DE19913243A1 - Mahlvorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen mit schwenkbarem Mahlbehälter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen. Die Vorrichtung umfaßt einen als Mahlraum mit einem geschlossenen Gehäuse 3 ausgebildeten Mahlbehälter 2, der eine Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung eine um eine horizontale Achse x-x umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen 4 bestückten Rotor aufnimmt. Die Welle 6 des Rotors ist gegenüber dem beim Mahlen feststehenden Gehäuse 3 durch wenigstens eine Wellendichtung abgedichtet. Der Behälter weist einen abwechselnd als Einfüll- oder als Entleerungsöffnung vorsehbaren, verschließbaren Durchlaß 5 auf. Die Mahlvorrichtung wird dadurch verbessert, daß sie in einem Gestell 7 in der Weise angeordnet ist, daß sie aus der Horizontallage 8 in eine Vertikallage 9 verschwenkbar ist und umgekehrt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen, umfassend einen als Mahlraum mit einem geschlossenen Ge­ häuse ausgebildeten Mahlbehälter, der eine Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung eine um eine horizontale Achse umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen bestückten Rotor auf­ nimmt, dessen Welle gegenüber dem beim Mahlen feststehenden Gehäuse durch wenigsten eine Wellendichtung abgedichtet ist, wobei der Behälter einen abwech­ selnd als Einfüll- oder als Entleerungsöffnung vorsehbaren, verschließbaren Durchlaß aufweist.

Üblicherweise werden zur Pulver- und Partikelherstellung große Trommelmühlen bzw. horizontale Rotorkugelmühlen oder auch Rührwerkskugelmühlen eingesetzt. Diese Mahlsysteme sind häufig nicht geeignet eine Feinstmahlung von Feststoffen bis in den Nanometerbereich vorzunehmen. Eine Feinstmahlung von Feststoffen bis in den Nanometerbereich ist beispielsweise erforderlich zur Herstellung von Dauermagneten sowie zur Herstellung von mechanischen Legierungen, die auf andere Weise schwer herstellbar sind. Die Feinstmahlung von Feststoffen ist auch erforderlich bei einer Herstellung von feinsten Partikeln, sogenannten "Flakes" im Bereich der Pigmentherstellung für die Automobillack- und Computerindustrie.

Feinstmahlvorrichtungen bekannter Bauart weisen beispielsweise eine stehende Bauweise auf, wobei Mahlbehälter und Rotor mit vertikaler Achse angeordnet sind. Die vertikalen Mahlsysteme werden vorzugsweise bei der Zerkleinerung von Feststoffen im Naßmahlverfahren eingesetzt. Da bei diesem System aber immer die kinetische Energieeintragsrichtung im rechten Winkel zur Gravitation liegt, wirkt sich letztere ungünstig aus. Die Verteilung der Mahlkörper, die eine relativ große Eigenmasse aufweisen, unterliegt zusätzlich der Gravitation und weist da­ her im Prozeß immer eine vom Behälterboden nach oben abnehmende kinetische Dichte auf, was sich direkt auf die Bearbeitung bzw. auf das Ergebnis der Feinst­ mahlung des Produktes auswirkt. Besonders nachteilig ist die Auswirkung der Nichtbeachtung der Gravitation auf die Feststoffanteile beim Naßmahlen und auf das Pulver beim Trockenmahlen, da diese Partikel über eine weit geringere Ei­ genmasse verfügen. Die daraus resultierende unterschiedliche kinetische Dichte im Mahlraum bewirkt eine weit höhere kinetische Energieübertra­ gung/Partikelmenge im oberen Mahlraumbereich, als im unteren Mahlraumbe­ reich. Das wirkt sich natürlich nachteilig auf das Produkt, insbesondere auf die Homogenität des Produktes aus.

Bei Mahlverfahren nach dem horizontalen Mahlprinzip tritt die Problematik der Gravitationseinwirkung nicht auf.

Die auf den Anmelder zurückgehende deutsche Offenlegungsschrift DE 43 07 083 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Feinstmahlung von Feststoffen nach dem Hori­ zontalprinzip. Diese Mahlvorrichtung umfaßt einen als Mahlraum ausgebildeten Behälter mit einer Füllung von losen Mahlkörpern und einem relativ zu diesem um eine Welle mit horizontale Achse umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen bestückten Rotor zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung innerhalb der Mahlkörperfüllung, und mit einer die Welle mit ihrer Lagerung gegenüber dem Mahlraum abdichtenden Wellendichtung. Der Vorteil dieser horizontal angeord­ neten Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen liegt in der kompakten Bauweise und der Möglichkeit des hohen Energieeintrags in den Mahlbehälter bis dicht unterhalb der kritischen Mahlkörperbewegung. Als kritische Mahlkörperbewegung wird der Zustand bezeichnet, bei welchen die Mahlkörper im Mahlbehälter als Kollektiv unter Einwirkung von Zentrifugalkräften umgewälzt wer­ den und die Individualbewegungen zwischen den einzelnen Mahlkörpern praktisch zum Erliegen kommen.

Die weitere auf den Anmelder rückgehende deutsche Offenlegungsschrift 196 35 500.1 schlägt ebenfalls eine Vorrichtung zur Feinstmahlung von Feststoffen nach dem Horizontalprinzip vor. Der Mahlbehälter dieser Mahlvorrichtung weist zusätz­ lich zur Einfüll- oder Entleerungsöffnung weitere Eintrittsstutzen und Austrittsstut­ zen für das Mahlgut auf, die im axialen Abstand zueinander am Mahlbehälter nach oben weisend und relativ zum äußeren Drehkreis des Rotor tangential angeordnet sind. An diese Stutzen sind Leitungen eines einen Mahlkreislauf ausbildenden Zerkleinerungssystems angeschlossen, umfassend einen Gas-Umlaufsichter mit Mitteln zum Sichten und zum Abscheiden bzw. Austragen von Feinst- und Fertig­ mahlgut und Rückführung eines Teilmahlguts zurück in den Mahlbehälter. Mit die­ ser Mahlvorrichtung können möglichst flache Partikel beispielsweise für die Lack­ industrie für die Konzipierung neuer Pigmente für Autolacke erhalten werden. Auch können infolge der sehr hohen Mahlkinetik neue Partikel für die Herstellung mechanischer Legierungen hergestellt werden.

Die zuvor bezeichneten Mahlvorrichtungen des Anmelders haben sich in der Pra­ xis außerordentlich gut bewährt. Es ist allerdings in Einzelfällen festgestellt wor­ den, daß die hohe Energieeintragung bzw. die hohe Mahlkinetik sich hin und wie­ der nachteilig dann auswirken kann, wenn sensible Werkstoffe eine spezielle und extrem homogene Partikelgeometrie und Größenverteilung aufweisen sollen. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich die Zielsetzung der neuen Erfindung.

Die Aufgabe zur Weiterentwicklung der zuvor beschriebenen Mahlvorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen ist daher die realisierbare Trocken- und Naßvermahlung sowie der horizontale und vertikale Betrieb des Zer­ kleinerungssystems.

Die Aufgabe wird bei der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in der Weise gelöst, daß die Mahlvorrichtung in einem Gestell derart angeordnet ist, daß diese aus der Horizontallage in eine Vertikallage verschwenkbar ist und um­ gekehrt. Mit der neuen Mahlvorrichtung wird es möglich, daß sowohl im Trocken- als auch im Naßmahlverfahren die Feststoffe zerkleinert werden können und daß jeweils nach dem horizontalen oder vertikalen Prinzip gearbeitet werden kann. Hieraus ergibt sich also ein Aufbereitungssystem zur Zerkleinerung, Intensiv­ mischung, Dispergierung sowie zum mechanischen Legieren, Hochenergiemahlen und Reaktivmahlen im Naß- und Trockenbetrieb in ein und derselben Vorrichtung. Die Eintragsengerie in den Mahlbehälter kann extrem genau gesteuert werden, so daß insbesondere sensible Werkstoffe die eine spezielle und homogene Partikel­ geometrie und Größenverteilung aufweisen sollen mit exzellenten Ergebnissen zerkleinert werden können. Die bei den bisherigen Mahlverfahren beispielsweise mit Rührwerkskugelmühlen befürchteten negativen Langzeiteinflüsse auf das Mahlprodukt insbesondere im Bereich der Pigmentherstellung werden nachhaltig vermieden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Mahlvorrichtung aus der Vertikallage in zwei entgegengesetzte Winkellagen verschwenkbar ist. Hierzu ist besonders vorteilhaft, daß mittels einer Steuervorrichtung eine pendelnde, vor­ zugsweise zyklische Verschwenkung der Mahlvorrichtung in Winkellagen vor­ zugsweise zwischen 45° und 135° während des Betriebes einstellbar ist. Mit die­ sen Maßnahmen können hoch sensible Metallflakes wie zum Beispiel Platin, Sil­ ber oder Tantal wesentlich günstiger hergestellt werden, da ein Absinken im Mahl­ behälter wie im herkömmlichen vertikalen Prozeß verhindert werden kann.

In besonderer Ausgestaltung der Mahlvorrichtung ist vorgesehen, daß diese in der Vertikallage in einen Vorrichtungsteil, im wesentlichen bestehend aus Rotor und Agitator-Elementen und in einem weiteren Vorrichtungsteil im wesentlichen beste­ hend aus dem Mahlbehälter mit den Mahlkörpern demontierbar ist, wobei der ab­ gekoppelte Mahlbehälter im Gestell motorisch absenkbar oder anhebbar ist. Mit diesen Maßnahmen kann die Mahlvorrichtung im vertikalen Betriebsmodus auto­ matisch komplett geöffnet werden. Das hat wesentliche Vorteile insbesondere zur Reinigung bei Produktwechsel aber auch beim Beschicken, wenn eine kontrollierte Atmosphäre nicht erforderlich ist.

Weitere Vorteile bieten sich auch bei Wartungsarbeiten, wie zum Beispiel beim Behälter- und/oder Rotorwechsel. Wichtig ist hier, daß in der oberen Vertikalstel­ lung mit Hilfe eines horizontal drehbaren Feststellarmes die gesamte Mahlvor­ richtung an dem Hauptlager fixiert werden kann. Zu diesem Zweck ist am Gestell der Mahlvorrichtung eine Arrertiereinrichtung beispielsweise ein horizontal drehba­ rer Arrertierbügel angeordnet, der zumindest den Rotor und die Agitator-Elemente durch Fixierung am Hauptlager in dem Gestell höhenmäßig festlegt.

Zur weiteren Vereinfachung der Demontierbarkeit von Mahlbehälter und Rotor ist vorgesehen, daß der Deckel des Mahlbehälters durch eine am Gestell gestützte elastische Dichtung mit dem Mahlgehäuse verbindbar ist. Auf diese Weise kann die bisher vorgenommene Schraubverbindung Behälter/Deckel im Vertikalbetrieb entfallen.

Ist also der Rotor mit Agitatorelementen am Hauptlager fixiert und im Gestell fest­ gelegt, ferner die Verbindung von Deckel und Behälter gelöst und der Behälter im Gestell nach unten gefahren worden, ergibt sich eine hervorragende Möglichkeit zur Reinigung und zum Service der gesamten Mahlvorrichtung.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung zeigen die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand von schematisierten Zeichnungen näher erläutert, de­ nen weitere Vorteile der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:

Fig. 1 die Mahlvorrichtung in horizontaler Anordnung in einem Gestell, in den drei Blickrichtungen a, b, c;

Fig. 2 die Mahlvorrichtung in Schnittdarstellung, in horizontaler Anord­ nung a sowie vertikaler Stellung b, c, d;

Fig. 3 die Mahlvorrichtung in horizontaler Anordnung im Gestell (Blick­ richtung a und d) sowie in jeweils um 45° verschwenkter Stellung gegenüber der Vertikalen (Blickrichtung b und c);

Fig. 4 die Mahlvorrichtung in vertikaler Anordnung im Gestell in den drei Blickrichtungen a, b, c;

Fig. 5 die demontierte Mahlvorrichtung in vertikaler Anordnung im Ge­ stell in den drei Blickrichtungen a, b, c;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Mahlbehälters im Schnitt mit Hauptantrieb, in den Blickrichtungen a, b, und in den Ansichten c, d;

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Rotors mit Agitator-Elementen als Rotorarme a, b, bzw. als Rotorstifte c, d, e.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen in den drei Blickrichtungen a, b, c zu sehen, wobei der Mahlbehälter 2 und der Hauptantrieb 23 im Gestell 7 horizontal angeordnet sind. Das Gestell 7 weist in herkömmlicher Weise eine Bodenplatte 20 auf, auf der die Steuereinrichtungen 21 sowie der Tragrahmen 22 für den Mahlbehälter 2 und dessen Hauptantrieb 23 angeordnet sind.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß die Mahlvorrichtung 1 im Gestell 7 von einer horizonta­ len Anordnung 8 (Fig. 2a) in eine vertikale Anordnung 9 (Fig. 2b bis 2d) ver­ schwenkt worden ist. Zum Zwecke der Verschwenkung ist am Mahlbehälter 2 et­ wa in dessen Schwerpunktslage 13 eine Horizontalwelle 13 angeordnet, deren Zapfen in nicht näher dargestellten Lagereinbaustücken 25 gehalten sind, wobei diese Lagereinbaustücke in dem Tragrahmen 22 in Führungen 24 anhebbar und absenkbar sind. Hierzu stehen die Lagereinbaustücke 25 beispielsweise mit einem motorisch betriebenen Kettentrieb 26 in Verbindung.

In Fig. 3 ist zu sehen, daß die Mahlvorrichtung 1 aus der horizontalen Anordnung 8 im Gestell 7 (Fig. 3a) in eine verschwenkte Stellung 10, 11 gesteuert wurde, die jeweils um 45° um eine Vertikalachse als Endstellung positioniert ist. Zwi­ schen diesen beiden Endstellungen ist mittels einer Steuervorrichtung 21 eine zy­ klisch pendelnde Bewegung der Mahlvorrichtung 1 in Winkellagen vorzugsweise zwischen 45° und 135° während des Betriebes einstellbar. Die Verschwenkung der Mahlvorrichtung erfolgt um die Horizontalwelle 12 (Fig. 3b und 3c).

Fig. 4 zeigt in drei Blickrichtungen die vertikale Anordnung 9 der Mahlvorrichtung 1 in dem Gestell 7. Die Vertikalvorrichtung ist bevorzugt für die Naßvermahlung von Feststoffen geeignet. In Fig. 4c ist der horizontal drehbare Arretierbügel 15 zu sehen, der das Hauptlager 16 der Mahlvorrichtung 1 festlegen soll, wenn die Mahlvorrichtung in der vertikalen Anordnung 9 demontiert werden soll.

Fig. 5 zeigt in drei Darstellungen die im Gestell 7 demontierte Mahlvorrichtung. In Fig. 5a und 5b ist in einer Seitenansicht bzw. Vorderansicht der demontierte Betriebsmodus zu sehen, wobei der Rotor 14 mit den Agitator-Elementen 4 und dem Hauptantrieb 23 in einer oberen Position im Tragrahmen 22 gehalten sind. Fig. 5c zeigt, daß hierzu der Arretierbügel 15 auf das Hauptlager 16 zu ver­ schwenkt ist und dieses umgreifend in dieser Position festlegt. In Fig. 5d ist zu sehen, daß das Mahlgehäuse 3 abgesenkt ist und auf einer verfahrbaren Palette 26 steht. Zum Zweck der Demontage wurde das Mahlgehäuse 3 von dem Mahlbe­ hälter 2 in der einfachsten Weise dadurch gelöst, daß eine Klemmeinrichtung am Behälter/Deckel gelöst wird und eine rahmengestützte elastische Dichtung geöff­ net wird.

In Fig. 6c und 6d ist der geschlossene Mahlbehälter 2 dargestellt mit dem Hauptantrieb 23. Am Außenumfang ist die Einfüll- oder Ausfüllöffnung 5 mit dem entsprechenden Deckel zu sehen, in die abwechselnd das Mahlgut eingefüllt bzw. die pigmentartig aufgemahlenen Feinststoffe abgefüllt werden. In Fig. 6a und 6b ist im Schnitt der Mahlbehälters 2 zu sehen mit den auf dem Rotor 14 angeordne­ ten Agitator-Elementen 4 die als Rotorarme ausgebildet sind.

In Fig. 7a und 7b sind Rotor 14 und Agitator-Elemente 4 sowie die Rotorarme vergrößert dargestellt. Die Fig. 7c bis 7e zeigen den Rotor 14 mit stabförmi­ gen Agitator-Elementen und es ist zu sehen, daß Rotor und Agitator-Elemente von der Abtriebswelle 19 des Hauptmotors 23 in einfacher Weise durch eine Schraub­ verbindung 27 gelöst werden können.

Mit der beschriebenen Mahlvorrichtung ist eine universale Maschine geschaffen, mit der Möglichkeit, den Mahlraum während des Mahlprozesses aus der horizon­ talen in eine vertikale Position zu schwenken und umgekehrt. Das Verschwenken der Mahlvorrichtung um die vertikale Achse kann zyklisch erfolgen und die Ma­ schine kann im vertikalen Betriebsmodus automatisch komplett geöffnet und ge­ wartet werden. Insoweit erfüllt die beschriebene Vorrichtung in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Hochenergie- und/oder Feinstmahlung von Feststoffen, umfassend eine als Mahlraum mit einem geschlossenen Gehäuse (3) aus­ gebildeten Mahlbehälter (2), der eine Charge schüttfähiger Mahlkörper und zur Induzierung einer intensiven Mahlkörperbewegung eine um eine hori­ zontale Achse (x-x) umlaufend antreibbaren, mit Agitator-Elementen (4) be­ stückten Rotor (14) aufnimmt, dessen Welle (6) gegenüber dem beim Mahlen feststehenden Gehäuse (3) durch wenigstens eine Wellendichtung abgedichtet ist, wobei der Behälter (2) einen abwechselnd als Einfüll- oder als Entleerungsöffnung vorsehbaren, verschließbaren Durchlaß (5) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlvorrichtung (1) in einem Gestell (7) derart angeordnet ist, daß diese aus der Horizontallage (8) in eine Vertikallage (9) verschwenkbar ist und umgekehrt (Fig. 1 und Fig. 2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlvorrichtung (1) aus der Vertikallage (9) in zwei entgegenge­ setzte Winkellagen verschwenkbar ist (Fig. 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Steuervorrichtung eine pendelnde, vorzugsweise zyklische Verschwenkung der Mahlvorrichtung (1) in die Winkellagen (10, 11), vor­ zugsweise zwischen 45° und 135° während des Betriebes einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbewegung der Mahlvorrichtung (1) in dem Gestell (7) um eine am Mahlbehälter (2) angeordnete Horizontalwelle (12) erfolgt, die etwa im Schwerpunkt (13) der Mahlvorrichtung (1) angeordnet ist (Fig. 3d).

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbewegung während des Betriebes der Mahlvorrichtung (1) in Abhängigkeit von Eigenschaften des Mahlgutes motorisch veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlvorrichtung (1) in dem Gestell (7) höhenverstellbar angeordnet ist (Fig. 4).

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlvorrichtung (1) in der Vertikallage (9) in einen Vorrichtungsteil, im wesentlichen bestehend aus Rotor (14) und Agitator-Elementen (4) und in einen weiteren Vorrichtungsteil, im wesentlichen bestehend aus dem Mahlbehälter (2) und Mahlkörpern demontierbar ist, wobei der abgekop­ pelte Mahlbehälter (2) im Gestell (7) motorisch absenkbar oder anhebbar ist (Fig. 5).

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Gestell (7) zum Zweck der Demontierbarkeit der Mahlvorrichtung (1) eine Arretiereinrichtung beispielsweise ein horizontal drehbarer Arretier­ bügel (15) angeordnet ist, der zumindest den Rotor (14) und die Agitator- Elemente (4) durch Fixierung am Hauptlager (16) des Antriebsmotors (23) in dem Gestell (7) höhenmäßig festlegt (Fig. 5c).

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlbehälter (2) gegebenenfalls mit den Mahlkörpern in der abge­ senkten Position (17) um die Horizontalwelle (12) schwenkbar ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) des Mahlbehälters (2) durch eine am Gestell (7) ge­ stützte, elastische Dichtung mit dem Mahlgehäuse (3) verbindbar ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der demontierten Lage von Rotor (14) und Agitator-Elementen (4) im Gestell (7) diese mit der Motorabtriebswelle (19) der Mahlvorrichtung aus­ tauschbar verbindbar sind (Fig. 7).