DE102018122395B4 - Stirring shaft for a stirred ball mill, stirred ball mill and method for producing a stirring shaft for a stirred ball mill - Google Patents
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Abstract
Rührwelle (1) für eine Rührwerkskugelmühle (50), wobei die Rührwelle (1) eine Längsachse (L) und eine mit Rührelementen (3) ausgestattete Außenmantelfläche (5) aufweist, wobei die Rührwelle (1) mit den Rührelementen (3) einstückig ausgebildet ist und aus einem Keramikmaterial besteht, wobei die Rührwelle (1) mindestens einen Kühlkanal (6) aufweist, der sich vorzugsweise zumindest bereichsweise parallel zu der Längsachse (L) der Rührwelle (1) erstreckt, wobei sich der mindestens eine Kühlkanal (6) in mindestens zwei Bereichen jeweils parallel zu der Längsachse (L) der Rührwelle (1) erstreckt, wobei zwischen den zwei parallel verlaufenden Bereichen (61, 62) ein Umlenkbereich (67) ausgebildet ist, insbesondere wobei ein Kühlmittel die mindestens zwei über einen Umlenkbereich (67) miteinander verbundenen Bereiche (61, 62) in entgegengesetzten Strömungsrichtungen (SR1, SR2) durchströmt. Agitator shaft (1) for an agitator ball mill (50), wherein the agitator shaft (1) has a longitudinal axis (L) and an outer circumferential surface (5) equipped with agitating elements (3), wherein the agitator shaft (1) is formed integrally with the agitating elements (3) and consists of a ceramic material, wherein the agitator shaft (1) has at least one cooling channel (6) which preferably extends at least partially parallel to the longitudinal axis (L) of the agitator shaft (1), wherein the at least one cooling channel (6) extends in at least two regions each parallel to the longitudinal axis (L) of the agitator shaft (1), wherein a deflection region (67) is formed between the two parallel regions (61, 62), in particular wherein a coolant flows through the at least two regions (61, 62) connected to one another via a deflection region (67) in opposite flow directions (SR1, SR2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rührwelle für eine Rührwerkskugelmühle, eine Rührwerkskugelmühle und ein Verfahren zum Herstellen einer Rührwelle für eine Rührwerkskugelmühle gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.The present invention relates to an agitator shaft for an agitator ball mill, an agitator ball mill and a method for producing an agitator shaft for an agitator ball mill according to the features of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle, insbesondere ein Rührwerk für eine Rührwerkskugelmühle. Die Rührwerkskugelmühle ist ein Gerät zur Grob-, Fein- und Feinstzerkleinerung oder Homogenisierung von Mahlgut. Eine Rührwerkskugelmühle besteht aus einem vertikal oder horizontal angeordneten, meist annähernd zylindrischen Mahlbehälter, der zu 70% bis 90 % mit Mahlhilfskörpern gefüllt ist. Der Mahlbehälter ist bei Rührwerkskugelmühlen in der Regel stationär gelagert. Viele herkömmlich bekannte Mühlen werden durch eine zentrale Öffnung in einer der Stirnwände befüllt. Das Einfüllen kann alternativ auch direkt über den Mahlzylinder erfolgen. Das zu vermahlende Produkt strömt beim Mahlvorgang kontinuierlich von einem Produkteinlass axial durch den Mahlraum bis zu einem Produktauslass. Dabei werden die suspendierten Feststoffe durch Prall- und Scherkräfte zwischen den Mahlkörpern zerkleinert bzw. dispergiert. In einem Auslassbereich erfolgt dann die Trennung der Mahlhilfskörper vom Produktstrom. Der Austrag ist von der Bauform abhängig und erfolgt beispielsweise durch ein Sieb am Mühlenende.The invention relates to an agitator ball mill, in particular to an agitator for an agitator ball mill. The agitator ball mill is a device for coarse, fine, and ultrafine comminution or homogenization of material to be ground. An agitator ball mill consists of a vertically or horizontally arranged, usually approximately cylindrical grinding vessel, which is 70% to 90% filled with auxiliary grinding media. In agitator ball mills, the grinding vessel is usually stationary. Many conventional mills are filled through a central opening in one of the end walls. Alternatively, filling can also occur directly via the grinding cylinder. During the grinding process, the product to be ground flows continuously from a product inlet axially through the grinding chamber to a product outlet. The suspended solids are crushed or dispersed between the grinding media by impact and shear forces. The auxiliary grinding media are then separated from the product stream in an outlet area. The discharge depends on the design and takes place, for example, through a sieve at the end of the mill.
Das Rührwerk ist in der Regel durch eine Rührwerkswelle gebildet, die dazu dient, Rührelemente in Form von Scheiben oder radial abstehenden Stiften zu drehen, insbesondere um in Flüssigkeit verteilte Feststoffe des Mahlgutes zu deagglomerieren und zu zerkleinern. Die Rührwerkswelle wird in der Regel motorisch angetrieben. Als geeignete Rührelemente finden insbesondere Scheibenrührer mit einer Mehrzahl von an einer Rührwelle angeordneten Mahlscheiben Verwendung. Die Mahlscheiben sind meist kreisförmig und können mit Durchlassöffnungen versehen sein. Über die Durchlassöffnung wird insbesondere die Produktströmung sichergestellt.The agitator is typically formed by an agitator shaft, which serves to rotate agitating elements in the form of discs or radially projecting pins, particularly to deagglomerate and comminute solids dispersed in the liquid in the milled material. The agitator shaft is usually motor-driven. Suitable agitating elements are, in particular, disc agitators with a plurality of grinding discs arranged on a agitator shaft. The grinding discs are usually circular and can be provided with passage openings. The passage opening ensures, in particular, the product flow.
Zwischen der Innenseite des Mahlzylinders und dem Rührwerk ist ein ringförmiger Mahlspalt ausgebildet, in dem sich im Betrieb der Rührwerkskugelmühle das zu zerkleinernde Mahlgut befindet. Das Rührwerk wird drehend angetrieben und beansprucht derart das Mahlgut innerhalb des Mahlspaltes, wodurch dieses zerkleinert wird, was zum einen durch die Mahlhilfskörper und zum anderen durch die Rührelemente des Rührwerks unterstützt wird. Insbesondere werden mittels einer Rührwelle das Mahlgut und die Mahlhilfskörper intensiv bewegt. Dabei werden die Feststoffpartikel des Mahlguts durch Prall, Druck, Scherung und Reibung zerkleinert.An annular grinding gap is formed between the inside of the grinding cylinder and the agitator, in which the material to be ground is located during operation of the agitator ball mill. The agitator is driven by rotation and thus exerts pressure on the material to be ground within the grinding gap, thereby comminuting it. This action is supported by the auxiliary grinding media and the agitator's stirring elements. In particular, the material to be ground and the auxiliary grinding media are intensively agitated by means of an agitator shaft. The solid particles of the material to be ground are comminuted through impact, pressure, shear, and friction.
Die Rührwellen bzw. Rührwerke bestehen vorzugsweise aus einem abriebfesten Material, insbesondere aus einem Metall oder einem keramischen Werkstoff, beispielsweise beschreibt
Die Gebrauchsmusterschrift
Die
Viele Prozesse, chemische, mechanische oder andere, laufen unter Erzeugung von Prozesswärme ab, welche den Prozessablauf selbst beziehungsweise die eingesetzten Ausgangsstoffe negativ beeinflussen kann, weil beispielsweise die am Prozess beteiligten Stoffe temperaturempfindlich sind oder die Temperaturänderung sich auf die Prozessgeschwindigkeit auswirkt und damit eine geordnete Prozessführung erschwert. Aus diesem Grund ist es üblich, einen Prozessablauf zu stabilisieren, indem beispielsweise die erzeugte Prozesswärme mittels geeigneter Kühlvorrichtungen beziehungsweise -verfahren abgeleitet wird. In Behältern ablaufende Prozesse werden dabei meist über die Behälterwand temperiert, zum Beispiel durch an der Wand verlaufende Kühl- oder Warmwasserrohre oder indem ein weiterer, vom ersten Behälter radial beabstandet angeordneter Außenbehälter um den ersten Behälter herumgeführt wird, so dass sich zwischen den beiden Behältern ein Hohlraum bildet, durch welchen ein Fluidstrom, welcher ein Warmwasserstrom beziehungsweise ein Kühlmittelstrom sein kann, zum Transport der Prozesswärme geführt werden kann.Many processes, chemical, mechanical or otherwise, generate process heat, which can negatively impact the process itself or the starting materials used, for example because the substances involved in the process are temperature-sensitive or because temperature changes affect the process speed and thus make orderly process control more difficult. For this reason, it is common practice to stabilize a process by, for example, dissipating the generated process heat using suitable cooling devices or methods. Processes running in containers are usually temperature-controlled via the container wall, for example by means of cooling or hot water pipes running along the wall or by placing another outer container around the first container at a radial distance from the first container, so that a hollow space is formed between the two containers, through which a fluid flow, which can be a hot water flow or a coolant flow, can be guided to transport the process heat.
Auch bei dem Mahlprozess entsteht Wärme. In Abhängigkeit vom Produkt muss diese Wärme abgeführt werden bzw. es muss eine Wärmebildung verhindert werden. Die Problematik besteht insbesondere bei Rührwerkskugelmühlen mit einem großen Mahlvolumen oder wenn ein höherer Leistungseintrag erwünscht wird. Zur Kühlung während des Mahlprozesses ist beispielsweise vorgesehen, den Mahlzylinder kühlbar auszugestalten. Beispielsweise beschreibt die Offenlegungsschrift
Wie bereits im Zusammenhang mit der
Eine weitere kühlbare Rührwelle wird in der Patentschrift
Die Patentschrift
Die Gebrauchsmusterschrift
Die Offenlegungsschrift
Ab einer gewissen Baugröße müssen Rührwellen bzw. Rührwerke aus Keramik aus mehreren Bauteilen aufgebaut sein. Um die Einzelteile passend zueinander herzustellen, ist viel Schleifarbeit notwendig, wodurch die Kosten aufgrund der notwendigen Arbeitszeit sehr hoch sind. Zudem entstehen beim Zusammensetzen der Rührwelle aus einer Mehrzahl an Teilen sogenannte Toträume, in denen sich Mahlgut und/oder Mahlhilfskörper festsetzen können und somit den Maschinenraum verschmutzen. Solche mehrteiligen Keramikrührwellen sind zudem sehr bruchempfindlich, insbesondere bei der Montage, Demontage, Reinigung und Wartung. Zudem ist es bisher nicht möglich, Keramikrotoren mit einer Kühlung herzustellen.Above a certain size, ceramic agitator shafts or stirrers must be constructed from multiple components. Manufacture of the individual parts requires extensive grinding work, which results in very high costs due to the labor required. Furthermore, assembling the agitator shaft from multiple parts creates so-called dead spaces in which grinding material and/or auxiliary grinding media can become trapped and thus contaminate the machine room. Such multi-part ceramic agitator shafts are also very fragile, especially during assembly, disassembly, cleaning, and maintenance. Furthermore, it has not yet been possible to manufacture ceramic rotors with cooling.
BeschreibungDescription
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rührwelle für eine Rührwerkskugelmühle einfach und kostengünstig herzustellen, insbesondere eine kühlbare Rührwelle für den Einsatz in Hochleistungs- Rührwerkskugelmühlen.The object of the invention is to produce a stirrer shaft for a stirred ball mill simply and cost-effectively, in particular a coolable stirrer shaft for use in high-performance stirred ball mills.
Die obige Aufgabe wird durch eine Rührwelle für eine Rührwerkskugelmühle, eine Rührwerkskugelmühle und ein Verfahren zum Herstellen einer Rührwelle für eine Rührwerkskugelmühle gelöst, die die Merkmale in den unabhängigen Patentansprüchen umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.The above object is achieved by an agitator shaft for a stirred ball mill, a stirred ball mill, and a method for producing an agitator shaft for a stirred ball mill, which comprise the features in the independent patent claims. Further advantageous embodiments are described in the subclaims.
Die Rührwerkskugelmühle dient der Bearbeitung und insbesondere Zerkleinerung von Mahlgut mit Hilfe von Mahlhilfskörpern und weist einen Mahlbehälter mit einem Mahlguteinlass und einem Produktauslass auf, dem ein Rührwerk zugeordnet ist, das zumindest teilweise innerhalb des Mahlbehälters angeordnet ist.The agitator ball mill is used for processing and in particular comminuting material to be ground with the aid of auxiliary grinding bodies and has a grinding container with a material to be ground inlet and a product outlet, to which an agitator is assigned, which is arranged at least partially within the grinding container.
Das Rührwerk umfasst einen Antrieb, eine am Antrieb angeordnete und in einer Drehrichtung rotierende Rührwelle und wenigstens ein an der Rührwelle angeordnetes Rührelement. Die Rührwelle weist einen vorzugsweise zylindrischen Grundkörper mit einer Längsachse auf, wobei an dem Grundkörper mindestens ein Rührelement, vorzugsweise eine Mehrzahl an Rührelementen, angeordnet ist/sind. Insbesondere weist die Rührwelle eine mit Rührelementen ausgestattete Außenmantelfläche auf. Die Längsachse der Rührwelle fällt in der Regel mit der Längsachse des Mahlbehälters zusammen. Der Antrieb ist in der Regel außerhalb des Mahlbehälters angeordnet und über eine die Behälterwandung durchdringende Antriebswelle mit der innerhalb des Mahlbehälters angeordneten Rührwelle verbunden.The agitator comprises a drive, an agitator shaft arranged on the drive and rotating in one direction of rotation, and at least one agitator element arranged on the agitator shaft. The agitator shaft has a preferably cylindrical base body with a longitudinal axis, wherein at least one agitator element, preferably a plurality of agitator elements, is/are arranged on the base body. In particular, the agitator shaft has an outer surface equipped with agitator elements. The longitudinal axis of the agitator shaft generally coincides with the longitudinal axis of the grinding container. The drive is generally arranged outside the grinding container and is connected to the agitator shaft arranged inside the grinding container via a drive shaft penetrating the container wall.
Die Rührwelle mit den Rührelementen ist einstückig ausgebildet und besteht aus einem Keramikmaterial.The stirring shaft with the stirring elements is made in one piece and is made of a ceramic material.
Weiterhin ist das die Rührwelle mindestens einen Kühlkanal aufweist, der sich vorzugsweise zumindest bereichsweise parallel zu der Längsachse der Rührwelle erstreckt. Der mindestens eine Kühlkanal erstreckt sich hierbei in mindestens zwei Bereichen jeweils parallel zur Längsachse der Rührwelle, wobei zwischen den zwei parallel verlaufenden Bereichen ein Umlenkbereich ausgebildet ist, insbesondere wobei ein Kühlmittel die mindestens zwei über einen Umlenkbereich miteinander verbundenen Bereiche in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmt.Furthermore, the agitator shaft has at least one cooling channel, which preferably extends at least partially parallel to the longitudinal axis of the agitator shaft. The at least one cooling channel extends in at least two areas. each parallel to the longitudinal axis of the agitator shaft, wherein a deflection region is formed between the two parallel regions, in particular wherein a coolant flows through the at least two regions connected to one another via a deflection region in opposite flow directions.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der mindestens eine Kühlkanal mäanderförmig ausgebildet ist.One embodiment provides that the at least one cooling channel is formed in a meandering shape.
Der Mahlbehälter ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und liegend oder stehend angeordnet, so dass die Rührwelle entsprechend liegend oder stehend angeordnet ist. Der Mahlbehälter kann auch eine andere Gestalt aufweisen und beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Rührwelle vorzugsweise dazu korrespondierend ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet.The grinding container is preferably cylindrical and arranged horizontally or vertically, so that the agitator shaft is arranged horizontally or vertically accordingly. The grinding container can also have a different shape, for example, a truncated cone. In this case, the agitator shaft is preferably also correspondingly truncated conically.
Das mindestens eine Rührelement ist beispielsweise als Nocke ausgebildet, die sich vorzugsweise annähernd radial von der Rührwelle weg in Richtung einer Innenseite des Mahlbehälters der Rührwerkskugelmühle erstreckt.The at least one stirring element is designed, for example, as a cam, which preferably extends approximately radially away from the stirring shaft in the direction of an inner side of the grinding container of the agitator ball mill.
Zwischen der Außenmantelfläche der Rührwelle und der Innenmantelfläche des Mahlbehälters ist ein ringförmiger Mahlspalt ausgebildet, in dem sich ein Gemisch aus Mahlgut und Mahlhilfskörpern befindet. Aufgrund der Rotation der Rührwelle wird das Mahlgut innerhalb des Mahlspaltes aufgrund der Beanspruchung beispielsweise durch Aufeinanderprallen von Partikeln untereinander, durch Scherkräfte etc. zerkleinert. Die Rührelemente unterstützen dies, indem durch die Rührelemente ein zusätzlicher Energieeintrag insbesondere auf die Mahlhilfskörper bewirkt wird.An annular grinding gap is formed between the outer surface of the agitator shaft and the inner surface of the grinding container, containing a mixture of grinding material and auxiliary grinding media. Due to the rotation of the agitator shaft, the grinding material within the grinding gap is comminuted due to stresses such as particle collisions, shear forces, etc. The agitator elements support this process by providing additional energy, particularly to the auxiliary grinding media.
Die Rührwelle mit den Rührelementen ist einstückig ausgebildet und hergestellt und besteht vorzugsweise aus einem Keramikmaterial. Besonders bevorzugt wird die Rührwelle aus Siliziumcarbid (SiC), aus Siliziumcarbid mit freiem Silizium (SiSiC), aus Siliziumnitrid, aus Zirkonoxid oder aus Mischkeramiken hergestellt. Siliziumcarbid- Keramiken weisen eine hohe Verschleißbeständigkeit, niedrige Thermoschockempfindlichkeit, niedrige Wärmedehnung, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Säuren und Laugen auf und sind darüber hinaus noch leicht und behalten ihre positiven Eigenschaften bis zu Temperaturen oberhalb von 1400°C. Zudem ist Siliziumcarbid toxikologisch unbedenklich und kann somit auch im Nahrungsmittelbereich verwendet werden. Siliziumnitrid weist zwar im Vergleich zu Siliziumcarbid eine reduzierte Härte auf, jedoch kann durch einen Sintervorgang eine stängelige Umkristallisation der β-Siliziumnitridkristalle bewirkt werden, was zu einer erhöhten Bruchzähigkeit des Materials führt. Die hohe Bruchzähigkeit in Kombination mit kleinen Defektgrößen verleiht Siliciumnitrid eine der höchsten Festigkeiten unter den ingenieurkeramischen Werkstoffen. Durch die Kombination von hoher Festigkeit, niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und relativ kleinem Elastizitätsmodul eignet sich Siliziumnitrid-Keramik besonders für thermoschockbeanspruchte Bauteile. Im Unterschied zu anderen keramischen Werkstoffen weist Zirkonoxid einen sehr hohen Widerstand gegen die Ausbreitung von Rissen auf. Außerdem besitzt Zirkonoxid-Keramik eine sehr hohe Wärmedehnung und wird deshalb gerne bei der Realisierung von Verbindungen zwischen Keramik und Stahl gewählt.The agitator shaft with the agitator elements is designed and manufactured in one piece and is preferably made of a ceramic material. The agitator shaft is particularly preferably made of silicon carbide (SiC), silicon carbide with free silicon (SiSiC), silicon nitride, zirconium oxide, or mixed ceramics. Silicon carbide ceramics exhibit high wear resistance, low thermal shock sensitivity, low thermal expansion, high thermal conductivity, and good resistance to acids and alkalis. Furthermore, they are lightweight and retain their positive properties up to temperatures above 1400°C. Furthermore, silicon carbide is toxicologically safe and can therefore also be used in the food industry. Although silicon nitride has a reduced hardness compared to silicon carbide, a sintering process can induce columnar recrystallization of the β-silicon nitride crystals, which leads to increased fracture toughness of the material. The high fracture toughness combined with small defect sizes gives silicon nitride one of the highest strengths among engineering ceramic materials. The combination of high strength, low thermal expansion coefficient, and relatively low elastic modulus makes silicon nitride ceramic particularly suitable for components subject to thermal shock. Unlike other ceramic materials, zirconium oxide exhibits very high resistance to crack propagation. Zirconium oxide ceramic also exhibits very high thermal expansion and is therefore a popular choice for creating joints between ceramic and steel.
Besonders bevorzugt wird die Rührwelle mit den Rührelementen vermittels eines 3D- Druckverfahrens hergestellt. Auf diese Weise ist es möglich ein Bauteil mit inneren Hohlräumen herzustellen, das mit herkömmlichen Methoden wie beispielsweise Spritzgießen o.ä. ohne weitere Nachbearbeitung, beispielsweise ohne ein nachträgliches Einbringen von Bohrungen o.ä., nicht in einem Verfahrensschritt herstellbar wäre. Nunmehr ist es jedoch möglich, einfach und kostengünstig mindestens einen integrierten Kühlkanal innerhalb der Rührwelle auszubilden.Particularly preferably, the agitator shaft with the agitator elements is manufactured using a 3D printing process. This makes it possible to produce a component with internal cavities that would not be possible in a single process step using conventional methods such as injection molding or similar without further post-processing, for example, without the subsequent insertion of holes or similar. However, it is now possible to easily and cost-effectively create at least one integrated cooling channel within the agitator shaft.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung befinden sich jeweils zwei parallel verlaufende Bereiche, die von Kühlmittel in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmt werden, auf einer gemeinsamen Radialen der Rührwelle. Dadurch wird eine Gegenstromkühlung der Rührwelle erreicht. Insbesondere wird das Kühlmittel jeweils nahe der Längsachse der Rührwelle von der Mahlguteinlass- Seite zur Produktauslass- Seite geführt. Die Rückführung des Kühlmittels von der Produktauslass- Seite zur Mahlguteinlass- Seite erfolgt innerhalb der Rührwelle in einem Bereich benachbart zur Außenmantelfläche der Rührwelle. Damit wird erreicht, dass das frischeste und somit kühlste Kühlmittel zuerst in den Bereich der Rührwerkskugelmühle geführt wird, in dem das Mahlgut am wärmsten ist. Dies ist insbesondere der Bereich nahe dem Produktauslass, nachdem das Mahlgut die Rührwerkskugelmühle in Förderrichtung von der Mahlguteinlass- Seite her durchströmt hat. Insbesondere durchströmt das Kühlmittel die Rührwelle an der Oberfläche der Rührwelle somit in Gegenrichtung zur Förderrichtung des Mahlguts durch die Rührwerkskugelmühle. Mithilfe dieser Gegenstromkühlung kann der Kühlprozess weiter optimiert werden.According to one embodiment of the invention, two parallel regions, through which coolant flows in opposite directions, are located on a common radial of the agitator shaft. This achieves countercurrent cooling of the agitator shaft. In particular, the coolant is guided close to the longitudinal axis of the agitator shaft from the material inlet side to the product outlet side. The coolant is returned from the product outlet side to the material inlet side within the agitator shaft in a region adjacent to the outer surface of the agitator shaft. This ensures that the freshest and therefore coolest coolant is first guided to the region of the agitator ball mill where the material to be ground is warmest. This is particularly the region near the product outlet, after the material to be ground has flowed through the agitator ball mill in the conveying direction from the material inlet side. In particular, the coolant flows through the agitator shaft on the surface of the agitator shaft in the opposite direction to the conveying direction of the material to be ground through the agitator ball mill. This countercurrent cooling allows the cooling process to be further optimized.
Eine Ausführungsform der Rührwelle sieht vor, dass diese mindestens zwei Teil- Abschnitte umfasst, insbesondere einen ersten endständigen Teil- Abschnitt an dem die Rührwelle mit der Antriebswelle des Rührwerks verbunden ist. Beispielsweise weist der erste endständige Teil- Abschnitt einen Aufnahmebereich, insbesondere eine Wellenaufnahme, auf, in der das freie Ende der Antriebswelle angeordnet und drehfest mit der Rührwelle verbunden werden kann. Weiterhin ist mindestens ein zweiter Teil- Abschnitt vorgesehen. Der zweite Teil- Abschnitt ist vorzugsweise innen hohl ausgebildet. Zudem sind in dem zweiten Teil- Abschnitt vorzugsweise zwischen der Außenmantelfläche und dem hohlen Innenraum bzw. Innenraumbereich Durchtrittsöffnungen ausgebildet. Insbesondere sind eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen vorgesehen, die sich parallel zur Längsachse der Rührwelle erstrecken. Innerhalb des zweiten Teil- Abschnitts kann vorzugsweise eine Trenneinrichtung ausgebildet sein. Das den Mahlspalt durchströmende Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch wird am offenen Ende des zweiten Teil- Abschnitts umgelenkt und strömt über die Trenneinrichtung in den hohlen Innenraum des zweiten Teil- Abschnitts. Die Trenneinrichtung, die beispielsweise als Trennsieb oder Klassierrotor ausgebildet sein kann, hält insbesondere die Mahlhilfskörper zurück und befördert diese zusammen mit gegebenenfalls noch nicht ausreichend zerkleinertem Mahlgut durch die Durchtrittsöffnungen zurück in den Mahlspalt. Das ausreichend zerkleinerte Mahlgut wird dagegen über den hohlen Innenraum zu einem Produktauslass der Rührwerkskugelmühle geleitet und kann dort entnommen werden.One embodiment of the agitator shaft provides that it comprises at least two sub-sections, in particular a first terminal sub-section at which the agitator shaft is connected to the Drive shaft of the agitator. For example, the first terminal sub-section has a receiving area, in particular a shaft receptacle, in which the free end of the drive shaft can be arranged and connected to the agitator shaft in a rotationally fixed manner. Furthermore, at least one second sub-section is provided. The second sub-section is preferably hollow on the inside. In addition, passage openings are formed in the second sub-section, preferably between the outer circumferential surface and the hollow interior or interior region. In particular, a plurality of passage openings are provided which extend parallel to the longitudinal axis of the agitator shaft. A separating device can preferably be formed within the second sub-section. The grinding material/aid grinding body mixture flowing through the grinding gap is deflected at the open end of the second sub-section and flows via the separating device into the hollow interior of the second sub-section. The separation device, which can be designed, for example, as a separating screen or classifying rotor, retains the auxiliary grinding media and transports them, along with any insufficiently ground material, through the passage openings back into the grinding gap. The sufficiently ground material, in turn, is conveyed through the hollow interior to a product outlet of the agitator ball mill, where it can be removed.
Vorzugsweise werden die Mahlhilfskörper aufgrund des nur geringen Mahlspalts zwischen Rührwelle und Innenwand des Mahlbehälters in diesem sogenannten Mahlraum aufkonzentriert. Nur ein geringer Teil der Mahlhilfskörper wird zusammen mit dem Mahlgut umgelenkt und strömt über die Trenneinrichtung in den hohlen Innenraum des zweiten Teil- Abschnitts.Due to the small grinding gap between the agitator shaft and the inner wall of the grinding vessel, the auxiliary grinding media are preferably concentrated in this so-called grinding chamber. Only a small portion of the auxiliary grinding media is redirected along with the material to be ground and flows via the separating device into the hollow interior of the second subsection.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Teil- Abschnitt ein mittlerer TeilAbschnitt, an den ein weiterer dritter endständiger Teil- Abschnitt anschließt. Dieser dritte Teil- Abschnitt weist ebenfalls einen hohlen Innenraum auf. Im Falle eines zylindrischen Grundkörpers der Rührwelle sind die Innenräume des zweiten und gegebenenfalls dritten Teil- Abschnitts vorzugsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildet und weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Radius des Querschnitts des Innenraums im dritten Teil- Abschnitt größer oder gleich dem Radius des Querschnitts des Innenraums im zweiten Teil- Abschnitt ist. Zudem weisen die zylindrisch ausgebildeten inneren Hohlräume jeweils eine Längsachse auf, die deckungsgleich zur Längsachse der Rührwelle ausgebildet ist.According to one embodiment, the second sub-section is a middle sub-section, to which a further third terminal sub-section adjoins. This third sub-section also has a hollow interior. In the case of a cylindrical base body of the agitator shaft, the interiors of the second and optionally third sub-section are preferably also cylindrical and have a circular cross-section, wherein the radius of the cross-section of the interior in the third sub-section is greater than or equal to the radius of the cross-section of the interior in the second sub-section. In addition, the cylindrically shaped inner cavities each have a longitudinal axis that is congruent with the longitudinal axis of the agitator shaft.
Im dritten Teil- Abschnitt sind vorzugsweise keine Durchtrittsöffnungen zwischen dem Innenraum und der Außenmantelfläche der Rührwelle vorgesehen. Stattdessen kann im Innenraum des dritten Teilabschnitts eine Verschleißschutzhülse angeordnet sein, die vorzugsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist. Insbesondere ist die Verschleißschutzhülse zwischen einem Behälterboden des Mahlbehälters und der Trenneinrichtung im zweiten Innenraumbereich angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird das den Mahlspalt durchströmende Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch am offenen Ende des dritten Teil- Abschnitts umgelenkt innerhalb des zwischen der Verschleißschutzhülse und der Rührwelle ausgebildeten Ringspalts in Richtung des zweiten Teil-Abschnitts geführt, indem die Abtrennung des Mahlguts von den Mahlhilfskörpern erfolgt, wie es bereits oben beschrieben worden ist.In the third sub-section, preferably no through-openings are provided between the interior and the outer circumferential surface of the agitator shaft. Instead, a wear protection sleeve, which is preferably also cylindrical, can be arranged in the interior of the third sub-section. In particular, the wear protection sleeve is arranged between a container bottom of the grinding container and the separating device in the second interior region. In this embodiment, the grinding material/grinding aid mixture flowing through the grinding gap is deflected at the open end of the third sub-section within the annular gap formed between the wear protection sleeve and the agitator shaft in the direction of the second sub-section, whereby the grinding material is separated from the grinding aids, as already described above.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich der mindestens eine Kühlkanal innerhalb des ersten endständigen Teil- Abschnitts und zumindest bereichsweise innerhalb des zweiten, mittleren Teil- Abschnitts erstreckt. Bei einer Ausführungsform einer Rührwelle umfassend drei Teil- Abschnitte kann vorgesehen sein, dass sich der mindestens eine Kühlkanal durch alle drei Teil- Abschnitte hindurch erstreckt. Ein mäanderförmiger Kühlkanal kann beispielsweise Parallel- Abschnitte umfassen, die innerhalb des zweiten Teil- Abschnitts der Rührwelle jeweils zwischen Durchtrittsöffnungen ausgebildet sind. Die Parallel- Abschnitte können sich zumindest teilweise in den ersten und/oder dritten Teil- Abschnitt der Rührwelle erstrecken. Insbesondere an den endständigen Bereichen des ersten und dritten Teil- Abschnitts der Rührwelle sind entsprechende Umlenkbereiche ausgebildet, die das Kühlmittel von einem Parallel-Abschnitt in den nächsten Parallel- Abschnitt umlenken, so dass das Kühlmittel einander direkt benachbart angeordnete Parallel- Abschnitte vorzugsweise jeweils gegenläufig durchfließt.Preferably, the at least one cooling channel extends within the first terminal sub-section and at least partially within the second, middle sub-section. In one embodiment of an agitator shaft comprising three sub-sections, the at least one cooling channel can extend through all three sub-sections. A meandering cooling channel can, for example, comprise parallel sections which are each formed between passage openings within the second sub-section of the agitator shaft. The parallel sections can extend at least partially into the first and/or third sub-section of the agitator shaft. In particular, at the terminal regions of the first and third sub-sections of the agitator shaft, corresponding deflection regions are formed which deflect the coolant from one parallel section to the next parallel section, so that the coolant preferably flows in opposite directions through parallel sections arranged directly adjacent to one another.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein solcher Kühlkanal eine gerade Anzahl an Parallel- Abschnitten umfasst, so sich der Kühlmitteleingang und der Kühlmittelausgang jeweils am gleichen Ende der Rührwelle befinden. In diesem Fall durchströmt das Kühlmittel beispielsweise den ersten, dritten und fünften Parallel-Abschnitt etc. in einer ersten Strömungsrichtung und den zweiten, vierten und sechsten Parallel- Abschnitt etc. in einer entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung. Das Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch durchströmt den Mahlspalt in einer ersten Förderrichtung, die beispielsweise der ersten Strömungsrichtung entspricht und wird innerhalb der zweiten und/oder dritten Teil- Abschnitts der Rührwelle insbesondere in eine zweite Förderrichtung umgeleitet, die der zweiten Strömungsrichtung entspricht. Die Kühlwasserführung, insbesondere die Kühlwasserzu- und -ableitung kann durch ein Einschubteil gebildet sein, das beispielsweise gemeinsam mit der Antriebswelle am ersten Teil- Abschnitt der Rührwelle angeordnet und befestigt sein kann; beispielsweise kann das Einschubteil auf das Ende der Antriebswelle aufgesetzt werden und gemeinsam mit dieser in der Wellendurchführung angeordnet und befestigt werden, wobei die Kühlwasserzu- und - ableitung mit dem mindestens einen Kühlkanal der Rührwelle verbunden wird.In particular, it is provided that such a cooling channel comprises an even number of parallel sections, so that the coolant inlet and the coolant outlet are each located at the same end of the agitator shaft. In this case, the coolant flows, for example, through the first, third and fifth parallel sections, etc., in a first flow direction and the second, fourth and sixth parallel sections, etc., in an opposite second flow direction. The grinding material/grinding aid mixture flows through the grinding gap in a first conveying direction, which, for example, corresponds to the first flow direction, and is diverted within the second and/or third partial sections of the agitator shaft, in particular into a second conveying direction, which corresponds to the second flow direction. The cooling water guide, in particular the cooling water supply and discharge lines, can be formed by an insert part that For example, it can be arranged and fastened together with the drive shaft on the first sub-section of the agitator shaft; For example, the insert part can be placed on the end of the drive shaft and arranged and fastened together with it in the shaft passage, wherein the cooling water supply and discharge lines are connected to the at least one cooling channel of the agitator shaft.
An der Rührwelle ist vorzugsweise eine Mehrzahl an Rührelementen angeordnet. Insbesondere ist eine regelmäßige Anordnung von in Reihen parallel zur Längsachse der Rührwelle und/oder in Reihe aufeinanderfolgend angeordneter Rührelemente entlang einer Umfangslinie des Grundkörpers der Rührwelle vorgesehen. Dabei können alle Rührelemente identisch ausgebildet sein oder auch unterschiedliche Formen aufweisen. Zudem können Bereiche an der Rührwelle vorgesehen sein, in der mehr Nocken als in anderen Bereichen ausgebildet sind etc.A plurality of stirring elements are preferably arranged on the stirring shaft. In particular, a regular arrangement of stirring elements arranged in rows parallel to the longitudinal axis of the stirring shaft and/or in a series of successive rows along a circumferential line of the main body of the stirring shaft is provided. All stirring elements can be identical or have different shapes. Furthermore, areas on the stirring shaft can be provided in which more cams are formed than in other areas, etc.
Vorzugsweise sind die Rührelemente als vom Grundkörper der Rührwelle abstehende Nocken ausgebildet, wobei die am Grundkörper ausgebildete Verbindungsfläche der Nocken verhältnismäßig groß ist, insbesondere im Vergleich zur Höhe der Nocken, mit der diese radial über den Grundkörper hinausstehen.Preferably, the stirring elements are designed as cams projecting from the base body of the stirring shaft, wherein the connecting surface of the cams formed on the base body is relatively large, in particular in comparison to the height of the cams with which they project radially beyond the base body.
Die Nocke weist eine am Grundkörper der Rührwelle ausgebildete Verbindungsfläche, eine der Innenseite des Mahlbehälters zugewandte Oberseite, eine in Drehrichtung der Rührwelle vorauseilende Seite, eine in Drehrichtung der Rührwelle nachlaufende Seite und zwei zwischen der vorauseilenden Seite und der nachlaufenden Seite angeordnete Seiten auf. Die vorauseilende Seite wird auch als angeströmte Seite bezeichnet und die nachlaufende Seite wird auch als von der Strömung abgewandte Seite bezeichnet. Der Abstand zwischen der Verbindungsfläche und der Oberseite wird als Höhe der Nocken bezeichnet.The cam has a connecting surface formed on the base body of the agitator shaft, an upper surface facing the inside of the grinding container, a leading side in the direction of rotation of the agitator shaft, a trailing side in the direction of rotation of the agitator shaft, and two sides arranged between the leading side and the trailing side. The leading side is also referred to as the upstream side, and the trailing side is also referred to as the downstream side. The distance between the connecting surface and the upper surface is referred to as the height of the cam.
Über die verhältnismäßig große Verbindungsfläche der Nocken kann vorteilhaft Wärme aus dem Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch in die Rührwelle und insbesondere in das Kühlmittel innerhalb des mindestens einen Kühlkanals der Rührwelle abgeführt werden. Die nachfolgend näher beschriebene Form der Nocken verringert die Empfindlichkeit des Keramikmaterials gegen Ab- oder Ausbrechen. Grundkörper und Nocken werden gemeinsam als monolithisches Bauteil aus einem keramischen Werkstoff hergestellt, insbesondere vermittels eines 3D- Druckverfahrens, so dass eine direkte stoffliche Verbindung zwischen dem Grundkörper der Rührwelle und den Nocken besteht. Die einstückige Ausführung der Rührwelle fördert sowohl Stabilität als auch Wärmeleitung, da potenzielle Bruchstellen und Wärmeleitungsbarrieren entfallen.The relatively large connecting surface of the cams advantageously allows heat to be dissipated from the grinding material/grinding aid mixture into the agitator shaft and in particular into the coolant within the at least one cooling channel of the agitator shaft. The shape of the cams, described in more detail below, reduces the susceptibility of the ceramic material to chipping or breaking off. The base body and cams are manufactured together as a monolithic component from a ceramic material, in particular using a 3D printing process, so that there is a direct material connection between the base body of the agitator shaft and the cams. The one-piece design of the agitator shaft promotes both stability and heat conduction, as potential fracture points and heat conduction barriers are eliminated.
Für eine gute Stabilität der Nocken und zur Erzielung eines gleichmäßig guten Mahlergebnisses ist es vorteilhaft, wenn jeder Nocken eine Verbindungsfläche zum Grundkörper der Rührwelle und eine vorauseilenden Seite aufweist, wobei ein Verhältnis aus der Projektion der vorauseilenden Seite auf eine normal zum Grundkörper der Rührwelle stehende Ebene und der Größe der Verbindungsfläche kleiner als eins ist.For good stability of the cams and to achieve a consistently good grinding result, it is advantageous if each cam has a connecting surface to the base body of the agitator shaft and a leading side, wherein a ratio of the projection of the leading side onto a plane normal to the base body of the agitator shaft and the size of the connecting surface is less than one.
Die vorauseilende Seite wird nachfolgend als stirnseitige Anströmfläche bezeichnet. Vorzugsweise kann ein Neigungswinkel der stirnseitigen Anströmfläche bezüglich der rechtwinklig zum Grundkörper stehenden Ebene in einem Bereich von - 45° bis 85° liegen. Ein Winkel von 0° entspricht dabei einer rechtwinklig zum Grundkörper angeordneten Anströmfläche, wohingegen ein Winkel mit negativem Vorzeichen eine hinterschnittene Anströmfläche bezeichnet, d. h. eine Anströmfläche, die so geneigt ist, dass sie einen gewissen Bereich der Verbindungsfläche quasi überdachen. Neigungswinkel mit positivem Vorzeichen kennzeichnen demnach eine stirnseitige Anströmfläche, die umgekehrt geneigt ist, d. h. bei der das an dem Grundkörper befindliche Ende der Anströmfläche zuerst angeströmt wird.The leading side is hereinafter referred to as the frontal inflow surface. The angle of inclination of the frontal inflow surface relative to the plane perpendicular to the base body can preferably be in a range of -45° to 85°. An angle of 0° corresponds to an inflow surface arranged perpendicular to the base body, whereas an angle with a negative sign denotes an undercut inflow surface, i.e., an inflow surface inclined so that it virtually covers a certain area of the connecting surface. Angles of inclination with a positive sign therefore indicate a frontal inflow surface that is inversely inclined, i.e., where the end of the inflow surface closest to the base body receives the airflow first.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn jeder Nocken eine Verbindungsfläche zur Rührwelle mit einer größten Breite hat und das Verhältnis aus der Höhe jedes Nockens normal zur Rührwelle und der größten Breite größer als 0,2 ist. Die soeben erwähnte Verbindungsfläche entspricht insbesondere einer Grundfläche eines jeden Nockens und meint diejenige Fläche, mit der jeder Nocken in Kontakt mit der Rührwelle steht. Auch hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn jeder Nocken eine Verbindungsfläche zur Rührwelle mit einer größten Länge hat und das Verhältnis aus der Höhe jedes Nockens und der größten Länge kleiner als eins ist.Furthermore, it has proven advantageous if each cam has a connection surface to the agitator shaft with a maximum width, and the ratio of the height of each cam normal to the agitator shaft to the maximum width is greater than 0.2. The connection surface just mentioned corresponds in particular to a base surface of each cam and refers to the surface with which each cam is in contact with the agitator shaft. It has also proven advantageous if each cam has a connection surface to the agitator shaft with a maximum length, and the ratio of the height of each cam to the maximum length is less than one.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn jeder Nocken eine Verbindungsfläche zur Rührwelle mit einer größten Länge und einer größten Breite hat, wobei das Verhältnis aus der größten Breite und der größten Länge kleiner als eins ist.It is also advantageous if each cam has a connecting surface to the agitator shaft with a greatest length and a greatest width, the ratio of the greatest width and the greatest length being less than one.
Sind in Umfangsrichtung des Grundkörpers der Rührwelle mehrere Nocken in einer Reihe entlang einer Umfangslinie des Grundkörpers der Rührwelle aufeinanderfolgend angeordnet, dann kann es beispielsweise vorteilhaft sein, einen Abstand zwischen den in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Nocken einer Reihe auszuwählen, der gleich oder grösser ist als die größte Länge eines Nockens in Umfangsrichtung. Sind eine Vielzahl von Nocken entlang mehrerer in Axialrichtung voneinander beabstandeter Umfangslinien jeweils in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnet, dann kann vorteilhaft ein axialer Abstand zwischen jeweils zwei axial benachbarten Nockenreihen grösser oder gleich dem 1,1-fachen der größten Breite eines Nockens gewählt werden. Bei Anordnung von in Axialrichtung voneinander beabstandeten Nocken an dem Grundkörper der Rührwelle, kann vorgesehen sein, die Nocken axial fluchtend oder aber versetzt zueinander anzuordnen.If several cams are arranged consecutively in a row along a circumferential line of the agitator shaft base body in the circumferential direction of the agitator shaft base body, then it may be advantageous, for example, to select a distance between the circumferentially successive cams of a row that is equal to or greater than the greatest length of a cam in the circumferential direction. If a plurality of cams If the cams are arranged in a row along several circumferential lines spaced apart from one another in the axial direction, then an axial distance between each two axially adjacent cam rows can advantageously be selected to be greater than or equal to 1.1 times the maximum width of a cam. When arranging cams spaced apart from one another in the axial direction on the base body of the agitator shaft, it can be provided that the cams are arranged axially aligned or offset from one another.
Wie bereits oben beschrieben kann im dritten endständigen Teil- Abschnitt der Rührwelle, insbesondere im dritten Innenraumbereich, eine Verschleißschutzhülse angeordnet und derart innerhalb der Rührwerkskugelmühle verbaut sein, dass diese einfach ausgetauscht werden kann.As already described above, a wear protection sleeve can be arranged in the third terminal section of the agitator shaft, in particular in the third interior area, and installed within the agitator ball mill in such a way that it can be easily replaced.
Die Verschleißschutzhülse ist zumindest bereichsweise zylindrisch ausgebildet, insbesondere als Hohlzylinder. Der Hohlzylinder weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser des dritten Innenraumbereichs. An einem Endbereich der Verschleißschutzhülse kann ein Befestigungsbereich, beispielsweise ein Flansch, vorgesehen sein, um die Verschleißschutzhülse in oder an der Rührwerkskugelmühle zu positionieren und zu befestigen.The wear protection sleeve is cylindrical, at least in some areas, in particular as a hollow cylinder. The hollow cylinder has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the third interior region. A fastening area, for example a flange, can be provided at one end region of the wear protection sleeve to position and fasten the wear protection sleeve in or on the agitator ball mill.
Insbesondere ist zwischen der Innenmantelfläche der Rührwelle im dritten Innenraum bzw. Innenraumbereich und der Außenmantelfläche der vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Verschleißschutzhülse wiederum ein Mahlspalt ausgebildet, in dem das Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch in Richtung des zweiten Innenraumbereichs des zweiten Teil- Abschnitts geführt wird. Die Verschleißschutzhülse ist vorzugsweise ebenfalls einstückig und insbesondere aus einem Keramikmaterial gefertigt und kann analog zur Rührwelle beispielsweise im 3D-Druckverfahren hergestellt werden.In particular, a grinding gap is formed between the inner surface of the agitator shaft in the third interior space or interior region and the outer surface of the preferably cylindrical wear protection sleeve, through which the grinding material/grinding aid mixture is guided toward the second interior region of the second subsection. The wear protection sleeve is preferably also made of one piece and, in particular, of a ceramic material. It can be manufactured analogously to the agitator shaft, for example, using a 3D printing process.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzhülse mindestens einen Kühlkanal umfasst, der beispielsweise ebenfalls mäanderförmig ausgebildet ist und somit eine große Kühlfläche ausbildet. Die Außenmantelfläche der Verschleißschutzhülse kann ebenfalls mit nockenförmigen Erhebungen ausgebildet sein. Die Form der Erhebungen kann beispielsweise der Form der an der Rührwelle angeordneten, vorbeschriebenen Nocken entsprechen. Die Erhebungen verringern den Spalt zwischen der Innenmantelfläche der Rührwelle im dritten Innenraumbereich und der Außenmantelfläche der Verschleißschutzhülse. Die Erhebungen dienen insbesondere als Abstreifer, um zu verhindern, dass sich Mahlgut und/oder Mahlhilfskörper an der Innenmantelfläche der Rührwelle anhaften. Stattdessen wird durch die Erhebungen sichergestellt, dass das Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch in der Strömung in Richtung den Durchtrittsöffnungen zur Rückführung der Mahlhilfskörper in Richtung des zwischen der Außenmantelfläche der Rührwelle und der Innenwand des Mahlbehälters ausgebildeten Mahlraums.Furthermore, it can be provided that the wear protection sleeve comprises at least one cooling channel, which is also designed in a meandering shape, for example, and thus forms a large cooling surface. The outer surface of the wear protection sleeve can also be designed with cam-shaped elevations. The shape of the elevations can, for example, correspond to the shape of the cams described above arranged on the agitator shaft. The elevations reduce the gap between the inner surface of the agitator shaft in the third interior region and the outer surface of the wear protection sleeve. The elevations serve in particular as scrapers to prevent grinding material and/or auxiliary grinding bodies from adhering to the inner surface of the agitator shaft. Instead, the elevations ensure that the grinding material/auxiliary grinding body mixture flows in the direction of the passage openings for returning the auxiliary grinding bodies towards the grinding chamber formed between the outer surface of the agitator shaft and the inner wall of the grinding container.
Die Verschleißschutzhülse kann vorzugsweise in einer Rührwerkskugelmühle im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Rührwelle verwendet werden. Die Verschleißschutzhülse kann aber auch im Zusammenhang mit einer nach herkömmlichen Methoden hergestellten Rührwelle verwendet werden. Insofern ist hervorzuheben, dass die monolithische Ausbildung der Verschleißschutzhülse mit oder ohne an der Außenmantelfläche ausgebildeten Erhebungen und/oder mit oder ohne mindestens einem Kühlkanal eine eigenständige Erfindung darstellt.The wear protection sleeve can preferably be used in a stirred ball mill in conjunction with the agitator shaft described above. However, the wear protection sleeve can also be used in conjunction with an agitator shaft manufactured using conventional methods. In this respect, it should be emphasized that the monolithic design of the wear protection sleeve, with or without raised portions on the outer surface and/or with or without at least one cooling channel, represents an independent invention.
Eine vorbeschriebene, monolithisch mit Nocken o.ä. und mindestens einem Kühlkanal ausgebildete Rührwelle kombiniert die Vorteile einer optimalen Kühlung mit höchster Verschleißbeständigkeit und eignet sich somit insbesondere für den Einsatz in Hochleistungsmühlen.A stirrer shaft as described above, monolithically designed with cams or similar features and at least one cooling channel, combines the advantages of optimal cooling with maximum wear resistance and is therefore particularly suitable for use in high-performance mills.
Die Anmeldung umfasst auch insbesondere einstückig ausgebildete und insbesondere aus einem Keramikmaterial gefertigte Rührwellen, die ohne Kühlkanal ausgebildet sind. Vorzugsweise weisen diese Rührwellen ebenfalls mindestens zwei unterschiedlich ausgebildete Teil- Abschnitte auf, insbesondere mindestens einen ersten endständigen Teil- Abschnitt zur Befestigung der Rührwelle an einer Antriebswelle und mindestens einen zweiten Teil- Abschnitt mit einem hohl ausgebildeten Innenraumbereich und Durchtrittsöffnungen zwischen dem Innenraumbereich und der Außenmantelfläche der Rührwelle im zweiten TeilAbschnitt.The application also encompasses, in particular, agitator shafts formed in one piece, in particular made of a ceramic material, which are designed without a cooling channel. These agitator shafts preferably also have at least two differently designed subsections, in particular at least one first terminal subsection for fastening the agitator shaft to a drive shaft and at least one second subsection with a hollow interior region and passage openings between the interior region and the outer surface of the agitator shaft in the second subsection.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren. In umgekehrter Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte der erfindungsgemäßen Vorrichtung betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für die erfindungsgemäße Vorrichtung.It should be expressly mentioned at this point that all aspects and embodiments explained in connection with the device according to the invention equally relate to or can be partial aspects of the method according to the invention. Therefore, if at any point in the description or in the claim definitions for the device according to the invention certain aspects and/or relationships and/or effects are mentioned, this equally applies to the method according to the invention. The same applies conversely, so that all aspects and embodiments explained in connection with the method according to the invention equally relate to or can be partial aspects of the device according to the invention. Therefore, if at any point in the description or in the claim definitions for the method according to the invention certain aspects and/or relationships and/or effects, this applies equally to the device according to the invention.
FigurenbeschreibungCharacter description
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß einstückig ausgebildeten Rührwelle. -
2 zeigt eine technische Darstellung einer Seitenansicht der Rührwelle gemäß1 . -
3 zeigt eine Schnittdarstellung der Rührwelle entlang der Schnittlinie A-A gemäß2 . -
4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Rührwelle entlang der Schnittlinie B-B gemäß3 . -
5 zeigt eine technische Darstellung einer perspektivischen Ansicht der Rührwelle. -
6 zeigt eine aufgeschnittene Rührwelle mit freigelegten mäanderförmigen Kühlkanälen. -
7 zeigt eine seitliche Darstellung einer Verschleißschutzhülse. -
8 zeigt eine perspektivische Darstellung der Verschleißschutzhülse. -
9 zeigt eine Vorderansicht einer Rührwerkskugelmühle. -
10 zeigt eine Schnittdarstellung der Rührwerkskugelmühle entlang der Schnittlinie A-A gemäß9 . -
11 zeigt eine Schnittdarstellung der Rührwerkskugelmühle entlang der Schnittlinie B-B gemäß10 . -
12 zeigt eine Schnittdarstellung der Rührwerkskugelmühle entlang der Schnittlinie C-C gemäß11 . -
13 zeigt eine Schnittdarstellung der Rührwerkskugelmühle entlang der Schnittlinie D-D gemäß12 . -
14 zeigt eine Schnittdarstellung der Rührwerkskugelmühle gemäß den Schnittlinien E-E gemäß9 . -
15 zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäß einstückig ausgebildeten Rührwelle mit Gegenstromkühlung. -
16 zeigt einen Längsschnitt einer Rührwerkskugelmühle mit einem als Gegenstromkühlung ausgebildeten Kühlkanal. -
17 zeigt einen Querschnitt einer Rührwerkskugelmühle mit Rührwelle gemäß16 entlang einer Schnittlinie A-A. -
18A bis 18E zeigen jeweils weitere Ausführungsformen von Rührwellen.
-
1 shows a perspective view of an embodiment of a stirrer shaft formed in one piece according to the invention. -
2 shows a technical representation of a side view of the agitator shaft according to1 . -
3 shows a sectional view of the agitator shaft along the section line AA according to2 . -
4 shows a further sectional view of the agitator shaft along the section line BB according to3 . -
5 shows a technical representation of a perspective view of the agitator shaft. -
6 shows a cut-open stirrer shaft with exposed meander-shaped cooling channels. -
7 shows a side view of a wear protection sleeve. -
8 shows a perspective view of the wear protection sleeve. -
9 shows a front view of an agitator ball mill. -
10 shows a sectional view of the agitator ball mill along the section line AA according to9 . -
11 shows a sectional view of the agitator ball mill along the section line BB according to10 . -
12 shows a sectional view of the agitator ball mill along the section line CC according to11 . -
13 shows a sectional view of the agitator ball mill along the section line DD according to12 . -
14 shows a sectional view of the agitator ball mill according to the section lines EE according to9 . -
15 shows a perspective view of a further embodiment of an agitator shaft constructed in one piece according to the invention with countercurrent cooling. -
16 shows a longitudinal section of a stirred ball mill with a cooling channel designed as countercurrent cooling. -
17 shows a cross section of a stirred ball mill with agitator shaft according to16 along a section line AA. -
18A to 18E each show further embodiments of agitator shafts.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.Identical reference numerals are used for identical or equivalently functioning elements of the invention. Furthermore, for the sake of clarity, only reference numerals necessary for the description of the respective figure are shown in the individual figures. The illustrated embodiments merely represent examples of how the device or method according to the invention can be configured and do not represent a definitive limitation.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rührwelle 1 einstückig ausgebildet ist und insbesondere aus einem Keramikmaterial besteht. Besonders bevorzugt wird die Rührwelle 1 durch einen einzigen Verfahrensschritt aus dem Keramikmaterial hergestellt. Besonders bevorzugt wird hierzu ein 3D- Druckverfahren verwendet, da mit diesem Verfahren in einem einzigen Verfahrensschritt auch Hohlräume innerhalb der Rührwelle 1 erzeugt werden können.According to the invention, the
Bei dem Keramikmaterial kann es sich beispielsweise um Siliziumcarbid (SiC), insbesondere gesintertes Siliziumcarbit (SSiC), Siliziumcarbid mit freiem Silizium (SiSiC), Siliziumnitrid, Zirkonoxid oder um Mischkeramiken handeln. Siliziumcarbid-Keramiken weisen eine hohe Verschleißbeständigkeit, niedrige Thermoschockempfindlichkeit, niedrige Wärmedehnung, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Säuren und Laugen auf und sind darüber hinaus noch leicht und behalten ihre positiven Eigenschaften bis zu Temperaturen oberhalb von 1400°C. Zudem ist Siliziumcarbid toxikologisch unbedenklich und kann somit auch im Nahrungsmittelbereich verwendet werden. Siliziumnitrid weist zwar im Vergleich zu Siliziumcarbid eine reduzierte Härte auf. Jedoch kann durch einen Sintervorgang eine stängelige Umkristallisation der β-Siliziumnitridkristalle bewirkt werden, was zu einer erhöhten Bruchzähigkeit des Materials führt. Die hohe Bruchzähigkeit in Kombination mit kleinen Defektgrößen verleiht Siliciumnitrid eine der höchsten Festigkeiten unter den ingenieurkeramischen Werkstoffen. Durch die Kombination von hoher Festigkeit, niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und relativ kleinem Elastizitätsmodul eignet sich Siliziumnitrid-Keramik besonders für thermoschockbeanspruchte Bauteile. Im Unterschied zu anderen keramischen Werkstoffen weist Zirkonoxid einen sehr hohen Widerstand gegen die Ausbreitung von Rissen auf. Außerdem besitzt Zirkonoxid-Keramik eine sehr hohe Wärmedehnung und wird deshalb gerne bei der Realisierung von Verbindungen zwischen Keramik und Stahl gewählt.The ceramic material can be, for example, silicon carbide (SiC), especially sintered silicon carbide (SSiC), silicon carbide with free silicon (SiSiC), silicon nitride, zirconium oxide, or mixed ceramics. Silicon carbide ceramics exhibit high wear resistance, low thermal shock sensitivity, low thermal expansion, high thermal conductivity, and good resistance to acids and alkalis. They are also lightweight and retain their positive properties up to temperatures above 1400°C. Furthermore, silicon carbide is toxicologically safe and can therefore also be used in the food industry. Although silicon nitride has a reduced hardness compared to silicon carbide, a sintering process can induce columnar recrystallization of the β-silicon nitride crystals, which leads to increased fracture toughness of the material. The high fracture toughness combined with small defect sizes gives silicon nitride one of the highest strengths among engineering ceramic materials. The combination of high strength, low thermal expansion coefficient, and relatively low elastic modulus makes silicon nitride ceramic particularly suitable for components subject to thermal shock. Unlike other ceramic materials, zirconium oxide has a very high resistance to crack propagation. Zirconium oxide ceramic also has a very high thermal expansion and is therefore often chosen for the creation of joints between ceramic and steel.
In der technischen Darstellung einer Seitenansicht der Rührwelle 1 gemäß
Ein den ersten Parallel- Abschnitt 61 in einer ersten Strömungsrichtung SR1 durchströmendes Kühlmittel wird im ersten Umlenkbereich 67 in den zweiten Parallel-Abschnitt 62 umgelenkt und durchströmt diesen in einer zweiten Strömungsrichtung SR2, die entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung SR1 verläuft. Anschließend wird das Kühlmittel im zweiten Umlenkbereich 68 in den dritten Parallel- Abschnitt 63 umgelenkt und durchströmt diesen wiederum in der ersten Strömungsrichtung SR1.A coolant flowing through the first parallel section 61 in a first flow direction SR1 is diverted in the first diversion region 67 into the second parallel section 62 and flows through it in a second flow direction SR2, which is opposite to the first flow direction SR1. The coolant is then diverted in the second diversion region 68 into the third parallel section 63 and flows through it again in the first flow direction SR1.
Die in
Die Rührwelle 1 weist drei Teil- Abschnitte auf, insbesondere einen ersten endständigen Teil- Abschnitt I, einen zweiten mittleren Teil- Abschnitt II und einen dritten endständigen Teil- Abschnitt III. Die Rührwelle 1 kann an ihrem ersten endständigen Teil- Abschnitt I mit einer Antriebswelle 70 der Rührwerkskugelmühle (nicht dargestellt) verbunden werden. Hierzu ist im ersten endständigen TeilAbschnitt I beispielsweise eine Wellenaufnahme 7 ausgebildet. Die Rührwelle 1 ist zumindest bereichsweise als Hohlwelle ausgebildet, insbesondere weisen der zweite Teil- Abschnitt II und der dritte Teilabschnitt III und gegebenenfalls bereichsweise der erste Teil- Abschnitt I jeweils Innenraumbereiche auf. Insbesondere weist der zweite mittlere Teil- Abschnitt II einen ersten hohlen Innenraum bzw. Innenraumbereich 12 und der dritte Teil- Abschnitt III einen zweiten hohlen Innenraum bzw. Innenraumbereich 13 auf. Diese weisen vorzugsweise ebenfalls eine zylindrische Form auf, deren Längsachse jeweils deckungsgleich zur Längsachse L der Rührwelle 1 ausgebildet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der dritte Teil- Abschnitt III endseitig offen ausgebildet ist und insbesondere in diesem offenen Bereich einen weiter vergrößerten hohlen Innenraum zeigt. Wie nachfolgend noch im Zusammenhang mit den
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass im zweiten mittleren Teil- Abschnitt II zwischen dem hohlen Innenraumbereich 12 und der Außenmantelfläche 5 der Rührwelle 1 Durchtrittsöffnungen 15 ausgebildet sind, deren Funktion ebenfalls nachfolgend im Zusammenhang mit den
Wie beispielsweise anhand der
Die Verschleißschutzhülse 30 ist zumindest bereichsweise zylindrisch ausgebildet, insbesondere weist die Verschleißschutzhülse 30 als Grundkörper 32 einen Hohlzylinder 33 auf, an dessen Außenseite vorzugsweise Erhebungen 34, insbesondere in Form von nachfolgend näher beschriebenen Nocken 35 ausgebildet sind. Der Hohlzylinder weist einen Außendurchmesser d30 auf, der geringer ist als der geringste Innendurchmesser dIII des dritten Innenraumbereichs im dritten TeilAbschnitt III der Rührwelle 1 (vergleiche
Die Verschleißschutzhülse 30 ist vorzugsweise ebenfalls einstückig und insbesondere aus einem Keramikmaterial gefertigt und kann analog zur Rührwelle 1 beispielsweise im 3D- Druckverfahren aus einem der vorbeschriebenen keramischen Materialien hergestellt werden.The
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzhülse 30 mindestens einen Kühlkanal umfasst, der beispielsweise ebenfalls mäanderförmig ausgebildet ist und somit eine große Kühlfläche ausbildet (nicht dargestellt). Die Ausbildung des mindestens einen Kühlkanals der Verschleißschutzhülse kann der Ausbildung eines Kühlkanals 6 der Rührwelle 1 entsprechen. Die Zuleitungen zur Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelabfuhr können beispielsweise durch den Mahlbehälterboden (59, vergleiche
Die Verschleißschutzhülse 30 kann vorzugsweise in einer in den
Die Rührwerkskugelmühle 50 umfasst einen sich entlang einer horizontalen Achse L50 erstreckenden zylindrischen Mahlbehälter 51 mit einer Innenmantelfläche 52. Der Mahlbehälter 51 kann aus einem Metall oder analog zur Rührwelle 1 aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Mahlbehälter kühlbar ausgebildet ist und beispielsweise einen Außenzylinder 53 und einen Innenzylinder 54 umfasst, zwischen denen ein Kühlraum 55 ausgebildet ist, in den über einen geeigneten Kühlmitteleingang 56 und einen Kühlmittelausgang 57 Kühlmittel K eingeleitet werden kann. Der Mahlbehälter 51 umfasst weiterhin einen Mahlbehälterdeckel 58 und einen Mahlbehälterboden 59.The
Innerhalb des Mahlbehälters 51 ist eine Rührwelle 1 mit einer Längsachse L horizontal liegend angeordnet. Die Längsachse L der Rührwelle 1 stellt gleichzeitig deren Drehachse dar und ist zudem deckungsgleich zu der horizontalen Achse L50 des Mahlbehälters 51 angeordnet. Die Rührwelle 1 entspricht der in den
Durch den Mahlbehälterdeckel 58 hindurchgehend ist eine Antriebswelle 70 angeordnet, die mit einem Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor o.ä. (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Antriebswelle 70 ist drehfest mit der Rührwelle 1 verbunden, insbesondere greift das in den Mahlbehälter 51 hineinragende Ende der Antriebswelle 70 in die Wellenaufnahme 7 im ersten Teil- Abschnitt I der Rührwelle 1. Weiterhin umfasst der Mahlbehälterdeckel 58 den Mahlguteinlass 71, über den das Mahlgut M in die Rührwerkskugelmühle 50 eingefüllt wird. Im Mahlbehälterboden 59 ist ein Produktauslass 72 vorgesehen, durch den das vermahlene Produkt P die Rührwerkskugelmühle 50 verlässt.A
Zwischen der Innenmantelfläche 52 des Mahlbehälters 51 und der Außenmantelfläche 5 der Rührwelle, insbesondere im Bereich der Rührelemente 3, ist ein ringförmiger Mahlspalt MS ausgebildet. Im Betrieb der Rührwerkskugelmühle 50 befindet sich darin das Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch. Durch drehendes Antreiben der Rührwelle 1 in Kombination mit den Mahlhilfskörpern (nicht dargestellt) wird das Mahlgut M im Mahlspalt MS von der Mahlguteinlassseite zur Produktauslassseite bewegt und dabei so beansprucht, dass es zerkleinert wird, beispielsweise durch Aufeinanderprallen von Mahlgut- Partikeln untereinander, durch Aufeinanderprallen von Mahlgut- Partikeln auf Mahlhilfskörper, durch Scherkräfte etc. Zur Verstärkung der Zerkleinerungswirkung kann vorgesehen sein, dass an der Innenmantelfläche 52 des Mahlbehälters 51 ebenfalls Vorsprünge wie etwa Nocken, Stäbe oder ähnliches angeordnet sein können, die einerseits eine zusätzliche Durchmischung des Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisches bewirken und andererseits beispielsweise die Zahl der im Mahlspalt MS stattfindenden Kollisionsvorgange erhöht und somit die Zerkleinerungswirkung der Rührwerkskugelmühle 50 steigert.An annular grinding gap MS is formed between the
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Produktauslass 72 innerhalb eines sogenannten Aufnahmeteils 75 ausgebildet wird, das sich durch eine zentrale Öffnung im Mahlbehälterboden 59 erstreckt. Dieses Aufnahmeteil 75 kann ebenfalls über Kühlkanäle 76 verfügen, durch die zur Kühlung des Produktes P Kühlmittel K geleitet wird. Das Aufnahmeteil 75 erstreckt sich insbesondere axial im inneren Hohlraum der Rührwelle 1 in Richtung des Mahlguteinlasses 71 und ist im Bereich des Produktauslass 72 bereichsweise von der Verschleißschutzhülse 30 umgeben. An dem Endbereich des Aufnahmeteils 75 der dem Produktauslass 72 axial gegenüberliegend angeordnet ist, ist vorzugsweise ein nachfolgend noch näher beschriebenes Trennsieb 40 angeordnet, dass dazu dient, die Mahlhilfskörper im Innenraum der Rührwerkskugelmühle zurückzuhalten, während das Produkt P entnommen wird.Furthermore, it is provided that the
Der in
In diesem Zusammenhang soll näher auf die Form der Nocken 4 eingegangen werden. Wie bereits beschrieben, wird die Rührwelle 1 einstückig hergestellt, insbesondere werden die Rührelemente 3 bei der Herstellung der Rührwelle 1 direkt mit ausgebildet und nicht nachträglich befestigt. Die Rührelemente 3 werden insbesondere als von dem zylindrisch ausgebildeten Grundkörper 2 der Rührwelle 1 abstehende Nocken 4 ausgebildet. Die am Grundkörper 2 der Rührwelle 1 ausgebildete Verbindungsfläche 20 der Nocken 4 ist verhältnismäßig groß ausgebildet, insbesondere im Verhältnis zur radialen Höhe h der Nocken 4. Die Form der Nocken 4 kann sowohl im axialen Schnitt als auch in radialer Betrachtung jegliche geometrische Form annehmen, beispielsweise trapezförmig, mit abgerundeten Ecken, mit angefasten Kanten etc. Die Verbindungsfläche 20 entspricht insbesondere einer Grundfläche eines jeden Nockens 4 und meint diejenige Fläche, mit der jeder Nocken 4 in Kontakt mit der Außenmantelfläche der Rührwelle 1 steht.In this context, the shape of the cams 4 will be discussed in more detail. As already described, the
Da im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühlkanal 6, 6* benachbart zu den Nocken 4 ausgebildet ist, kann über die große Verbindungsfläche 20 der Nocken 4 vorteilhaft Wärme aus dem Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch in das Kühlmittel innerhalb des Kühlkanals 6, 6* abgeführt werden, da die große Verbindungsfläche 20 die Wärme effektiver ableitet. Weiterhin wird durch die Form die insbesondere bei Keramikmaterial bestehende Empfindlichkeit der Nocken 4 gegenüber Ab- oder Ausbrechen deutlich verringert. Die einstückige Ausführung der Rührwelle 1 fördert sowohl Stabilität als auch Wärmeleitung, da potenzielle Bruchstellen und Wärmeleitungsbarrieren entfallen.Since, in the illustrated embodiment, the cooling
Für eine gute Stabilität der Nocken 4 und zur Erzielung eines gleichmäßig guten Mahlergebnisses ist es vorteilhaft, wenn jeder Nocken 4 eine Verbindungsfläche 20 zum Grundkörper 2 der Rührwelle 1 und eine stirnseitige Anströmfläche 21 aufweist (vergleiche auch
Vorteilhaft ist beispielsweise, wenn jeder Nocken 4 eine Verbindungsfläche 20 zur Rührwelle 1 mit einer größten Breite hat und das Verhältnis aus der Höhe jedes Nockens 4 normal zur Rührwelle 1 und der größten Breite größer als 0,2 ist. Weiterhin kann jeder Nocken 4 eine Verbindungsfläche 20 zur Rührwelle 1 mit einer größten Länge aufweisen, wobei das Verhältnis aus der Höhe jedes Nockens 4 und der größten Länge vorzugsweise kleiner als eins ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn jeder Nocken 4 eine Verbindungsfläche 20 zur Rührwelle 1 mit einer größten Länge und einer größten aufweist, wobei das Verhältnis aus der größten Breite und der größten Länge kleiner als eins ist.It is advantageous, for example, if each cam 4 has a
In diesem Zusammenhang wird auch auf die
Dabei kann ein Neigungswinkel der stirnseitigen Anströmfläche 21 bezüglich einer normal zur Innenseite des Mahlbehälters 59 stehenden Ebene und/oder einer normal zur zylindrischen Außenmantelfläche der Rührwelle 1 stehenden Ebene in einem Bereich von Ebene in einem Bereich von -45° bis 85° liegen. Ein Winkel von 0° entspricht dabei einer Anströmfläche 21, die sich innerhalb einer normal zur Innenseite des Mahlbehälters 51 stehenden Ebene befindet (vergleiche
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, zur Förderung der gewünschten Wechselwirkung mit dem Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch eine Vielzahl von Nocken 4 an der Rührwelle 1 vorzusehen. Dabei kann die Rührwelle 1 auch nockenfreie Bereiche aufweisen, oder kann in manchen Bereichen mehr Nocken 4 und in anderen Bereichen weniger Nocken 4 aufweisen. Zudem müssen nicht alle Nocken 4 gleich ausgebildet sein, sondern können in unterschiedlichen Formen und Größen in unterschiedlichen Bereichen angeordnet sein.In principle, it is advantageous to provide a plurality of cams 4 on the
Wie insbesondere anhand der
Sind eine Vielzahl von Nocken 4 entlang mehrerer in Axialrichtung voneinander beabstandeter Umfangslinien jeweils in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnet, dann ist vorteilhaft ein axialer Abstand zwischen jeweils zwei axial benachbarten Nockenreihen grösser oder gleich dem 1,1-fachen der größten Breite eines Nockens 4. Wenn Nocken 4 in Axialrichtung voneinander beabstandet an dem Grundkörper 2 der Rührwelle 1 ausgebildet sind, dann können diese Nocken 4 axial entweder fluchten oder auch versetzt zueinander angeordnet sein.If a plurality of cams 4 are arranged successively in a row along a plurality of circumferential lines spaced apart from one another in the axial direction, then an axial distance between each two axially adjacent rows of cams is advantageously greater than or equal to 1.1 times the greatest width of a cam 4. If cams 4 are formed on the
Anhand der Schnittdarstellung
Innerhalb des zweiten Innenraumbereichs 13 ist eine Verschleißschutzhülse 30 (vergleiche auch
Innerhalb des ersten hohlen Innenraumbereichs 12 ist ein Trennsieb 40, ein Klassierrotor 41 oder eine andere geeignete Vorrichtung angeordnet, die die Mahlhilfskörper des Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisches G zurückhält, während ausreichend vermahltes Mahlgut als fertiges Produkt P hindurch gelangt und über den Produktauslass 72 aus der Rührwerkskugelmühle 50 entnommen werden kann. Die durch das Trennsieb 40, den Klassierrotor 41 o.ä. zurückgehaltenen Mahlhilfskörper und gegebenenfalls noch nicht ausreichend vermahlenes Mahlgut M gelangen über die Durchtrittsöffnungen 15 im zweiten mittleren Teil- Abschnitt II der Rührwelle 1 zurück in den Mahlspalt MS zwischen Mahlbehälter 51 und Rührwelle 1 und werden erneut in Förderrichtung FR1 bewegt.Arranged within the first hollow
Der hier dargestellte Kühlkanal 6 stellt eine sogenannte Gegenstromkühlung dar. Zum einen weist der Kühlkanal 6 auf einer sich zwischen der Längsachse L und der Außenmantelfläche 5 der Rührwelle 1 erststreckenden ersten Radialen R1 zwei Parallel- Abschnitte 81, 82 auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Kühlmittel in den ersten Parallel- Abschnitt 81 eingeleitet wird und diesen in einer ersten Strömungsrichtung SR1 vom ersten Teil- Abschnitt I in Richtung des dritten Teil-Abschnitts III durchströmt, wobei die erste Strömungsrichtung SR1 vorzugsweise der ersten Förderrichtung FR1 für das Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisch G gemäß den
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittel K die Parallel-Abschnitte 81 bis 88 nicht nacheinander durchströmt, sondern dass frisches Kühlmittel K in jeden der näher zur Längsachse L ausgebildeten Parallel- Abschnitte 81, 83, 85, 87 einströmt und jeweils aus den näher zur Außenmantelfläche der Rührwelle 1 ausgebildeten Parallel- Abschnitte 82, 84, 86, 88 abgeführt wird. Der Umlenkbereich 91 ist hierbei insbesondere als Ringspalt 92 ausgeführt. Damit wird erreicht, dass das frischeste und somit kühlste Kühlmittel K zuerst in den Bereich der Rührwerkskugelmühle geführt wird, in dem das Mahlgut am wärmsten ist. Dies ist insbesondere der Bereich nahe dem Produktauslass, nachdem das Mahlgut die Rührwerkskugelmühle von der Mahlguteinlass- Seite her durchströmt hat. Mithilfe dieser Gegenstromkühlung kann der Kühlprozess weiter optimiert werden.Preferably, it can be provided that the coolant K does not flow through the parallel sections 81 to 88 one after the other, but that fresh coolant K flows into each of the parallel sections 81, 83, 85, 87 formed closer to the longitudinal axis L and is discharged from the parallel sections 82, 84, 86, 88 formed closer to the outer circumferential surface of the
Im Endbereich des dritten Teil- Abschnitts III ist jeweils ein Umlenkbereich 95 ausgebildet, der jeweils einen inneren Strömungskanal 94 mit einem zweiten Parallel-Abschnitt 82 des Kühlkanals 6 verbindet. Der zweite Parallel- Abschnitt 82 wird auch als äußerer Strömungskanal 96 bezeichnet. Insbesondere wird das Kühlmittel K im Umlenkbereich 95 umgelenkt und durchströmt nunmehr einen äußeren Strömungskanal 96 in einer der ersten Strömungsrichtung SR1 entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung SR2 und verlässt anschließend über Kühlmittelabfuhrleitungen 97 innerhalb der Antriebswelle 70 die Rührwelle 1. Jeweils ein innerer Strömungskanal 94 und ein äußerer Strömungskanal 96 sind dabei auf einem Radiale R des Rührwelle 1 angeordnet, wobei der innere Strömungskanal 94 näher an der Längsachse L der Rührwelle 1 angeordnet ist als der äußere Strömungskanal 96.In the end region of the third sub-section III, a
Auch bei dieser Art der Gegenstromkühlung befinden sich jeweils zwei parallel verlaufende Parallel- Abschnitt 81 und 82 des Kühlkanals 6 auf einer gemeinsamen Radialen R der Rührwelle 1 und werden von dem Kühlmittel K in entgegengesetzten Strömungsrichtungen SR1, SR2 durchströmt. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass das Kühlmittel K jeweils wieder abgeführt wird, nachdem es die Rührwelle 1 einmal in der ersten Strömungsrichtung SR1 und einmal in der zweiten Strömungsrichtung SR2 durchströmt hat. Somit werden alle Parallel- Abschnitte 82 gleich stark gekühlt, während dagegen im Ausführungsbeispiel gemäß
In
Weiterhin sind Ausführungsformen denkbar, bei denen im ersten TeilAbschnitt I der Rührwelle 1 für die Kühlmittelzufuhr ein Ringspalt ausgebildet ist. Von diesem Ringspalt ausgehend verlaufen an eine Mehrzahl von Kühlkanälen in einer ersten Strömungsrichtung SR1 in Richtung des dritten Teil- Abschnitts III. Hier sind dann mehrere Umlenkkanäle ausgebildet, die dann das Kühlmedium im Gegenstrom zur ersten Strömungsrichtung SR1 und im Gegenstrom zur Förderrichtung FR des Mahlgut/Mahlhilfskörpergemisches G in einer zweiten Strömungsrichtung SR2 wieder zurückführen, insbesondere zu einem weiteren Ringspalt, welcher das „verbrauchte“ Kühlmedium gesammelt abführt. So wird erreicht, dass jeder Wellenabschnitt jeweils mit frischem Kühlmittel gekühlt wird.Furthermore, embodiments are conceivable in which an annular gap is formed in the first subsection I of the
Die Ausführungsformen, Beispiele und Varianten der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche oder die folgende Beschreibung und die Figuren, einschließlich ihrer verschiedenen Ansichten oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination verwendet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind für alle Ausführungsformen anwendbar, sofern die Merkmale nicht unvereinbar sind.The embodiments, examples, and variants of the preceding paragraphs, the claims or the following description and the figures, including their various views or respective individual features, may be used independently of one another or in any combination. Features described in connection with one embodiment are applicable to all embodiments, unless the features are incompatible.
Wenn auch im Zusammenhang der Figuren generell von „schematischen“ Darstellungen und Ansichten die Rede ist, so ist damit keineswegs gemeint, dass die Figurendarstellungen und deren Beschreibung hinsichtlich der Offenbarung der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sein sollen. Der Fachmann ist durchaus in der Lage, aus den schematisch und abstrakt gezeichneten Darstellungen genug an Informationen zu entnehmen, die ihm das Verständnis der Erfindung erleichtern, ohne dass er etwa aus den gezeichneten und möglicherweise nicht exakt maßstabsgerechten Größenverhältnissen der Stückgüter und/oder Teilen der Vorrichtung oder anderer gezeichneter Elemente in irgendeiner Weise in seinem Verständnis beeinträchtigt wäre. Die Figuren ermöglichen es dem Fachmann als Leser somit, anhand der konkreter erläuterten Umsetzungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der konkreter erläuterten Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein besseres Verständnis für den in den Ansprüchen sowie im allgemeinen Teil der Beschreibung allgemeiner und/oder abstrakter formulierten Erfindungsgedanken abzuleiten.Although the figures are generally referred to as "schematic" representations and views, this by no means means that the figures and their descriptions are of secondary importance with regard to the disclosure of the invention. A person skilled in the art will be perfectly capable of deriving sufficient information from the schematic and abstractly drawn representations to facilitate their understanding of the invention, without their understanding being impaired in any way by the drawn, and possibly not exactly true-to-scale, size relationships of the piece goods and/or parts of the device or other drawn elements. The figures thus enable the skilled reader, on the basis of the more concretely explained implementations of the method according to the invention and the more concretely explained mode of operation of the device according to the invention, to derive a better understanding of the inventive concept formulated more generally and/or abstractly in the claims and in the general part of the description.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.The invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, it is conceivable to a person skilled in the art that modifications or variations of the invention can be made without departing from the scope of the following claims.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Rührwelleagitator shaft
- 22
- zylindrischer Grundkörpercylindrical base body
- 33
- Rührelementstirring element
- 44
- Nockecam
- 55
- AußenmantelflächeOuter surface
- 6,6*6.6*
- Kühlkanalcooling channel
- 77
- WellenaufnahmeWave recording
- 1212
- erster Innenraumbereichfirst interior area
- 1313
- zweiter Innenraumbereichsecond interior area
- 1515
- DurchtrittsöffnungPassage opening
- 2020
- Verbindungsflächeconnecting surface
- 2121
- stirnseitige Anströmflächefrontal inflow surface
- 3030
- VerschleißschutzhülseWear protection sleeve
- 3232
- zylindrischer Grundkörpercylindrical base body
- 3333
- Hohlzylinderhollow cylinder
- 3434
- ErhebungSurvey
- 3535
- Nockecam
- 3636
- Flanschflange
- 4040
- TrennsiebSeparating sieve
- 4141
- KlassierrotorClassifying rotor
- 5050
- Rührwerkskugelmühleagitator ball mill
- 5151
- MahlbehälterGrinding container
- 5252
- Innenmantelflächeinner surface
- 5353
- Außenzylinderouter cylinder
- 5454
- Innenzylinderinner cylinder
- 5555
- Kühlraumcold room
- 5656
- KühlmitteleingangCoolant inlet
- 5757
- KühlmittelausgangCoolant outlet
- 5858
- MahlbehälterdeckelGrinding container lid
- 5959
- MahlbehälterbodenGrinding container bottom
- 6161
- (erster) Parallel- Abschnitt des Kühlkanals(first) parallel section of the cooling channel
- 6262
- (zweiter) Parallel- Abschnitt des Kühlkanals(second) parallel section of the cooling channel
- 6363
- (dritter) Parallel- Abschnitt des Kühlkanals(third) parallel section of the cooling channel
- 6464
- (vierter) Parallel- Abschnitt des Kühlkanals(fourth) parallel section of the cooling channel
- 6565
- (fünfter) Parallel- Abschnitt des Kühlkanals(fifth) parallel section of the cooling channel
- 6666
- (sechster) Parallel- Abschnitt des Kühlkanals(sixth) parallel section of the cooling channel
- 6767
- (erster) Umlenkbereich des Kühlkanals(first) deflection area of the cooling channel
- 6868
- (zweiter) Umlenkbereich des Kühlkanals(second) deflection area of the cooling channel
- 6969
- (fünfter) Umlenkbereich des Kühlkanals(fifth) deflection area of the cooling channel
- 7070
- Antriebswelledrive shaft
- 7171
- MahlguteinlassGrinding material inlet
- 7272
- ProduktauslassProduct outlet
- 7575
- AufnahmeteilRecording part
- 7676
- Kühlkanalcooling channel
- 8181
- (erster) Parallel- Abschnitt(first) parallel section
- 8282
- (zweiter) Parallel- Abschnitt(second) parallel section
- 8383
- (dritter) Parallel- Abschnitt(third) parallel section
- 8484
- (vierter) Parallel- Abschnitt(fourth) parallel section
- 8585
- (fünfter) Parallel- Abschnitt(fifth) parallel section
- 8686
- (sechster) Parallel- Abschnitt(sixth) parallel section
- 8787
- (siebter) Parallel- Abschnitt(seventh) parallel section
- 8888
- (achter / letzter) Parallel- Abschnitt(eighth / last) parallel section
- 9191
- UmlenkbereichDeflection area
- 9292
- RingspaltAnnular gap
- 9393
- KühlmittelzufuhrleitungCoolant supply line
- 9494
- innerer Strömungskanalinner flow channel
- 9595
- UmlenkbereichDeflection area
- 9696
- äußerer Strömungskanalouter flow channel
- 9797
- KühlmittelabfuhrleitungCoolant discharge line
- d30d30
- Außendurchmesser VerschleißschutzhülseOuter diameter wear protection sleeve
- dIIIdIII
- Innendurchmesser dritter TeilabschnittInner diameter of third section
- DD
- DrehrichtungDirection of rotation
- FR1FR1
- erste Förderrichtungfirst conveying direction
- FR2FR2
- zweite Förderrichtungsecond conveying direction
- GG
- Mahlgut/MahlhilfskörpergemischGrinding material/grinding aid mixture
- hh
- Höhe der NockenHeight of the cams
- II
- erster endständiger Teil- Abschnittfirst terminal sub-section
- IIII
- zweiter mittlerer Teil- Abschnittsecond middle section
- IIIIII
- dritter endständiger Teil- Abschnittthird terminal sub-section
- KK
- Kühlmittelcoolant
- LL
- Längsachse der RührwelleLongitudinal axis of the agitator shaft
- L50L50
- horizontale Achse des Mahlbehälters der Rührwerkskugelmühlehorizontal axis of the grinding container of the agitator ball mill
- MM
- MahlgutGround material
- MSMS
- MahlspaltGrinding gap
- PP
- Produktproduct
- RR
- RadialeRadial
- R1R1
- erste Radialefirst radial
- R2R2
- zweite Radialesecond radial
- R3R3
- dritte Radialethird radial
- R4R4
- vierte Radialefourth radial
- SR1SR1
- erste Strömungsrichtungfirst flow direction
- SR2SR2
- zweite Strömungsrichtungsecond flow direction
Claims (15)
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
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