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Verfahren und Vorrichtung zum Feinmahlen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Feinmahlen eines aus in flüssigen Dispersionsmitteln verteilten
Stoffen oder Stoffgemischen bestehenden Mahlgutes mittels abgerundeter Mahlkörper,
denen Bewegungsimpulse in waagerecht übereinanderliegenden Kreisbahnen erteilt werden.
Sie besteht darin, daß in einem aus dem Mahlgut und einander gleichen kugelförmigen
Mahlkörpern gebildeten stehenden zylindrischen Haufwerk auf einzelne Mahlkörper
Schläge ausgeübt werden, die sie als elastischen Stoß auf andere Mahlkörper nach
verschiedenen Richtungen des Raumes weitergeben.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Ausüben
dieses Verfahrens, bestehend aus einem zylindrischen Behälter zur Aufnahme von Mahlgut
und abgerundeten Mahlkörpern mit um eine lotrechte Achse umlaufendem Rührwerk mit
Armen. Erfindungsgemäß bestehen die Mahlkörper aus einander gleichen Kugeln.
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Aus der mathematischen Ableitung über die dichteste Kugelpackung,
wie sie in einer Schüttung gleich großer Kugeln vorliegt, geht hervor, daß eine
Kugel höchstens von zwölf gleich großen Kugeln berührt werden kann. Erhält nun eine
Kugel einen Schlag, also kinetische Energie zugeführt, so wird sie »kinetisch aktiviert«,
d. h., sie wird sich in regelloser Bewegung befinden und die ihr erteilte Energie,
da es sich um einen elastischen Stoß handelt, auf die sie berührenden Kugeln im
Raum weitergeben. Das Spiel wiederholt sich von Kugel zu Kugel, und so entsteht
eine Zufallsverteilung in der Bewegung der Kugeln je nach der Anzahl der Kugeln,
welche die eine Kugel berühren. Wie nach den Vorstellungen der kinetischen Gastheorie
sich die Moleküle regellos durch den Raum bewegen, so bewegen sich beim Verfahren
nach der Erfindung die Mahlkugeln im Behälter, die zwischen ihnen im flüssigen Dispersionsmittel
suspendierten Festkörper dabei zerkleinernd, abscherend und durch diese Arbeit an
Energie verlierend.
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Der elastische Stoß kann sich in der Schüttung der Kugeln nur dann
gleichmäßig fortsetzen, wenn die einzelnen Kugeln einander gleich sind. Wäre die
Masse einiger Kugeln größer, so kommt die Bewegung nach einiger Zeit zum Stillstand.
Ist die Masse einiger Kugeln kleiner, so nimmt die Geschwindigkeit zu, und dank
der Zentrifugalwirkung würden sich bei einer kreisenden Bewegung die Kugeln an der
Gefäßwand sammeln und diese abscheuern, statt die zu zerteilende Suspension zu bearbeiten.
Es ist daher erfindungswesentlich, gleiche, kugelige Mahlkörper zu verwenden: beim
Zusammenprall zweier Kugeln wird das dazwischen befindliche Mahlgut zerkleinert.
Der Zerkleinerungsgrad ist im wesentlichen von dem erzielbaren spezifischen Flächendruck
zwischen den beiden Kugeln abhängig, d. h., außer der zur Verfügung stehenden etwa
gleich großen kinetischen Energie müssen auch, um den gleichmäßigen Zerteilungsgrad
zu erhalten, die Berührungsflächen zwischen den zusammenprallenden Kugeln nahezu
gleich groß sein.
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Es ist ohne weiteres erkennbar, daß die Berührungsflächen nur bei
gleichen Kugeln gleich groß sind.
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Im Gegensatz zu dem idealen Bewegungsbild, bei dem eine Charge Kugeln
mit gleichem Durchmesser eine ausgesprochene Bewegungselastizität zeigt, die durch
die gleichmäßige »Aktivierung« und die hieraus resultierende Geschwindigkeit und
Masse begründet ist, wird das Bild bei Elementen ungleicher Größe systemlos. Die
Strömungsbewegung in einem Gefäß, welches mit gleichen Elementen gefüllt ist, braucht
nur schwach dynamisch zu sein, sie kann fast an das Statische grenzen, wodurch es
möglich ist, beinahe einen Gleichgewichtszustand zwischen zentrifugalen und zentripetalen
Kräften zu erreichen.
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So ist die erfindungsgemäß erzielbare hohe Mahlwirkung zu erklären.
Der Zerkleinerungsvorgang wird sich nach Erreichen eines bestimmten Feinheitsgrades
nahezu gleichmäßig von selbst begrenzen und die noch freie kinetische Energie nach
dem Zertrümmern des Überkorns zum Teil in Geschwindigkeit umsetzen.
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Beim neuen Verfahren macht es keinen Unterschied aus, ob die Viskosität
des Systems niedrig oder
hoch ist. Auch spielen Unterschiede der
spezifischen Gewichte keine Rolle, z. B. ist es belanglos, ob das spezifische Gewicht
des suspendierten Schlamms das gleiche ist wie das der bewegten Kugeln, oder ob
es niedriger oder höher ist.
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Es ist an sich bekannt; Gut in Behältern mittels Mahlkörpern zu zerkleinern
und zu vermahlen; die derart in Bewegung versetzt werden, daß sie unter dem Einfluß
der Schwere die Vermahlungs- und Zerkleinerungsarbeit ausführen. Ein Beispiel hierfür
ist eine Kugel- oder Rohrmühle, in der ein Gemisch von Gut und Mahlkörpern in einem
gewissen Ausmaß emporgehoben wird; wonach die Mahlkörper fallen und dabei das Gut
zerkleinern.
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Ferner ist es bekannt, eine Relativbewegung von Mahlkörpern und Gut
durch Vibrieren ihres Behälters hervorzurufen, wie es beispielsweise bei den sogenannten
Vibrations- oder Schwingmühlen der Fall ist. Die genannten Mahleinrichtungen haben
den Nachteil, daß kleine Mahlkörper nicht benutzt werden können, weil sie unter
dem Einfluß der Schwere allein keine genügende Schlagwirkung ausüben, um das Gut
in wirksamer Weise zu zerkleinern.
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Es ist ferner bekannt, eine relative Drehbewegung zwischen einem im
Behälter befindlichen Rührer und dem Behälter dadurch zu schaffen, daß die Drehbewegung
des Rührers einerseits das zu vermahlende Gut und die Mahlkörper unter der Wirkung
der Fliehkraft in einer Schicht längs der Behälterwand sammelt und andererseits
die Mahlkörper gegeneinander zu verschieben zwingt. Derartige Fliehkraftwühlen haben
den Nachteil, daß die Behälterwand in kurzer Zeit abgescheuert wird.
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Man wird mit Vorteil einen feststehenden Mahlbehälter verwenden, der
mit einem Doppelmantel ausgerüstet ist und die Mahlkugelfüllung enthält. In diesem
zylindrischen Mahlbehälter bewegt sich der Rührarm, der durch ein Getriebe, welches
auf dem Maschinenrahmen montiert sein kann, in Bewegung gesetzt wird. Der zweckmäßig
benutzte Doppelmantel ermöglicht die Kühlung oder Erhitzung mittels Kalt-oder Heißwassers.
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Der Rührbehälter kann in Rollen geführt und auf einer Laufschiene
nach Lösen der Rührflügelkupplung zweckmäßig nach vorn ausgefahren werden. Außerdem
kann man ein Pumpsystem vorsehen, welches die Möglichkeit gibt, während des Mahlvorgangs
zusätzlich zur eigenen Bewegung des Mahlgutes noch eine vertikale Umsetzung vorzunehmen.
Auch kann man so reit Hilfe der Pumpe das Mahlgefäß entleeren oder beschicken.
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Um große Feinheiten zu erzielen, verwendet man bisher schon die verschiedenartigsten
Mühlen, wobei jedoch bei allen Mühlentypen grundsätzlich davon ausgegangen werden
muß, daß die Mahlleistung und der Wirkungsgrad bei Erreichung von Feinheiten unter
1,u wesentlich sinken. Außerdem liegt bei Kugelmühlen die Kornverteilung sehr ungünstig,
da das Endprodukt immer noch einen großen Anteil an Grobkorn, aber auch, einen schon
verhältnismäßig großen Anteil an Feinstkom, d. h. an übermahlenen Teilchen, enthält.
Dies ist bedingt durch die Länge der Mahldauer, die bei den Kugelmühlen sehr hohe
Werte erreichen kann, Es ist nur ein Teil der gesamten Maschine in Bewegung zu setzen,
und zwar die Rührarme, die durch ihre zweckmäßig runde Form außerdem einen geringen
Widerstand besitzen. Die Laufzeit der neuen Einrichtung, vergleichsweise bezogen
auf die Arbeitsweise in Kugelmühlen, beträgt ein Zehntel der bisherigen Kugelmühlenlaufzeit
bei einer Konsistenz, wie sie bisher auch in den Kugelmühlen üblich war.
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Was den Verschleiß anbelangt, so ist zu bemerken, daß der Behälter
selbst praktisch nicht verschleißt, weil die Bewegung der Mahlkörper im wesentlichen
innerhalb des Behälters und nicht an der Behälterwand vor sich geht.
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In gleicher Weise verläuft die relative Bewegung der Mahlkugeln, die
noch dicht an der Rührwelle stehen. Hier laufen die Mahlkugeln fast synchron mit
der Rührwelle selbst um, so daß auch die Rührwelle an sich kaum angegriffen wird.
Das Maximum der Bewegung der Mahlkörper und des Mahlgutes liegt ungefähr bei zwei
Dritteln. der Entfernung von Mitte Rührwelle zur Außenkante Behälter.
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Ein weiterer dem Verschleiß ausgesetzter Bestandteil ist die Kugelfüllung.
Die bisher festgestellten Verschleißwerte liegen ungefähr bei 10 bis 15010
des Mahlkörpergewichtes pro Jahr. Dies ist ein äußerst geringer Verschleiß, der
zeigt, daß sich die hohe Leistung der neuen Vorrichtung aus der intensiven Berührung
der Mahlteilchen und der Mahlkörper ergibt.
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Verunreinigungen des Mahlgutes während' der Verarbeitung können nur
von den Rührwerksflügeln, von der Behälterwandung und von den Mahlkugeln herrühren.
Die Gesamtmenge ist, bezogen auf die Mahlgutcharge, so gering, daß sie praktisch
vernachlässigt werden kann.
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Was die Masse der Mahlkörper anbelangt, so kann ganz allgemein gesagt
werden, daß die Mahlwirkung um so größer ist, je kleiner die Mahlkörper sind. Die
untere Grenze liegt bei in der Praxis erprobten Werten. Im allgemeinen liegen die
Mahlkugeln zwischen 4 und 14 mm Durchmesser.
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Die Drehzahl des Rührsystems liegt im allgemeinen zwischen 60 und
100 UpM, doch können diese Werte, wie die Erfahrung gezeigt hat, auch auf etwa 450
UpM gesteigert werden. Die optimale Geschwindigkeit wird durch Viskosität und Temperaturempfindlichkeit
des Mahlgutes bestimmt.
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Was die Mahldauer anbelangt, so wird der gleiche Vermahlungsgrad bei
jedoch größerem Feinkornanteil in einem Neuntel bis einem Zehntel der Zeit bewältigt,
die bisher in Kugelmühlen üblich war.
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Zur Mahlgutmenge sei bemerkt, daß es vorteilhaft ist, über der Mahlkugelfüllung
eine ungefähr 50 bis 60 mm hohe Mahlgutschicht stehenzulassen, da während des Mahlprozesses
die Kugelfüllung etwas angehoben wird. Die Mahlkugelmenge reicht üblicherweise bis
zum oberen Rührarm.
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Die Hauptvorteile des neuen Mahlverfahrens sind daher, kurz zusammengefaßt,
geringer Kraftverbrauch, feinste Dispergierung, hohe Mahlleistung, große Mahlfeinheit,
optimale Homogenität des Zerteilungsgrades und kurze Arbeitszeit.
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Beispiel Ultramarinblau-Pigment, das nach der ursprünglichen Behandlung
Teilchen bis zu 60 li. enthält, soll zu Teilchen von im wesentlichen 4,u. oder darunter
zerkleinert werden. Die Zerkleinerung in Form eines wäßrigen Schlammes erfordert
bei Verwendung üblicher Kugelmühlen 24 bis 48 Stunden. Die gleiche oder eine bessere
Wirkung kann gemäß der Erfindung in 2 bis 4 Stunden erreicht werden. Es kann
z.
B. eine etwa 5201 fassende Mühle verwendet werden, deren Behälter einen Durchmesser
von etwa 90 cm und eine Höhe von etwa 103 cm hat. Sie ist mit einem Rührwerk ausgerüstet,
bei welchem die acht oberen Arme eine Länge von je etwa 37 cm haben. Dabei ergibt
sich ein Wandabstand von etwa 76 mm am Ende jedes Armes.. Der Behälter enthält etwa
400 kg besonders bearbeitete keramische Kugeln von etwa 8 mm Durchmesser. Diese
eignen sich für eine Drehzahl des Rührwerkes von 80 UpM. Für höhere Drehzahlen werden
kleinere keramische Kugeln verwendet, und die erforderliche Zeit wird herabgesetzt.
Ein 50o/oiger Schlamm des Ultramarins wird mit Wasser hergestellt, das 1% Ammoniak
und 0,5 bis 2'°/o, eines Dispergiermittels, z. B. eines Naphthalinsulfonsäurederivates,
enthält. Etwa 3001 eines solchen Schlammes werden in der Mühle feingemahlen und
auf die gewünschte Teilchengröße zerkleinert.
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Das feingemahlene Ultramarin kann auf irgendeine übliche Weise von
der Flüssigkeit getrennt werden.