Verfahren zur Herstellung von Pulvern grosser Feinheit und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zerkleinerung von Materialien, das heisst Stoffen aller Art, insbesondere jedoch von Metallen, zu Pulvern von grosser Fein heit, welche gegebenenfalls bis zur kolloi dalen Beschaffenheit der Massen gesteigert werden kann.
Man hat veschiedenlich versucht, der artige Pulver zu erzeugen, ohne dass es jedoch gelungen ist, dies auf einfache oder rationelle Art durchzuführen.
So hat man zum Beispiel durch Zerstäuben oder Zerspritzen versucht, Metallpulver zu gewinnen. Jedoch ergaben sich hierbei grosse Schwierigkeiterv wegen des hohen Schmelz punktes vieler Metalle, und es liess sich kaum der gewünschte Reinheits- und Feinheitsgrad erzielen. Dabei verursachten die Verfahren erhebliche Unkosten.
Ähnlich lagen die Verhältnisse bezüglich der elektrolytischen Methoden.
Von den rein mechanischen Methoden zur Zerkleinerung des Metalles zu Pulver hat sich nur das in der Bronzefabrikation übliche Verfahren zur Zerkleinerung einige Geltung in der Praxis zu verschaffen vermocht. Indessen kann man mit diesem Verfahren die Zerkleinerung nur bis zu ziemlich eng ge zogenen Grenzen steigern. Dabei war das Verfahren ein recht umständliches und er forderte als Ausgangsprodukte verhäItnis- mässig hochwertige Materialien von sehr gu ter Dehnbarkeit. Bei zäheren, festeren und auch spröderen Materialien stiess auch dieses Verfahren auf grosse Schwierigkeiten. Es wurden nä mlieh die Metalle zu feinen Blechen ausgewalzt.
Diese Bleche wurden alsdann dem sogenannten Zain-Prozess unterworfen, durch den ihre Dicke abermals wesentlich verringert wurde, um dann endlich in Mör sern zerstampft zu werden. Man konnte nun daran denken, mit den üblichen Mühlen, von denen sich eine grössere Anzahl für die Zer kleinerung anderer Materialien bewährt hat, auch Metalle zu zermahlen.
Damit gelangt man jedoch nicht zum Ziele. .Selbst wenn es gelänge, eine gewisse Zerkleinerung mit letztgenannten Maschinen herbeizuführen; so ist eine ausserordentlich lange Zeit zum Mahlen auch nur geringer Quantitäten er forderlich, und es tritt dabei eine sehr er hebliche Abnützung der Mühlenteile ein und gestaltet dadurch das Verfahren noch un wirtschaftlicher. Bei den meisten Metallen ist ber ein Erfolg auf diesem Wege überhaupt , -t nicht zu erreichen.
Die Schwierigkeiten in der Zerkleinerung der Metalle zu Pulver liegen an den beson deren Eigenschaften der Metalle, die auch sonst deren Sonderstellung in der Technik bedingen, insbesondere ihrer Festigkeit, ihrer Zähigkeit und der Eigenschaft, da.ss kleinere Metallteilchen bei höherem Druck oder höheren Temperaturen leicht zusammen schweissen.
Während also einerseits Festigkeit und Zähigkeit der Metalle einen erhöhten Energie aufwand fordern, verbietet die Zusammen- schweissbarkeit der Metalle die gemeinsame Ausübung grösserer Kräfte auf mehreren iHetallteilehen.
Bei Mühlen, deren Wirkung auf der Zerreibung des Mahlgutes zwischen festen Körpern beruht, oder bei denen das Mahlgut gegen feste Teile geschleudert wird, ist, ins besondere, wenn es sich um die Zerkleinerung von Metallen handelt, eine reitergehende Zerkleinerung, wenn überhaupt, so nur mit stärkeren Verunreinigungen möglich. Ausser dem wird ein Grenzzustand bald erreicht, über den hinaus eine Zerkleinerung nicht mehr erfolgt. Auf alle Fälle aber nimmt die Zerkleinerung so erhebliche Zeit in Anspruch, dass ein wirtsehaftliches Arbeiten nicht mög lich ist.
Kolloide Pulver konnte man bisher nur mit Hilfe der kolloidchemischen Methoden, die nur die Gewinnung kleinerer Mengen ge statteten, erzeugen. Allerdings ist in neuerer Zeit auch die grosstechnische Gewinnung kolloider Massen in Angriff genommen wor den. Die bekannt gewordenen Methoden lie fern jedoch infolge des ausserordentlichen Verschleisses der Herstellungsvorrichtungen unreine Produkte, bei harten und bei zähen Massen versagen sie fast vollständig; die ganze Erzeugung ist unwirtschaftlich und in Anwendung auf Metalle überhaupt nicht zu gebrauchen.
Die Erkenntnis der Ursachen, welche die Schwierigkeiten in der Herstellung ganz fei ner Pulver bedingen, hat zu der vorliegen den Erfindung geführt, auf Grund deren es M og, lich ist, in ausserordentlich schneller Weise Pulver aus beliebigem Metall bis zur äussersten Feinheit und Reinheit herzustellen, ohne dass ein Zusammenbacken oder Zusam menschweissen stattfindet.
Besonders wert voll wird das Verfahren, beziehungsweise die Einrichtung gemäss der Erfindung da durch, dass als Ausgangsmaterial nicht ein hochwertiges Metall von besonderer Güte Verwendung zu finden braucht, sondern dass sogar Abfälle, Sehrott und dergleichen dazu benutzt werden können.
Gemäss der Erfindung werden die zu zer kleinernden Materialstücke zur gegenseitigen Einwirkung aufeina.ndergebracht, und zwar werden sie in sich ständig wiederholenden, geschlossenen Kreisläufen von grosser Ge schwindigkeit gegeneinander geführt und dabei zum gegenseitigen Anprall gebracht. Dieser Anprall wird ständig wiederholt, und es gelingt dabei, wenn dem Wirbel die nötige Geschwindigkeit erteilt wird, eine ausser ordentlich feine Zerteilung der Massen her beizuführen. Man bringt zu diesem Zwecke die einzelnen Teilchen in einen Flüssigkeits träger, zum Beispiel in einen Strom von Gas, Luft oder andern elastischen Flüssigkeiten, und bringt zwei oder mehrere derartige Ströme, welche mit Masseteilchen geladen sind, zum gegenseitigen Anprall.
Wie bereits betont, ist es dabei von Einfluss, dass die einzelnen Teilchen einen Kreislauf vollenden, das heisst, dass sie nach dem Zusammenprall sofort wieder von der Strömung weiter geleitet und zum erneuten Zusammenprall gebracht werden. Zur Erhöhung -der Wir kung empfiehlt es sich, dabei die einzelnen Teilchen nicht nur möglichst geradlinig auf einanderprallen zu lassen, sondern ihnen auch gleichzeitig eine seitliche Bewegung zu erteilen, also die grossen Wirbel auch in sich möglichst turbulent zu gestalten, so dass bei dem Zusammenprall auch eine Reibung der Teilchen aneinander erfolgt. Es gelingt mit diesem Verfahren, auch die zähesten Me talle in grösster Reinheit bis zu einer bisher unerreichten Feinheit des Pulvers zu zer teilen.
Die Erzeugung .der nötigen Geschwindig keit der Wirbel erreicht man, wenn man letztere derart führt, dass sie auf die festen Teile der Mühle nicht direkt aufprallen, son dern an diesen entlang gleiten. Die, Wirbel geschwindigkeit, das heisst die Geschv,indig- keit der Strömungen in Richtung der Massen aufeinander, wird dabei zweckmässig mit etwa 1.0 m pro Sekunde oder mehr gewählt. Noch besser ist es, die Geschwindigkeit er heblich darüber hinaus zu steigern.
Damit eine möglichst grosse Einwirkung der Wirbel aufeinander stattfindet, werden diese zweckmässig so geführt, dass sie einander nicht ausweichen können, also, zweckmässig möglichst das ganze Gehäuse der Mühle er füllen.
Führt man das oben geschilderte Ver fahren hinreichende Zeit mit derselben Stoff menge durch eine grössere Anzahl von Stun den durch, so erhält man ein sehr feines Pul ver, in welchem bereits etwas Kolloid ent halten ist. Die Trennung desselben von den gröberen Bestandteilen ist jedoch umständ lich und die gewonnenen Kolloidmengen sind verhältnismässig gering.
Das Verfahren kann auch derart aus geführt werden, dass es gelingt, reine 1.-ol- loide in grossen Mengen in verhältnismässig kurzer Zeit zu erzeugen.
Bei dem angegebenen Verfahren tritt nämlich nach einiger Zeit ein gewisser Gleichgewichtszustand ein" bei welchem selbst nach längerem Mahlen eine nennens werte Zerkleinerung nicht mehr stattfindet. Dieser Gleichgewichtszustand endet bei um so gröberen Teilen, je leichter der Stoff ist. Dies erklärt sich dadurch, dass die Masse der einzelnen Teilchen, welche aufeinander- prallen, allmählich so gering geworden ist, dass ein nennenswerter Fortschritt in der Zerkleinerungsarbeit nicht mehr möglich ist.
Um diesen Übelstand zu vermeiden, wer den zweckmässig feine Teilchen zusammen mit wesentlich gröberen Teilchen dem Zer kleinerungsverfahren ausgesetzt. Die gröbe ren Teile besitzen alsdann die erforderliche Masse, um ein kräftiges Aufeinanderprallen zu ge=währleisten. Bei richtiger Wahl der Mengenverhältnisse zwischen feinen und gro ben Teilen befinden sich zwischen je zwei aufeinanderprallenden gröberen Teilen so viel feinere Teile, dass die letzteren zerschlagen, zerrieben oder zermahlen werden, während die gröberen Teile nur einer ganz geringen oder gar keiner merkbaren Abnutzung un terworfen sind. Es gelingt auf diese Weise, das feine Material in kurzer Zeit in gro ssen Mengen in Kolloid' überzuführen.
Besonders wirksam wird das Verfahren gestaltet, wenn man nur feine und grobe Teile zusammenbringt und die mittleren Korngrössen nach Möglichkeit ausschaltet, da diese einesteils die Wirkung der groben Teile nur in unvollkommenem Masse besitzen, anderseits die planmässige Zermahlung der kleinen Teile beeinträchtigen, und ausserdem eine schnellere Abnutzung der groben \feile herbeiführen.
Praktisch wird das Verfahren vorteil haft in der Weise ausgeführt, dass man feine Teilchen des zu zerkleinernden Materials in einem bestimmten Mengenverhältnis mit kleinen Stahlkugeln oder dergleichen zu sammen dem Verfahren unterwirft. Bei rich tiger Bemessung der Mengenverhältnisse der feinen Teilchen zu den Stahlkugeln prallen nicht die Stahlkugeln ohne weiteres aufeinander, sondern es sind immer genügend feine Teilchen zwischen beiden gelagert, wenn der Zusammenprall stattfindet. In folgedessen findet eine Abnutzung der Stahl kugeln kaum oder gar nicht statt; vielmehr werden nur die feinen Teilchen weiter zer rieben. Man ist in der Lage, auf diese Weise in vier bis fünf Stunden Metallmengen zu 70 bis 80 % in Kolloid überzuführen.
Die Durchführung dieses Teils des Verfahrens kann beispielsweise Anwendung finden auf Masseteilchen, welche i/loo mm und darunter gross sind, während die gröberen Teile - hier beispielsweise die Stahlkugeln - 1 min Durchmesser besitzen.
Legt man besonderen Wert auf -grösste Reinheit der Masse, empfiehlt es sich, statt der Stahlkugeln oder anderer Fremdkörper gröbere Körner der zu zerkleinernden Masse selbst auf das feinste Pulver zur Einwirkung zu bringen. Nach den angestellten Ver- uchen ist es vorteilhaft, eine grosse Menge grober Teile bez-%v. Stahlkugeln oder der gleichen zu benutzen. Jedoch soll die Menge dieser, wenn sie selbst nicht wesentlich an gegriffen werden sollen, nicht mehr als die Hälfte des feinen Pulvers betragen.
Man kann auch das Verfahren so aus gestalten, da.ss man dem feinen Pulver statt gröberer Teile in angemessenen Mengen Bindemittel beifügt, welche alsdann die Bildung grösserer Klümpchen verursachen, wobei dann die Massenwirkung clies r Klümpchen aufeinander zur Einwirkung ge langt und dici weitere Zertrümmerung der feinen Pulverteilchen verursacht.
Um end lich die ganz feinen Massen, beispielsweise von kolloidaler Feinheit, für sich ohne Bei mengung gröberer Bestandteile zu erhalten, kann, eine weitere Strömung, beispielsweise eine Luftströmung, eingeschaltet werden, welche zweckmässig quer zu den aufeinander prallenden Strömen gerichtet ist und, ohne diese merklich zu. stören, ausreicht. um die feinsten Teilchen aus dem Kreislauf heraus zuführen.
In diese Sonderströmung bläst man dann zweckmässigerweise plötzlich eine Zusatzluftmenge welche die Sonderströmung, stark verdünnt und damit die in ersterer enthaltenen Pulvermengen auf ein erheblich grösseres Luftvolumen verteilt. Man ist als dann in der Lage, mit Hilfe bekannter Me thoden aus diesem stark verdünnten Luft strom die einzelnen Teilchen getrennt von einander auszuscheiden, so dass man zum Schluss grosse Quantitäten absolut. feiner Teilchen ohne Beimengung von gröberen er hält.
So schwierig die Erkenntnis der Ur sachen war, welche bisher der wirtscbaft- liehen Zerkleinerung von Metallen zu Pul vern entgegenstanden, so ist es doch gelungen, Einrichtungen zur Durchführung des Ver fahrens zu schaffen, welche sich durch grosse Einfachheit auszeichnen und bei denen gleichzeitig eine Abnutzung der Mühlenteile erschwert wird, so dass einerseits die Lebens dauer der Apparate eine vorzügliche ist, während anderseits eine grosse Reinheit der gewonnenen Pulver zu verzeichnen ist.
Die Fig. 1 und ? zeigen ein Ausführungs beispiel der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Erfindung in schema tischer Darstellung, und zwar stellt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt, Fig. 2 eine um 90 herumgeklappte Ansieht von Einzelheiten dar.
In einem Gehäuse 1 sind die )ÄTellen \? und 3 gelagert, welche die Luftschrauben 4 und 5 tragen. Vor den Luftschrauben sind die Querschläger 6 und 7 angebracht, -wie auch aus Fig. ? zu entnehmen ist. Die zu zerkleinernden Materialien, Schrott, Pulver, Körner oder dergleichen, werden durch eine verschliessbare Offnung 8 in das Gehäuse 1 gefüllt.
Alsdann werden die Propeller 4- und 5 mittelst der Riemensoheiben 9 und 10 in schnelle, zueinander gegenläufige Rotation versetzt. Die Luftschrauben 4 und 5 er zeugen Luftströmungen, welche, wici durch die Pfeile 11 und 1? angedeutet ist, in der Mitte des Gehäuses auf einanderprallen. Durch die, Querschläger 6 und 7 werden ausserdem noch seitliche Verschiebungen der entstehenden Luftströme hervorgerufen, so dass die von den Luftströmen getragenen Ma terialmengen nicht nur aufeinanderprallen.
sondern auch gegeneinanderreiben. Die Luft schrauben .1 und 5 saugen aus den seitlichen Gehäuseteilen die Luft samt dem zu zer kleinernden Gut fort und drücken die Mi schung nach der Mitte. Es entsteht daher ein stltincli,!4er Zusammenprall der Strömungen in der Mitte, die Strömungen zerteilen sielt dabei und werden erneut von den Luft schrauben gefasst, um von dort wieder nach der Mitte geschleudert zu werden. Es ent steht also ein ständiger Kreislauf, an wel chem die einzelnen Masseteilchen teilzuneh men gezwungen sind.
Damit dieser Kreis lauf in ausreichendem Masse zustande kom- iuen kann, ist es zweckdienlich, in dem Ge häuse 1 ausreichende Hohlräume an den Sei ten hinter den Luftschrauben anzuordnen und diesen eine Form zu geben, welche das Zustandekommen der Luftströmungen be günstigt.
Die fortgesetzte Stosswirkung der einzel nen Metallteilchen aufeinander führt natur gemäss zu einer erheblichen Erwärmung des gesamten Raumes der Mühle und der Teil chen selber. Der letztere Umstand ist von Vorteil, da die Festigkeit der meisten Me talle bei steigender Temperatur erheblich abnimmt und dadurch die Zerkleinerungs arbeit erleichtert wird. Der erstere Umstand hingegen führt zu einer besonderen Durch bildung der Wellenlager, welche nur eine begrenzte Temperatur vertragen. Hierzu trägt auch noch ein anderer Umstand bei.
Bei der praktischen Herstellung der ge schilderten Einrichtung ist es von Vorteil, wenn man nicht zu ganz unnormalen Abmes sungen der Wellen gelangen will, diese bis dicht an die Luftschrauben 4 und 5 heran zulagern, wie beim gezeichneten Beispiel, da ganz erhebliche Kräfte in dem Gehäuse und an den Propellern auftreten. Da anderseits die Schaffung ausreichender Räume zur Herstellung der benötigten Kreisläufe seit lich der Propeller dienlich ist, so führt dies zu einer Konstruktnon langgestreckter La ger.
Auch wenn diese zweckmässig durch hin reicliende Abdichtungen gegen das Eindrin gen der Pulverteilchen gesichert werden, tritt eine derartige Erwärmung der Lager ein, dass dieselben, um betriebsfähig zu bleiben, zweckmässig mit ausreichenden Vorrichtun gen zur Verhinderung übermässiger Erwär mung, zum Beispiel gemäss Zeichnung mit einer _Wasserkühlung, versehen werden. Es sind zu diesem Zwecke die Hohlräume 15 und 16 angeordnet, durch welche die Zirku lation von Kühlwasser stattfindet.
Die erzeugten Strömungen in dem Appa rat sind derartig gross, dass recht erhebliche Masseteilchen, beispielsweise Metalldrähte von 2 bis 3 mm Durchmesser und einer Länge von 6 bis 7 mm,-aufgewirbelt werden, ohne dass die Luftschrauben 4 und 5 oder die Quer schläger 6 und 7 bei Beginn des Verfahrens mit der am Boden gelagerten Menge des Mahlgutes in mechanische Berührung treten. Die Drahtstückchen werden bei Beginn des Mahlganges zunächst durch den Zusammen prall an den Enden zusammengedrückt, sa dass sie die Form kleiner Hanteln erhalten. Als dann werden diese immer mehr zusammen geschlagen, bis. sich nach einiger Zeit sämt liches Material in fast kugelförmigem Zu stande in der Mühle befindet.
Auch bei ganz sorgfältig durchgeführten Versuchen liess sich eine Abnutzung der Luftschrauben oder der Querschläger nach stundenlangem Verarbei ten von Metallmassen nicht feststellen. Von gewisser Bedeutung für die Vorgänge des Zermahlens ist es, die einzufüllenden Massen in ein bestimmtes Verhältnis zu der in dem Apparat enthaltenen Luft- oder Flüssigkeits menge<B>zu</B> bringen. Es ist natürlich vorteil haft, auf der einen Seite möglichst grosse Mengen Material in den Apparat einzufüllen; anderseits darf dadurch die Bildung,der Luft strömungen und des Kreislaufes des Materials nicht gestört werden.
Als günstiges Verhält nis hat sich gezeigt, dass etwa. zwei Drittel des Raumes mit Luft oder Flüssigkeit, das letzte Drittel mit zu zerkleinerndem Material zu füllen ist.
Durch die Zuleitungen 17 und 18 kann aus der Leitung 19 zum Beispiel Luft in die Mühle gedrückt werden, so dass ein ge wisser Überdruck in derselben entsteht, und dass bei Öffnung des am obern Ende an gebrachten Schiebers 20 die feineren Teil chen nach dem Behälter 21 entweichen.
In diesen mündet eine mit tangentialer Düse eingesetzte Luftleitung 22, welche in dem Augenblick, wo die Teilchen an ihr vorbei streichen, eine erhebliche Verdünnung der die feinen Teilchen trabenden Luftmenge erzeugt und bleichzeitig ein Auseinander- treiben der einzelnen etwa a.neinanderbeball- ten Teilchen bewirkt. Dieselben steigen als dann mit dem verstärkten Luftstrom in dem Gefäss 21 in die Höhe, das bei 23 eine Ein schnürung besitzt und sieh nach oben in den Trichter 2.1. fortsetzt.
Die Verlangsamung cler Geschwindigkeit der Strömung in dem nach oben sich erweiternden Trichter 2.1 bringt dann die gröberen Teilchen zum Her ausfallen, so dass diese in einen zweiten Trichter 25 belangen. welcher unterhalb der Einschnürung 23 in dem Gefäss 21 aufgestellt ist. Die -röberen Teilchen können dann aus dem Behälter 25 in das Gehäuse 1 zurück fallen. Dabei werden zweelcmiissi"" die Luft zuflüsse 17 und 18 nach dem Gehäuse 1. ab gesperrt.
Die einzelnen Massnahmen hierbei sind jedoch verschieden, je nach der Feinheit des Pulvers, welches man erhalten will. plan kann auch ebenso einen kontinuierlichen Be trieb herstellen, oder man öffnet von Zeit zu Zeit den Schieber \?0, um ihn dann wie- der für einige Zeit zu schliessen. Aus dem Behälter<B>294</B> belangt der Luftstrom in Ab- seheidevorrichtungen 36, wo er bekannter weise durch Siebe 2 7 und dergleichen weiter gefiltert werden kann.
Der ans dem Stutzen 28 austretende und von Beimengungen des Pulvers bereinigte Luftstrom kann alsdann von neuem dazu Verwendun@@ finden, durch clie Leitung<B>22)</B> oder durch die Leitungen 1 7 und 18 dem Apparat wieder 'zugeführt zu werden.
Für die Schleuderwirkung der einzelnen Teile -egeneinander und die Ausbildun-@ der Kreisläufe ist es. wie die Erfahrung gezeigt hat, von Wesen, die Propeller 4 und 5 nicht allzusehr gegeneinander, sondern in einem Abstand von 10 bis 20 cm voneinander an zuordnen.
Im einzelnen hängt dies natürlich von der Bauart und sonstigen Dimensionie- rung der Mühle ab, und die Abmessungen der einzelnen Teile werden am besten je nach Art der zu zerkleinernden Stoffe - es kön nen natürlich auch andere Materialien als Metalle gemäss der Erfindung zerkleinert wer- den -- anhand von Versuchen festgelegt. Jedenfalls muss aber zur Erreichung der bestmö ;
liehen Wirkung ein gewisser Ab stand zwischen den Luftschrauben bewahrt bleiben.