DE555535C - Vorrichtung zum Zerkleinern von in festem, pastenfoermigem oder fluessigem Zustande befindlichen Stoffen bis zu kolloiden oder nahezu kolloiden Feinheitsgraden - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung von kolloiden oder nahezu kolloiden Feinheitsgraden, in die gegebenenfalls Gase oder Dämpfe eingeleitet werden, wobei chemische Hilfsmittel, z. B. Dispersionsbeschleuniger-oder Schutzkolloide, mitverwendet werden können. In der Kolloidmühle werden die in festem, pastenförmigem oder flüssigem Zustand befindlichen Stoffe in einem Arbeitsgang durch Zermalmen, d. h. durch Quetsch- und Schlagwirkung, und durch Schleudern zerkleinert.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß zahnradähnlich ausgebildete Walzen o. dgl. mit ihren Zahnungen ineinandergreifen und von einer feststehenden Prallfläche umgeben sind. Diese Zähne haben zweckmäßig quer zur Zahnlänge mehr öder weniger kegel- oder zickzackförmige Durchlaßrillen.

Bei einer Ausführungsform bilden drei oder mehr Zahnräder einen kurzgeschlossenen Ring, von denen eines mit einem Antriebsmotor verbunden ist. Der Einlauf für das Arbeitsgut mündet in den Innenraum des Zahnradringes, während das Ableitungsrohr außerhalb dieses Zahnradringes angebracht ist. Eine andere Ausführungsart der Vorrichtung ist so beschaffen, daß in dem Innern des Zahnradringes ein besonders selbständig angetriebenes Zahnrad sitzt, das sich frei innerhalb des umlaufenden Zahnradringes bewegt, ohne mit diesem in Verzahnung zu stehen.

Ferner kann das innerhalb des Zahnradringes angeordnete Zahnrad in die Zahnung eines der Ringzahnräder eingreifen und den Antrieb des Ringes übernehmen.

Weiterhin ist es möglich, daß bei den Vorrichtungen die mittlere angetriebene Zahnradwelle für Zuführung von Gasen oder Dämpfen hohl ausgebildet ist, der Hohlraum mit dem Ringinnenraum in Verbindung steht und die Zähne von dünnen Kanälen zum Weiterleiten der Gase und Dämpfe durchbrochen sind. Die so eingeführten Gase können auch zum Abblasen der genügend fein erhaltenen Substanzen ausgenutzt werden.

Alle bisher bekannten Kolloidmühlen und Verfahren zur Herstellung von Kolloiden beruhen entweder auf einer Schlagwirkung oder einer Reibwirkung der in Flüssigkeit befindlichen festen oder im Dispersionsmittel nicht löslichen Stoffe.

Die Schlagwirkung wird in solchen Apparaten in der Form ausgeübt, daß das Dispersionsmittel mit dem Mahlgut in der Richtung der Schläger oder in einzelnen Fällen quer zur Schlägerrichtung den Schlägern züge-

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führt wird. In beiden Fällen ist der Prallwinkel zu gering, und der größte Teil der Kraft wird für die Erwärmung des Dispersionsmittels -und nicht- für die Zerkleinerungsarbeit verwendet. Außerdem ist die Schlagwirkung zwischen flachen Platten oder runden Stäben eine geringe, weil hauptsächlich nur eine durch Schlagen erzielte Reibwirkung und eine sehr kleine unmittelbare ίο Schlagwirkung erzielt wird.

Bei Kolloidmühlen, welche nach dem Prinzip der Reibwirkung gebaut sind, ist der Energieverbrauch für die Reibung und auch für die Abnutzung zu groß, um diese Systeme lebensfähig zu gestalten. Außerdem sind diese Systeme nur für grobe Zerkleinerungen und nicht für feine kolloide Substanzen verwendbar, da* diese zu viel durch Reibung frei gewordenes Metall enthalten. Durch die vorliegende Erfindung sind Vorrichtungen angegeben, durch die die vorgenannten Fehler beseitigt werden; außerdem werden größere Ausbeuten an feinen Kolloiden bei gleicher Kraft und Zeitaufwand geliefert. Dies gilt sowohl für dünnflüssige als auch für pastöse Substanzen; ferner für zwei- und dreiphasige Kolloide und Emulsionen, und ist es sogar möglich, auf trocknem Weg den semikolloidalen Zustand verschiedener Stoffe zu erzielen.

Der Grundgedanke besteht darin, daß anstatt einer Schlag- oder Reibwirkung zwei Wirkungen — Schlag- und Quetschwirkung — in einem Arbeitsgange angewendet werden. Durch derartiges Zermalmen mittels Zahnräderdruckes werden große Mengen Kraft gespart gegenüber dem Reiben der Stoffe, und man hat den Vorteil, daß die Dispersionsflüssigkeit oder -mittel sowie die Schutzkolloide beim Zerkleinern innigst und sofort mit der zertrümmernden Oberfläche zusammenkommen und dadurch die nachfolgende Schlagwirkung stark erhöhen.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird auch eine sehr hohe Prallwirkung gegenüber den bis heute bekannten Kolloidmühlen erzielt.

Kolloidmühlen nach der Erfindung können in verschiedener ,Form ausgeführt werden. Beispiele sind in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. In einem runden zylindrischen Gehäuse 1 (Fig. ι und 2) mit einem Heiz- oder Kühlmantel 2 befinden sich zwei Zahnräder 9 und 10. Die Gehäusewand 8 besteht aus einer auswechselbaren Prallplatte mit Zahnradzahnung gleicher Größe und Zahl wie die Zahnräder oder mit einer anderen Verzahnungsform. Die Achse 17 (Fig. 2) des einen Zahnrades 9 ist aus dem Gehäuse herausgeführt. Die Durchtrittsstelle durch das Gehäuse ist durch eine Stoffbuchse 18 abgedichtet. Das Zahnrad wird durch einen Elektromotor oder durch einen Riementrieb über die Riemenseheibe 19 in Umlauf gebracht. Da das zweite Zahnrad 10 im Gehäuse umlaufend befestigt ist und mit der Zahnung in das erste Rad hineinragt, wird es dadurch auch in Umlauf gebracht. Die Achsenenden 16 dieses Zahnrades können wie bei Zahnradpumpen an die Gehäusewandung dicht anschließen, aber frei umlaufen.

Die flüssig oder trocken zu bearbeitenden Stoffe werden, da die Zahnräder sich in der Mitte des Zylindergehäuses befinden und das Gehäuse in zwei Hälften teilen, an der einen Seite eingeführt und müssen die Zahnradzahnung 9 und 10 durchlaufen. Würden die Zahnräder bei der Kolloidmühle nicht in besonderer Weise ausgeführt sein, so würde ein sehr geringer Durchlauf mit schlechter Wirkung möglich sein, da die Stoffe mit den Dispersionsmitteln oder diese allein nur durch den Zwischenraum der Zahnung in das Gehäuse zur Ausflußöffnung 5 dringen könnten.

Gemäß der Erfindung wird die Durchführung der festen sowie flüssigen Stoffe dadurch erzielt, daß man im Zahnrad quer oder unter einem gewissen Winkel eingefräste Rillen in gleicher oder Kreuzanordnung anbringt. Durch diese Rillen werden die Flüssigkeiten oder festen Stoffe hindurchgepreßt. Diese schlagend und zertrümmernd wirkende Zahnradausbildung infolge der Anordnung mehr oder weniger schräger oder zickzackförmiger Rillen quer zur Zahnung ! schafft erst den vollen Wert der neuen Kolloidmühle.

4 ist Eintrittsöffnung, 5 ist Austrittsöffnung des Gutes, 6 und 7 bezeichnen Ein- tritts- bzw. Austrittsöffnungen für Kühloder Heizmantel.

Bei einer zweiten' Ausführungsform wird das Gehäuse (Fig. 5) nicht durch zwei Zahnräder mit Querrillen geteilt, sondern durch drei Zahnräder. Das dritte Zahnrad 9 kommt in die Mitte, kann gleich oder etwas größer als die zwei anderen Zahnräder 10 und 11 sein, wird durch das Gehäuse geführt und durch einen Motor oder über eine Riemen- no scheibe angetrieben. Die zwei wie oben beschrieben ausgebildeten Zahnräder werden von dem dritten, 9 (Fig. 5), getrieben. Im übrigen ist die Vorrichtung die gleiche wie in Fig. ι und 2.

Vorstehende zwei Typen sind sehr gut zur Herstellung von Emulsionen, Lacken, Pasten und sonstigen weichen Substanzen zu, verwenden.

In der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 können auch sehr harte und feste Stoffe mehr oder weniger fein in Kolloide umgewandelt

werden. Die Ausführungsart ist dadurch gekennzeichnet, daß aus einzelnen Zahnrädern mit Querrillen ein Zahnradring gebaut wird. Dazu sind mindestens vier Zahnräder 9, 10, 11, 12 erforderlich (vgl. Fig. 3). Alle vier Räder besitzen ineinanderpassende Zahnungen. Die Zahnradachse eines der vier Räder, z. B. 9, wird durch das Gehäuse nach außen geführt und durch einen Motor angetrieben, wodurch die weiteren drei Zahnräder 10, 11 und 12 durch Eingreifen in die Zahnung in Bewegung gebracht werden. Die zu bearbeitenden Stoffe werden an der einen Seite des Gehäuses 4, 20, 21, 22 (in Fig. 4), an der der Riemenscheibe entgegengesetzten Seite, eingeführt und müssen durch die Zahnung hindurchgehen, um nach dem Ableitungsrohr 5 (Fig. 3), das seitwärts im Gehäuse eingebaut ist, zu gelangen. Bei einer solchen Ausführungsart muß jedes Stoff teilchen durch die Zahnung hindurch und wird nicht nur geschlagen, sondern auch gleichzeitig einem Quetschprozeß unterworfen. Sonst ist die Vorrichtung die gleiche wie in Fig. 1 und Fig. 2.

Eine weitere Ausführungsart besteht darin, daß außer dem Ring von vier, sechs (Fig. 6) oder mehr Zahnrädern ein besonderes Zahnrad 9 in der Mitte dieses Ringes exzentrisch so angeordnet ist, daß es mit einem der Zahnräder 10 in Berührung kommt und dadurch alle, 11, 12, 13, 14, 15, in Umlauf bringt. Die Achse dieses Zahnrades wird durch das Gehäuse geführt und durch eine Rietnenscheibe oder einen Motor in Bewegung gebracht. Es bildet sich in dieser Maschine ein einem Halb- bis Viertelmond ähnlicher offener Raum über dem inneren Zahnrad, in welchen die zu bearbeitenden Stoffe mit oder Flüssigkeiten allein eingeführt werden und durch starkes Schlagen zwischen den Zahnrädern einer gleichzeitigen Quetschung unterworfen werden.

Diese Bauform kann auch so ausgeführt werden, daß sich das mittlere Rad im Zentrum des Zahnradringes befindet und erst außerhalb des Gehäuses mit der Achse eines zweiten Zahnrades des Ringes, welche gleichfalls nach außen geleitet ist, zusammengebracht wird, um beide Systeme, das Zahnrad in der Mitte sowie das aus dem Ring nach außen geleitete Rad, durch eine Riemenscheibe in Umlauf zu bringen.

Die vorstehenden Ausführungsformen kön-" nen nicht nur für die Herstellung von Emulsionen mit viel Flüssigkeit, sondern auch für die pastöser Massen mit nur 20 °/₀ Flüssigkeit und unter Zuführung einer dritten Phase aus Gasen oder Dämpfen verwendet werden, was andere, bis heute bekannte Vorrichtungssysteme nicht-mit gleichem Erfolg erlauben.

In den Erfindungsgegenständen ist es sogar möglich, trockene oder halbfeuchte Stoffe bei Anwesenheit von Schutzkolloiden und dispersionsbeschleunigenden gas- oder dampfförmigen oder flüssigen Mitteln oder von Dispersionsbeschleunigern allein in bisher nicht erreichter Feinheit zu mahlen.

Zum Vermählen trockener Stoffe wird auf die Mühle ein Verteilungsapparat für das einzuführende trockene Pulver aufgesetzt und in gewissen Fällen die um den die Quetschünd Schlagwirkung hervorrufenden Zahnradring gelegte Prallfläche als auswechselbares Sieb für den gewünschten Feinheitsgrad ausgebildet. Dieses Sieb kann in einem Rahmen befestigt sein und an den äußeren Flächen Rollen besitzen. Wenn es nun durch die Luft ins Rollen kommt, so führt es selbsttätig die noch zu groben Körner den mahlenden Zahnrädern zu, insbesondere, wenn auf der Siebseite in Sektionen angeordnete Flügel fast bis zur Mitte angeordnet sind.

Bei Kolloidmühlen der beschriebenen Art können Speicher sowie Schleudern zwecks ununterbrochener Arbeit und Erhaltung der Homokolloide verwendet werden. Die zu behandelnden Stoffe werden für diese Zwecke mit dem Dispersionsmittel in einem besonderen Rührvorgefäß gemischt und ein oder mehrere Male durch Pumpen in die Kolloidmühle geleitet. Beim letzten Durchlauf durch die Mühle werden dann die groben Teile mittels einer Schleuder durch langsames Umlaufen ausgeschleudert und dem Mahlvorgang von neuem zugeführt, während der durch die Schleuder durchgelaufene Teil homokolloidaler Feinheit durch eine Schleuder mit höherer Umlaufzahl zu einer dicken Paste verwandelt und in beliebiger Weise eingetrocknet oder unmittelbar verwendet wird.

Die Mahlvorrichtungen nach der Erfindung können nicht nur mit waagerechter Achse, sondern auch mit senkrechter Achse ausgeführt werden.

Die Zahnungen der Zahnräder können auswechselbar auf den Achsen angeordnet werden, um ohne größere Kosten bei der Abnutzung sie auswechseln zu können.

Die Zahnungen werden je nach dem Ziel und der Grobheit der Ausgangsstoffe in beliebiger Größe und Form ausgeführt. Dabei können alle bekannten Zahnrad- sowie Zahnungsformen angewendet werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum Zerkleinern von in festem, pastenförmigem oder flüssigem Zustande befindlichen Stoffen bis zu kolloiden oder nahezu kolloiden Fein-

   heitsgraden, gekennzeichnet durch zahn-• radähnlich ausgebildete Walzen, die mit ihren Zahnungen ineinandergreifen und von einer feststehenden Prallfläche umgeben sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß¹ die Zähne der Walzen quer zu diesen verlaufende kegel oder zickzackförmige Durchlaßrillen haben.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr Zahnräder einen kurzgeschlossenen Ring bilden, von denen eines mit einem Antriebsmotor verbunden ist, und daß der Einlauf für das Arbeitsgut in den Innenraum des Zahnradringes mündet, während das Ableitungsrohr außerhalb dieses Zahnradringes angebracht ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innern des Zahnradringes ein besonderes selbständig angetriebenes Zahnrad sitzt, das sich frei innerhalb des umlaufenden Zahnradringes, ohne mit diesem in Verzahnung zu stehen, bewegt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Zahnradring angeordnete Zahnrad in die Zahnung eines der Ringzahnräder eingreift und den Antrieb des Ringes übernimmt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere angetriebene Zahnradwelle für Zuführung von Gasen oder Dämpfen hohl ausgebildet ist und von diesem Hohlraum zwischen die Zahnradzahnung dünne Kanäle zum Weiterleiten der Gase und Dämpfe führen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche siebartig durchlocht ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch. 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die siebartig durchlochte Prallfläche auf Roilagern drehbar ist und durch Luftstrom oder Eingriff der umlaufenden Zahnräder ihren Antrieb erhält.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen