EP3536406B1 - Rührwerksmühle - Google Patents

Rührwerksmühle

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EP3536406B1
EP3536406B1 EP18160427.3A EP18160427A EP3536406B1 EP 3536406 B1 EP3536406 B1 EP 3536406B1 EP 18160427 A EP18160427 A EP 18160427A EP 3536406 B1 EP3536406 B1 EP 3536406B1
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EP
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rotor
grinding
tools
agitator mill
diameter
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Eduard Nater
Andreas Rieche
Norbert Kern
Achim Sturm
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Buehler AG
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Buehler AG
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    • B02C17/161—Arrangements for separating milling media and ground material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C2017/165—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge with stirring means comprising more than one agitator

Definitions

  • the grinding media should ideally be located only in the grinding chamber between the rotor and the container wall.
  • the grinding media are accelerated and concentrated outwards by the tools attached to the rotor, which extend close to the container wall, and by the resulting centrifugal forces. If tools are arranged on the container wall, they extend towards the rotor. These tools, if any, are preferably offset from the tools attached to the rotor so that they can pass between the wall-mounted tools as the rotor rotates.
  • the material to be ground flows through this dense packing of grinding media in the direction of the rotor axis. Concentrating the grinding media in the grinding chamber largely prevents them from entering the discharge channel.
  • the discharge channel also contains grinding media. Devices are provided to prevent the flow of material from the grinding media to the separation device.
  • the material discharge channel which is typically located within the rotor and bounded by the rotor and the inner stator, should ideally contain no or very few grinding media. Nevertheless, the accumulation of grinding media on the separating device can repeatedly lead to increased pressure in the agitator mill, potentially reducing the product flow or even triggering automatic shutdown to prevent damage to the mill. State-of-the-art agitator mills may incorporate scrapers on the separating device to keep the grinding media away. However, this may be undesirable when dispersing thermally sensitive substances, particularly explosives or other hazardous materials, as the scrapers can generate heat within the material being ground.
  • the core of the invention consists in effectively preventing the accumulation of grinding media on the separation device by reducing the distance between the rotor and the separation device. This can be achieved by increasing the diameter of the separation device, and in particular the screen diameter. Specifically, the distance between the rotor and the separation device can be selected based on the diameter of the grinding media, instead of solely based on the size of the agitator mill. Furthermore, a maximum value for the distance, independent of the grinding media size, can be set. This measure reduces the accumulation of grinding media carried onto the separation device by drag forces. Thus, both a continuous product flow and a rapid reduction of coarse particles in the product to be dispersed are ensured.
  • a separating device with a diameter d30 is arranged above the inner stator.
  • the difference between the inner diameter of the rotor and the diameter of the separating device determines the distance s between the rotor and the separating device.
  • the distance s can be s ⁇ 3 ⁇ c, depending on the diameter c of the grinding media.
  • the distance s should not exceed 2 mm, regardless of the size of the grinding media.
  • the tools attached to the rotor leave only a small gap to the container wall 9, wherein the gap has a gap width b, for which, in relation to the diameter c of the grinding media, the following applies: 4c ⁇ b ⁇ 6c, where the minimum gap width b is: 1.0 mm ⁇ b ⁇ 2.0 mm.
  • the inner stator is equipped with scraping tools extending towards the rotor. These scraping tools overlap each other in the direction of the central longitudinal axis and are arranged on the inner stator in such a way that, when the rotor is driven, they exert a pulse on the grinding media directed in the flow direction.
  • a gap is preferably formed between the scraping tools and the rotor, for whose gap width e in relation to the diameter c of the grinding media the following applies: 4c ⁇ e ⁇ 6c, wherein for a minimum gap width e the following applies: 1.0 mm ⁇ c ⁇ 2.0 mm.
  • grinding media return channels are provided in the agitator for returning the grinding media from the area of the separation device to the grinding chamber.
  • the diameter c of the grinding media is preferably c ⁇ 0.65 mm and preferably 0.02 mm ⁇ c ⁇ 0.3 mm.
  • FIG. 1 a section of a stirred mill according to an embodiment of the invention as a vertical longitudinal section
  • the illustrated stirred mill has, in the usual manner, a grinding container 2 with an internal grinding chamber 8.
  • the grinding chamber 8 is at least partially filled with grinding media 43 (not shown) with a diameter c.
  • the stirred mill also has an internal stator 22 and a rotor 35 with a diameter d351, which is rotatable about a central longitudinal axis 19.
  • a material discharge channel 47 is formed between an outer wall 23 of the stator 22 and the rotor 35.
  • Tools 38 are attached to the rotor 35 and project into the grinding chamber 8.
  • a second set of tools 74 are arranged on the container wall 9, offset from the tools attached to the rotor 35.
  • a protective screen 30 is located as a separating device; this screen is rotationally symmetrical about the central longitudinal axis 19.
  • the protective screen 30 prevents the flow of grinding media 43 into a downstream drain line 31 located inside the inner stator 22.
  • the distance s between the protective screen 30 and the rotor 35 is reduced.
  • This distance s can be selected independently of the design of the agitator mill, depending on the diameter c of the grinding media. This leads to a higher permeability of the agitator mill, as the risk of grinding media 43 being deposited against the protective screen 30 decreases, resulting in a faster reduction of coarse particles in the product to be dispersed.
  • the distance s between the protective screen 30 and the rotor 35 depends on the grinding media diameter c. s ⁇ 5 ⁇ c or 0 , 5 ⁇ d 351 ⁇ d 30 ⁇ 5 ⁇ c .
  • the distance s depends on the grinding media diameter c. s ⁇ 3 ⁇ c .
  • the distance s is not greater than 2 mm, regardless of the size of the grinding media.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die Erfindung nimmt Bezug auf die europäische Patentschrift EP 1 992 412 A1 . Aus dieser ist eine derartige Rührwerksmühle bekannt. Rührwerksmühlen werden verwendet, um Suspensionen, also Feststoffe in Flüssigkeiten, zu dispergieren. Dies findet beispielsweise in der Herstellung von Klebstoffen, Druckfarben, Kosmetik oder Pharmaka Anwendung. Hierfür wird das Mahlgut über einen Zuführkanal in einen Mahlraum der Rührwerksmühle geführt, der zwischen der Außenwand eines Rotors und einer Behälterwand ausgebildet ist, und gemeinsam mit Mahlhilfskörpern, wie beispielsweise Keramikkugeln, die im Folgenden auch als Mahlkörper bezeichnet werden, und mit Hilfe von Werkzeugen zerkleinert, die am Rotor und/oder an der Behälterwand angeordnet sind. Durch die Rührbewegung werden Agglomerate dispergiert und Kristallstrukturen zerkleinert. Dabei kann die ursprüngliche Partikelgröße von 100-500 µm auf kleiner 3 µm verringert werden. Das fertige Produkt wird dann über einen Mahlgut-Abführ-Kanal durch eine Mahlkörpertrenneinrichtung, insbesondere in Form eines Schutz-Siebs, zu einer Ablaufleitung gelenkt. Der Rotor bildet dabei eine Art drehenden Käfig um die Trenneinrichtung.
  • Bei derartigen Rührwerksmühlen sollen sich die Mahlkörper möglichst nur in dem Mahlraum zwischen dem Rotor und der Behälterwand befinden. Die Mahlkörper werden durch die am Rotor angebrachten, sich bis in die Nähe der Behälterwand erstreckenden Werkzeuge und durch die entstehenden Zentrifugalkräfte nach außen beschleunigt und aufkonzentriert. Sind an der Behälterwand Werkzeuge angeordnet, erstrecken sich diese in Richtung des Rotors. Die gegebenenfalls an der Behälterwand angeordneten Werkzeuge sind vorzugsweise versetzt zu den am Rotor angebrachten Werkzeugen angeordnet, damit diese bei der Drehung des Rotors zwischen den an der Behälterwand angeordneten Werkzeugen durchtreten können. Das Mahlgut durchströmt diese dichte Mahlkörper-Packung in Richtung der Rotorachse. Durch die Aufkonzentration der Mahlkörper in dem Mahlraum kann weitgehend vermieden werden, dass diese in den Mahlgut-Abführ-Kanal gelangen. Zusätzlich zur Aufkonzentration von Mahlkörpern im ringförmigen äußeren Mahlraum sind im Mahlgut-Abführ-Kanal Einrichtungen vorgesehen, die ein Durchströmen der Mahlkörper zur Trenneinrichtung unterbinden sollen.
  • Im Mahlgut-Abführ-Kanal, der in der Regel innerhalb des Rotors angeordnet ist und durch den Rotor und den Innen-Stator begrenzt wird, befinden sich somit möglichst keine oder nur sehr wenige Mahlkörper. Dennoch kann es durch die Anschwemmung von Mahlkörpern an der Trenneinrichtung immer wieder zu einem erhöhten Druck in der Rührwerksmühle kommen, der zu einer Reduktion im Produktfluss oder sogar zur automatischen Abschaltung führen kann, um die Rührwerksmühle nicht zu beschädigen. In Rührwerksmühlen nach dem Stand der Technik können Abstreifer auf der Trenneinrichtung angebracht sein, die die Mahlkörper von der Trenneinrichtung fernhalten. Jedoch kann dies bei der Dispergierung von thermisch sensitiven Stoffen, insbesondere Sprengstoffen oder anderen Gefahrstoffen, nicht erwünscht sein, da durch die Abstreifer Hitze im Mahlgut verursacht werden kann.
  • DE 40 29 139 A1 und EP 0 504 836 A1 beschreiben Rührwerksmühlen mit einem Mahlbehälter, der einen mindestens teilweise mit Mahlkörpern und Mahlgut füllbaren Mahlraum enthält.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anschwemmen von Mahlkörpern an der Mahlkörpertrenneinrichtung aufgrund von Schleppkräften und eine damit einhergehende Verstopfung der Trenneinrichtung zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, ein Ansammeln von Mahlkörpern an der Trenneinrichtung durch eine Verringerung des Abstands zwischen Rotor und Trenneinrichtung wirksam zu unterbinden. Dies kann durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Trenneinrichtung, also insbesondere des Siebdurchmessers erzielt werden. Insbesondere kann der Abstand zwischen Rotor und Trenneinrichtung abhängig vom Durchmesser der Mahlkörper gewählt werden, anstatt ausschließlich abhängig von der Baugröße der Rührwerksmühle. Weiterhin kann für den Abstand ein Maximalwert, der unabhängig von der Mahlkörpergröße ist, festgesetzt werden. Durch diese Maßnahme kann die Ansammlung von aufgrund von Schleppkräften an die Trenneinrichtung angeschwemmten Mahlkörpern reduziert werden. Somit wird sowohl ein stetiger Produktfluss als auch eine schnelle Reduzierung des Grobkorns im zu dispergierenden Produkt gewährleistet.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Rührwerksmühle mit folgenden Merkmalen gelöst. Die Rührwerksmühle weist einen Mahlbehälter und einen Mahlraum auf, der von einer Behälterwand begrenzt ist, und ein um die Mittel-Längs-Achse drehbares Rührwerk mit einem Rotor mit einem Innen-Durchmesser d351 auf. An dem Rotor sind Werkzeuge angebracht, die sich in Richtung der Behälterwand erstrecken. Weiterhin können an der Behälterwand zweite Werkzeuge angeordnet sein, die sich in Richtung des Rotors erstrecken. Die Rührwerksmühle weist ferner einen Innen-Stator auf, der innerhalb des Rotors angeordnet ist. Zwischen dem Rotor und einer Außenwand des Innen-Stators ist ein Mahlgutabführkanal ausgebildet, durch den das Mahlgut zur Trenneinrichtung und danach zu einer Ablaufleitung geführt wird. Der Mahlraum ist zumindest teilweise mit Mahlkörpern mit Durchmesser c gefüllt. Oberhalb des Innen-Stators ist eine Trenneinrichtung mit einem Durchmesser d30 angeordnet. Aus dem Unterschied zwischen dem Innen-Durchmesser des Rotors und dem Durchmesser der Trenneinrichtung ergibt sich die Größe des Abstands s zwischen Rotor und Trenneinrichtung. Erfindungsgemäß soll dieser Abstand s in Abhängigkeit des Durchmessers c der Mahlkörper gewählt werden, und s = 0,5 · (d351 - d30) ≤ 5 · c betragen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Abstand s in Abhängigkeit vom Durchmesser c der Mahlkörper s ≤ 3 · c betragen. Weiterhin soll gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Abstand s, auch unabhängig von der Größe der Mahlkörper, den Wert 2 mm nicht überschreiten.
  • Vorzugsweise lassen die am Rotor angebrachten Werkzeuge nur einen kleinen Spalt zur Behälterwand 9 frei, wobei der Spalt eine Spaltweite b hat, für die im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c ≤ b ≤ 6c, wobei als Mindest-Spaltweite b gilt: 1,0 mm ≤ b ≤ 2,0 mm.
  • Am Innen-Stator sind sich zum Rotor hin erstreckende Abstreif-Werkzeuge angeordnet. Diese Abstreif-Werkzeuge überlappen einander in Richtung der Mittel-Längs-Achse und sind am Innen-Stator derart angeordnet, dass sie beim Antrieb des Rotors einen in Durchströmrichtung gerichteten Impuls auf die Mahlkörper ausüben.
  • Zwischen Abstreif-Werkzeugen und Rotor ist bevorzugt ein Spalt ausgebildet ist, für dessen Spaltweite e im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c ≤ e ≤ 6c, wobei für eine Mindest-Spaltweite e gilt: 1,0 mm ≤ c ≤ 2,0 mm.
  • Ferner sind im Rührwerk Mahlkörper-Rückführkanäle zur Rückführung der Mahlkörper aus dem Bereich der Trenneinrichtung in den Mahlraum ausgebildet.
  • Für den Durchmesser c der Mahlkörper gilt vorzugsweise c ≤ 0,65 mm und bevorzugt 0,02 mm ≤ c ≤ 0,3 mm.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt
    Fig. 1 : einen Ausschnitt einer Rührwerksmühle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als vertikalen Längsschnitt
  • Die in Fig. 1 dargestellte Rührwerksmühle weist in üblicher Weise einen Mahlbehälter 2 mit einem innenliegenden Mahlraum 8 auf. Der Mahlraum 8 ist zumindest teilweise mit Mahlkörpern 43 (nicht gezeigt) mit einem Durchmesser c gefüllt. Die Rührwerksmühle weist weiterhin einen Innen-Stator 22 und einen um eine Mittel-Längs-Achse 19 drehbaren Rotor 35 mit einem Durchmesser d351 auf. Dabei ist zwischen einer Außenwand 23 des Stators 22 und dem Rotor 35 ein Mahlgut-Abführ-Kanal 47 ausgebildet. Am Rotor 35 sind Werkzeuge 38 angebracht, die in den Mahlraum 8 hineinragen. Weiterhin sind an der Behälterwand 9 zweite Werkzeuge 74, versetzt zu den am Rotor 35 angebrachten Werkzeuge angeordnet. Oberhalb des Stators 22 befindet sich als Trenneinrichtung ein Schutz-Sieb 30, das rotationssymmetrisch zur Mittel-Längs-Achse 19 ausgebildet ist. Das Schutz-Sieb 30 verhindert den Durchfluss von Mahlkörpern 43 in eine nachgelagerte Ablaufleitung 31, die sich innerhalb des Innen-Stators 22 befindet. Zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 ist ein Abstand s ausgebildet. Der Abstand s kann dabei als s = 0 , 5 ⋅ d 351 − d 30 beschrieben werden und kann insbesondere durch die Wahl den Durchmesser d30 des Schutz-Siebes 30 eingestellt werden.
  • Bei einer Vergrößerung der Dimensionen der Rührwerksmühle wurde bisher auch der Abstand s zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 entsprechend größer gewählt. Dies führt jedoch wider Erwarten nicht zu einer proportionalen Steigerung des Produktflusses. Vielmehr bleibt der Produktfluss hinter den Erwartungen zurück.
  • Dics hängt damit zusammen, dass es im Betrieb vorkommen kann, dass aufgrund der Schleppkräfte und trotz einer Einrichtung zum Rückhalten der Mahlkörper 43 diese an das Schutz-Sieb 30 angeschwemmt werden. Dies kann zur Durchflussreduktion oder zur vollständigen Verstopfung des Siebes führen.
  • Um dies wirksam zu unterbinden, wird der Abstand s zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 verringert. Dabei kann der Abstand s unabhängig von der Bauform der Rührwerksmühle abhängig vom Durchmesser c der Mahlkörper gewählt werden. Dies führt zu einer höheren Durchlässigkeit der Rührwerksmühle, da die Gefahr der Anschwemmung von Mahlkörpern 43 an das Schutz-Sieb 30 sinkt und dadurch zu einer schnelleren Reduzierung des Grobkorns im zu dispergierenden Produkt.
  • Erfindungsgemäß beträgt der Abstand s zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 in Abhängigkeit vom Mahlkörperdurchmesser c s ≤ 5 ⋅ c bzw. 0 , 5 ⋅ d 351 − d 30 ≤ 5 ⋅ c .
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gilt für den Abstand s in Abhängigkeit vom Mahlkörperdurchmesser c s ≤ 3 ⋅ c .
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand s, auch unabhängig von der Größe der Mahlkörper, nicht größer als 2 mm.
  • Obwohl das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel eine Rührwerksmühle mit einer vertikalen Mittel-Längs-Achse 19 zeigt, sind die geschilderten Ausführungen auch ohne Weiteres in horizontaler Position einsetzbar oder in einer dazwischen liegenden Position.

Claims (9)

  1. Rührwerksmühle zum Behandeln von fließfähigem Mahlgut,
    - mit einem Mahlbehälter (2) und einem Mahlraum (8), der von einer Behälterwand (9) begrenzt ist, und
    - mit einem um eine Mittel-Längs-Achse (19) drehbaren Rührwerk mit einem Rotor (35) mit einem Durchmesser d351, und
    - wobei an dem Rotor (35) Werkzeuge (38) angebracht sind, die sich in Richtung der Behälterwand (9) erstrecken, und
    - mit einem Innen-Stator (22), der innerhalb des Rotors (35) angeordnet ist, und
    - wobei zwischen dem Rotor (35) und einer Außenwand (23) des Innen-Stators (22) ein Mahlgutabführkanal (47) ausgebildet ist, durch den das Mahlgut zu einer Mahlkörpertrenneinrichtung (30) und danach zu einer Ablaufleitung (31) geführt werden kann, und
    - wobei der Mahlraum (8) zumindest teilweise mit Mahlkörpern mit Durchmesser c gefüllt ist, und
    - wobei oberhalb des Innen-Stators (22) die Mahlkörpertrenneinrichtung (30) mit Durchmesser d30 angeordnet ist, und
    wobei ein Spalt ausgebildet ist, der sich koaxial zur Mittel-Längs-Achse (19) erstreckt und einen Abstand s definiert, und
    wobei für den Abstand s zwischen dem Rotor (35) und der Mahlkörpertrenneinrichtung (30) gilt: s = 0 , 5 ⋅ d 351 − d 30 ≤ 5 ⋅ c ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    am Innen-Stator (22) sich zum Rotor (35) hin erstreckende Abstreif-Werkzeuge angeordnet sind, und dass
    die am Innen-Stator (22) angeordneten Abstreif-Werkzeuge in Richtung der Mittel-Längs-Achse (19) einander überlappen und am Innen-Stator (22) derart angeordnet sind, dass sie beim Antrieb des Rotors (35) einen in Durchströmrichtung gerichteten Impuls auf die Mahlkörper ausüben.
  2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, wobei für den Abstand s zwischen Rotor (35) und Mahlkörpertrenneinrichtung (30) gilt: s = 0 , 5 ⋅ d 351 − d 30 ≤ 3 ⋅ c .
  3. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 oder 2, wobei s ≤ 2 mm gilt.
  4. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Mahlkörpertrenneinrichtung (30) ein zylinderförmiges Schutz-Sieb aufweist.
  5. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 4, wobei die am Rotor (35) angebrachten Werkzeuge (38) nur einen kleinen Spalt zur Behälterwand (9) freilassen, wobei der Spalt zwischen den Werkzeugen (38) und der Behälterwand (9) eine Spaltweite b hat, für die im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c ≤ b ≤ 6c, wobei als Mindest-Spaltweite b gilt: 1,0 mm ≤ b ≤ 2,0 mm.
  6. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen den Abstreif-Werkzeugen und dem Rotor (35) ein Spalt ausgebildet ist, für dessen Spaltweite e im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c ≤ e ≤ 6c, wobei für eine Mindest-Spaltweite e gilt: 1,0 mm ≤ c ≤ 2,0 mm.
  7. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zweite Werkzeuge (74) an der Behälterwand (22) angeordnet sind, die sich in Richtung des Rotors (35) erstrecken.
  8. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Rührwerk (20) Mahlkörper-Rückführkanäle zur Rückführung der Mahlkörper aus dem Bereich der Mahlkörpertrenneinrichtung (30) in den Mahlraum (8) ausgebildet sind.
  9. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei für den Durchmesser c der Mahlkörper gilt:
    c ≤ 0,65 mm und bevorzugt 0,02 mm ≤ c ≤ 0,3 mm.
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