helium oder Stickstoff, insbesondere Argon verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlprozess mit gleich bleibenden Prozessparametern, insbesondere mit konstanter Drehzahl des Rotors (9) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlprozess in Kugelmühlen, Kugelumlaufmühlen oder dergleichen durchgeführt wird.