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EP4460399A1 - Rührwerkskugelmühle mit externer mahlkörperabtrennung - Google Patents

Rührwerkskugelmühle mit externer mahlkörperabtrennung

Info

Publication number
EP4460399A1
EP4460399A1 EP24710451.6A EP24710451A EP4460399A1 EP 4460399 A1 EP4460399 A1 EP 4460399A1 EP 24710451 A EP24710451 A EP 24710451A EP 4460399 A1 EP4460399 A1 EP 4460399A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
grinding media
return channel
agitator
ball mill
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24710451.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Philipp Sturm
Eduard Nater
Wendelin Kneisl
Philipp Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Publication of EP4460399A1 publication Critical patent/EP4460399A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B02C17/161—Arrangements for separating milling media and ground material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/183—Feeding or discharging devices
    • B02C17/1835—Discharging devices combined with sorting or separating of material

Definitions

  • the present invention relates to a stirred ball mill provided with grinding bodies, in particular the separation of the grinding bodies from the material to be ground.
  • Agitator ball mills have a wide range of applications for grinding and dispersing solids in liquids. They are used, for example, in the production of adhesives, coatings, printing inks, cosmetics, pharmaceuticals or also for the production of raw materials (particularly silicon) for battery pastes.
  • the usually cylindrical process or dispersion zone hereinafter also generally referred to as the grinding chamber, is formed in a grinding container and is delimited by an inner grinding chamber wall.
  • An agitator shaft which can rotate about its axis extends through this grinding chamber along its central longitudinal axis and to which several grinding elements, in particular grinding disks or grinding pins, are attached.
  • the grinding material is introduced into the grinding chamber by a grinding material feed and is ground by the rotation of the grinding elements, usually under the effect of grinding bodies or auxiliary grinding bodies, such as ceramic balls, arranged in the grinding chamber, and is removed from the grinding chamber after processing by a grinding material discharge.
  • Stirred ball mills are known, for example, from EP 1 992412 Bl or EP 2 178 642 Bl.
  • Agitator ball mills are available in different designs, for example as a full-space mill with grinding disks on the agitator or as an annular gap high-performance mill with grinding elements on the rotor and stator.
  • a high-performance mill with a power input of more than 2 kW / liter of grinding chamber volume is recommended.
  • the pumping effect can be integrated in the grinding chamber and generated by pressure-building elements mounted on the rotor shaft, possibly in interaction with static elements attached to the grinding container.
  • Pressure-building rotating elements are, for example, conveying grinding disks, a conveyor screw, a centrifugal pump wheel or a side channel pump wheel, whereby the geometry of the static grinding container can act as a pump housing or conveyor trough.
  • Fig. 1 shows an example of a stirred ball mill with grinding disks 17, which are arranged on a stirring shaft 11 in a grinding chamber 100.
  • the stirring shaft 11 is set in rotation by a motor 110 via a belt drive 120.
  • Fig. 1 also shows a bearing 130 for the stirring shaft 11, as well as a seal 140 for sealing the grinding chamber 100.
  • the material to be ground is introduced into the grinding chamber 100 through the feed 13, and the product is removed from the grinding chamber after processing through the discharge 15.
  • the product flow direction within the grinding chamber 100 is indicated by the arrow 19'.
  • the grinding media can be separated by a dynamic separation gap or a sieve body, for example a central sieve or a plug-in sieve, which is arranged at the product outlet of the process zone, i.e. within the grinding chamber.
  • a deflector basket 31 is provided as part of the rotor, which rotates around the sieve 32 in order to throw the grinding media and the coarse grain, i.e. unwanted particles or still unground grinding material, away from the sieve surface.
  • the deflector basket 31 is preferably made of steel and is therefore relatively heavy. Since the rotor is usually only mounted on one side, i.e.
  • the basket 31 is placed in an unfavorable position in horizontally arranged rotors, as shown in Fig. 1, namely at the very other end of the shaft.
  • a vertical rotor arrangement no deflection of the shaft is to be expected, but even in this case the design of the deflector basket is relatively complex and costly.
  • the grinding media separation is also difficult to access for cleaning. Emptying and opening the process zone is unavoidable.
  • a grinding material/grinding media discharge line leads from the agitator mill to a grinding material/grinding media separation device 24 arranged separately from the agitator mill with a Cylindrical sieve as a grinding media retention device.
  • a grinding media separation is subject to mechanical wear from the grinding media and, in addition to the additional space required, the entire process zone must be emptied during maintenance work, caused for example by a clogged or dirty sieve on the grinding media separation.
  • high product throughputs or high product viscosities in particular lead to a concentration of the grinding media in front of the grinding media separation and the grinding media can sometimes no longer be kept away from the separation system, for example the sieve or a friction gap. This can lead to high product temperatures, high pressure in the process zone, increased wear on the grinding media, rotor and stator of the mill, and sometimes even to clogging of the grinding media separation. This results in an interruption in production.
  • the grinding media separation can therefore limit the product throughput or even bring an entire process to a standstill.
  • classic grinding media separation often results in clogging, i.e. blockages or blockages, due to dead-end filtration.
  • the invention provides in particular a stirred ball mill with external grinding media return, in which the grinding media separation is carried out by a tangential flow separation by means of a sieve body arranged in a grinding media return channel.
  • the circulation of the material to be ground through the grinding media return channel is supported by a pump device.
  • an agitator ball mill with external grinding media separation has a grinding container with a grinding chamber, a product inlet for introducing grinding material into the grinding chamber, an agitator with grinding elements arranged rotatably in the grinding chamber and a plurality of grinding media arranged in the grinding chamber.
  • a grinding media return channel is also provided with an inlet through which the grinding media-grinding material mixture arranged in the grinding chamber during operation can enter the grinding media return channel from the grinding chamber and an outlet through which the grinding media-grinding material mixture is guided back into the grinding chamber.
  • a tangential flow separation is arranged in the grinding media return channel, which has a separating device for separating the grinding media from the grinding material and a product outlet for the ground grinding material to flow out of the agitator mill after the separating device. Furthermore, a device for exerting a pumping action to support circulation of the grinding media-grinding material mixture through the grinding media return channel is arranged.
  • the inlet of the grinding media return channel can be arranged on the side of the grinding chamber opposite the product inlet. Furthermore, the outlet of the grinding media return channel can be arranged on the side of the product inlet.
  • the device for exerting a pumping action can comprise a pump arranged in the grinding media return channel before or after the tangential flow separation.
  • the agitator may have an agitator shaft, with several
  • the device for exerting a pumping effect can have at least one conveyor disk on the agitator, which is designed to support a flow of the grinding media/grinding material mixture in the grinding chamber from the product inlet in the direction of the inlet of the grinding media return channel.
  • the conveyor disk can be arranged on the side of the outlet and/or on the side of the inlet of the grinding media return channel.
  • the length of the separating device is 0.25 to 10, preferably 0.4 to 4, based on its diameter.
  • the separating device has a sieve body, wherein the product outlet for the ground material separated from the grinding bodies is arranged radially to the sieve body.
  • the separating device can be subjected to vibration or ultrasound.
  • the sieve body can also have a device for cleaning the sieve body to remove grinding media and coarse grain from the sieve body.
  • the cleaning device can also be designed to rotate in the grinding media return channel or to perform a lifting movement.
  • Commercially available edge gap filters usually have a sump chamber for collecting the particles to be separated, the retentate. According to the present invention, an edge gap filter can be used as a tangential flow filter, with the outlet line of the sump chamber remaining constantly open and returning the grinding media-grinding material mixture to the grinding chamber.
  • the inlet of the grinding media return channel can be arranged radially inward in the grinding chamber with respect to the agitator. A grinding media/ground material mixture that is slightly loaded with grinding media then flows through the grinding media return channel.
  • the grinding chamber of the agitator ball mill can be cylindrical with a vertically aligned central longitudinal axis. Then the product inlet and the outlet of the grinding media return channel can be arranged at the top and the inlet of the grinding media return channel at the bottom of the grinding chamber. Alternatively the product inlet and the outlet of the grinding media return channel can be arranged at the bottom and the inlet of the grinding media return channel at the top of the grinding chamber.
  • the invention can be used particularly advantageously if the grinding bodies have a diameter of at most 0.3 mm, preferably have a diameter of at most 0.15 mm and even more advantageously have a diameter of at most 0.075 mm.
  • Two or more tangential flow separations can be arranged in parallel or serial functional arrangement in the grinding media return channel and can be used simultaneously or alternately.
  • the ratio of the inner diameter of the grinding chamber to the diameter of the grinding media return channel is preferably between 5 and 30, in particular between 6 and 15.
  • the speed of the grinding media-ground material mixture in the grinding media return channel should preferably be at least 2 m/s.
  • the invention further provides a channel piece for use as a grinding media return channel for separating grinding media in an agitator ball mill.
  • the channel piece has an inlet connection and an outlet connection which are designed to be connected to the grinding chamber of the agitator ball mill. Furthermore, a tangential flow separation with a product outlet which is configured for the discharge of the ground material from the agitator ball mill is arranged in the channel piece. This channel piece can be used to retrofit an existing agitator ball mill.
  • the tangential flow separation used according to the present invention is a method of filtering and is usually used to separate coarse grain or foreign matter from suspensions. According to the present invention, the tangential flow separation is used to separate the grinding media from the grinding material.
  • the grinding media separator according to the present invention is also located outside and thus spatially separated from the grinding chamber. It is not exposed to any severe mechanical wear and can be cleaned and replaced in a controlled manner when the mill is full.
  • two or more grinding media separators arranged in parallel for example using a parallel sieve with branches and optional valves in the pipeline, one of the sieves can be serviced while the machine is running, while the other is in use.
  • the grinding media separators can also be arranged one after the other in series.
  • Figure 1 a conventional agitator ball mill
  • Figures 3a and 3b show various embodiments of a tangential flow separation for use in accordance with the present invention.
  • the invention is explained below using a horizontally arranged agitator ball mill with several grinding disks as an example.
  • the invention is equally applicable to agitator ball mills of a different type, for example to a vertically arranged agitator ball mill in which the grinding chamber is formed by a rotor rotating about a vertically aligned central longitudinal axis and a stator in which dispersions are produced using the grinding media.
  • grinding elements for example in the form of round pins, can be attached to the rotor and/or the stator.
  • the present invention provides a stirred ball mill with external grinding media return and integrated grinding media separation by means of tangential flow separation with a separation device, for example a sieve body or a friction gap or several friction gaps.
  • a separation device for example a sieve body or a friction gap or several friction gaps.
  • Embodiments of a mill according to the invention are shown in Figures 2a to 2e, which differ only in the arrangement of the tangential flow separation.
  • Related to the Grinding chamber volume (i.e. the container volume without agitator) of agitator ball mill can be filled with grinding media from 50% to 100%.
  • the inlet to the grinding media return line can be on the opposite side of the grinding chamber as its outlet.
  • the inlet is preferably located near the stator wall or, as shown in Fig. 2a, in the stator wall, in any case in an area remote from the center. This is the area of local overpressure.
  • the outlet of the grinding media return preferably opens at the front near the center of the grinding chamber on the product inlet side, i.e. in a grinding chamber area of local negative pressure.
  • the pressure difference between the inlet and outlet in the grinding media return channel is preferably 0.3 to 3 bar.
  • the flow rate through the grinding media return channel should be at least 50 l/min, preferably more than 100 l/min. In relation to the diameter of the grinding media return channel, the flow rate can be between 0.9 and 20 l/(min*mm), for example, so 115 l/min through a grinding media return channel of 35 mm results in 3.3 l/(min*mm).
  • the flow rate through the grinding media return channel to the actual recirculation throughput of the agitator ball mill is preferably between 3 and 150.
  • a grinding chamber 100 is formed in the usual way by a grinding container.
  • a rotating agitator 11 is arranged in the grinding chamber, which has several grinding disks 17 that are arranged parallel to one another.
  • the material to be ground is introduced into the grinding chamber 100 through the product inlet 13 and dispersed under the action of grinding media or grinding media. Due to the product inlet 13 arranged on the right-hand side in the drawing and the inlet 23 arranged on the left on the outer circumference of the grinding container into a grinding media return channel 20 that leads to the product outlet 15, a product flow direction within the grinding chamber results, which is shown by the arrow 19.
  • the grinding media return channel 20 is provided through which the mixture of grinding media and grinding material can flow during operation.
  • a device for exerting a pumping effect which can be provided, for example, in the form of a pump 27 in the grinding media return channel 20.
  • at least one of the grinding disks 17 can be designed as a conveyor disk 18, which moves the grinding material in the direction of the grinding flow direction 19.
  • This is preferably the grinding disk closest to the inlet 23 of the grinding media return channel 20.
  • this can alternatively also be - as shown in Fig. 2 - the first grinding disk to the outlet 25 or both at the inlet 23 and at the outlet 25, i.e. at least two conveyor disks.
  • the flow velocity in the grinding media return channel should be at least 2 m/s.
  • the grinding media return channel 20 opens back into the grinding chamber 100 at the opposite end of the grinding chamber 100, preferably centrally near the longitudinal axis of the grinding chamber 100.
  • the outlet 25 of the grinding media return channel 20 is arranged on the same side as the inlet 13 for the product.
  • the ratio of the inner diameter D of the grinding chamber to the diameter d of the grinding media return channel is preferably between 5 and 30, in particular between 6 and 20.
  • a grinding media separation is provided in the grinding media return channel 20, which is designed according to the invention as a tangential flow separation 21 in the form of a tangential flow filter.
  • the grinding media-ground material mixture flows past a sieve body 22 and only a portion of the finished ground material is guided through the sieve body 22 to a product outlet 15 for the ground material separated from the grinding media and thus separated from the grinding media.
  • This arrangement prevents the grinding media from concentrating against a sieve at the end of the process zone, where they are pressed and finally have to be conveyed away on the sieve surface by means of a rotor basket, as in the prior art.
  • the grinding media together with a portion of the ground material, have to pass through the flow along the entire length of the sieve in order to re-enter the grinding chamber 100 and further disperse the material to be ground there.
  • the forced flow of grinding media along the entire length of the sieve or along the entire sieve surface prevents the deposition of grinding media and coarse product grain, i.e. the portion of the product that has not yet been sufficiently ground.
  • the flow rate of the grinding material/grinding media mixture is ideally high and the flow form is ideally turbulent. This allows the grinding material/grinding media mixture to flow over and clean the entire screen surface.
  • the screen surface is kept clear by the existing product flow forces. Energy-consuming throwing away or deflecting of the grinding media using a deflector cage is no longer necessary. This can be achieved in particular by the above-mentioned flow rate of, for example, at least 2 m/s.
  • the separation surface can be cleaned with pure liquid.
  • the type of separating element 22 of the tangential flow separation 21 can be selected, for example, as a wire wound sieve, slotted foil on a support body, mesh filter fabric or membrane.
  • the arrangement of several modular sieve cartridges in the grinding media return line is also possible.
  • the separating element can also be at least one dynamic separation gap.
  • the size of the grinding media used usually falls in a range between 0.03 mm and 3.0 mm. Especially when using very small grinding media with a diameter of 0.3 mm or less in combination with high product viscosities, the dead-end filtration commonly used in the state of the art often leads to clogging and blocking of the grinding media separation. Since this is usually provided in the grinding chamber in the state of the art, it is difficult to access for cleaning, so that the grinding chamber must be emptied and opened.
  • the grinding media separation according to the present invention is easily accessible and can be easily can be achieved.
  • the grinding media separation can be subjected to vibration or ultrasound according to the invention.
  • the sieve body within the grinding media return can also be designed to rotate. In this case, the sieve body can rotate during operation, but this is not necessary. In particular, the sieve body does not have to rotate during cleaning.
  • the grinding media separation can be provided with a device for cleaning the filter, whereby, for example, a scraper scrapes along the tubular sieve 22 and thus foreign bodies, impurities, grinding media or coarse grains of the ground material are removed.
  • FIG. 2b A further embodiment of an agitator ball mill according to the invention is shown in Fig. 2b.
  • the two tangential flow separators 21a and 21b are constructed in accordance with the tangential flow separator 21 of Fig. 2a and each have a separating element 22a, 22b, in particular a sieve, and a product outlet 15a, 15b.
  • the tangential flow separators 21a and 21b are arranged in channels 201, 202, which branch off from the grinding media return channel 20 by means of suitable valves 203.
  • FIG. 2c A further embodiment is shown in Fig. 2c.
  • the tangential flow separation 21 is arranged in the grinding media return channel 20 immediately before the outlet 25 of the grinding media return channel.
  • Fig. 2d shows an embodiment in which the outlet 25 of the grinding media return channel 20 is integrated into the product inlet 13.
  • This can be implemented by a T-piece 205 that brings together the channels of the outlet 25 and the product inlet 13.
  • this may only take place in the grinding media return channel 20 behind the partition 21, so that no freshly fed product is led through the partition 21.
  • This allows a further simplification of the structure of the agitator ball mill, since only a single access to the grinding chamber needs to be provided.
  • Fig. 2e shows an embodiment with a structure that basically corresponds to that shown in Fig. 2d.
  • the grinding media return channel 20 according to the invention is used in a vertically arranged high-performance agitator mill.
  • the outlet 25 of the grinding media return channel 20 is also integrated into the product inlet 13, which is again implemented by a T-piece 205.
  • the merging by means of a T-piece in the grinding media return channel 20 may only take place behind the partition 21, so that no freshly fed product is led through the partition 21.
  • the product can enter the grinding chamber from above. In this case, the product-grinding media flow direction in the grinding media channel 20 would also be reversed accordingly.
  • FIGS 3a and 3b show in detail possible embodiments of the tangential flow separation 21 used according to the invention.
  • Fig. 3a shows the embodiment also shown in Figures 2a to 2e, wherein in the figure the grinding material-grinding media mixture enters the tangential flow separation 21 from above and the processed product is guided through the separating element in the form of a cylindrical sieve 22 to the product outlet 15, i.e. the product passes through the sieve 22 from the inside to the outside. Part of the grinding material to be processed passes along the sieve 22 together with the grinding media 50 back into the grinding chamber.
  • Fig. 3a shows the embodiment also shown in Figures 2a to 2e, wherein in the figure the grinding material-grinding media mixture enters the tangential flow separation 21 from above and the processed product is guided through the separating element in the form of a cylindrical sieve 22 to the product outlet 15, i.e. the product passes through the sieve 22 from the inside to the outside. Part of the grinding material to be processed passes along the sieve 22 together with the
  • the grinding material can be fed from the right to a sieve 22', whereby a part of the finished ground material passes through the sieve 22' (from the outside to the inside) and is guided to the product outlet 15. The remaining part of the ground material is guided together with the grinding bodies 50 past the sieve 22' back into the grinding chamber.
  • the length of the sieve 22 or the separating device relative to the diameter of the separating element is preferably at least 0.25 and at most 10, particularly preferably 0.4 to 4.
  • the present invention results in a significantly reduced grinding media compression.
  • a simple, inexpensive and demountable sieve can be used, in which the length, diameter and type of separating element can be freely selected. No expensive materials are required and the deflector basket usually used in the prior art is omitted.
  • the inlet 23 of the grinding media return channel 20 is arranged radially on the outside in the grinding chamber 100. Since the grinding media are present in a higher concentration in this area during operation, a highly loaded grinding media-ground material suspension is thereby fed into the Grinding media return channel 20 is introduced, i.e. a mixture that contains a relatively large number of grinding media. If, on the other hand, the inlet of the grinding media return channel is arranged radially inward, i.e. in the direction of the rotor shaft, a low-loaded grinding media-ground material suspension is introduced into the grinding media return channel, which could make the grinding media separation by the tangential flow separation more efficient.
  • the grinding media return according to the present invention can also be subsequently installed in an existing agitator ball mill.
  • the invention also provides a channel piece that is designed for use as a grinding media return channel in an agitator ball mill, with one end of the channel piece being designed as an inlet connection into the grinding chamber of the agitator ball mill and the other end being designed as an outlet connection into the grinding chamber of the agitator mill.
  • a tangential flow separation is arranged in the channel piece, through which the grinding media can be separated from the material to be ground.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung stellt eine Rührwerkskugelmühle mit externer Mahlkörperabtrennung bereit. Die Rührwerkskugelmühle weist einen Mahlbehälter mit einem Mahlraum, einen Produkteintritt zum Einführen von Mahlgut in den Mahlraum, ein in dem Mahlraum (100) drehbar angeordnetes Rührwerk mit Mahlelementen und mehrere im Mahlraum angeordnete Mahlkörper auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Mahlkörperrückführkanal mit einem Eintritt, durch den das im Betrieb im Mahlraum angeordnete Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch aus dem Mahlraum in den Mahlkörperrückführkanal eintreten kann, und einem Austritt vorgesehen, durch den das Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch zurück in den Mahlraum geführt wird. Im Mahlkörperrückführkanal ist eine Tangentialflussabtrennung angeordnet, die eine Trenneinrichtung zum Abtrennen der Mahlkörper vom Mahlgut und einen Produktaustritt zum Ablauf des gemahlenen Mahlguts aus der Rührwerksmühle nach der Trenneinrichtung aufweist. Ferner ist eine Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung zur Unterstützung einer Zirkulation des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs durch den Mahlkörperrückführkanal angeordnet.

Description

Rührwerkskugelmühle mit externer Mahlkörperabtrennung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit Ma hl körpern versehene Rührwerkskugelmühlemühle, insbesondere die Abtrennung der Mahlkörper aus dem Mahlgut.
Rührwerkskugelmühlen haben ein breites Anwendungsspektrum beim Vermahlen und Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten. Sie finden beispielsweise bei der Herstellung von Klebstoffen, Coatings, Druckfarben, Kosmetik, Pharmaka oder auch für die Rohstoffherstellung, (insbesondere Silizium) von Batteriepasten Anwendung. In einer solchen Mühle ist in einem Mahlbehälter die durch eine Mahlrauminnenwand begrenzte, in der Regel zylinderförmige Prozess- bzw. Dispergierzone, im Folgenden auch allgemein Mahlraum genannt, gebildet. Durch diesen Mahlraum erstreckt sich entlang dessen Mitte- Längsachse eine um ihre Achse rotierbare Rührwelle, an der mehrere Mahlelemente, insbesondere Mahlscheiben oder Mahlstifte angebracht sind. Mahlgut wird durch eine Mahlgut-Zuführung in den Mahlraum eingebracht und durch die Rotation der Mahlelemente in der Regel unter der Wirkung von in dem Mahlraum angeordnete Mahlkörpern bzw. Mahlhilfsköpern, beispielsweise Keramikkugeln vermahlen und nach der Bearbeitung durch eine Mahlgut-Abführung dem Mahlraum entnommen. Rührwerkskugelmühlen sind beispielsweise aus der EP 1 992412 Bl oder EP 2 178 642 Bl bekannt.
Rührwerkskugelmühlen gibt es in unterschiedlichen Bauformen, beispielsweise ausgeführt als Vollraummühle mit Mahlscheiben auf dem Rührwerk oder als Ringspalt Hochleistungsmühle mit Mahlelementen am Rotor und Stator. Um sehr kleine, aber kostspielige Mahlkörper effizient zu nutzen, empfiehlt sich eine Hochleistungsmühle mit einem Leistungseintrag grösser 2 kW / Liter Mahlraumvolumen.
Die Pumpwirkung kann im Mahlraum integriert sein und von auf der Rotorwelle angebrachten, druckaufbauenden Elementen erzeugt werden, allenfalls in Wechselwirkung mit am Mahlbehälter angebrachten statischen Elementen. Druckaufbauende drehende Elemente sind beispielsweise fördernde Mahlscheiben, eine Förderschnecke, ein Zentrifugalpumpenrad oder ein Seitenkanalpumpenrad, wobei die Geometrie des statischen Mahlbehälters als Pumpengehäuse oder Fördertrog wirken kann.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Rührwerkskugelmühle mit Mahlscheiben 17, die an einer Rührwelle 11 in einem Mahlraum 100 angeordnet sind. Die Rührwelle 11 wird durch einen Motor 110 über einen Riemenantrieb 120 in Rotation versetzt. Fig. 1 zeigt ferner eine Lagerung 130 für die Rührwelle 11, sowie eine Dichtung 140 zum Abdichten des Mahlraums 100. Durch die Zuführung 13 wird das Mahlgut in den Mahlraum 100 eingebracht, das Produkt wird nach dem Bearbeiten durch die Abführung 15 aus dem Mahlraum entfernt. Die Produktflussrichtung innerhalb des Mahlraums 100 ist durch den Pfeil 19' gekennzeichnet.
Die Abtrennung der Mahlkörper kann durch einen dynamischen Trennspalt oder einen Siebkörper, beispielsweise ein Zentralsieb oder ein Stecksieb erfolgen, das am Produktaustritt der Prozesszone, also innerhalb des Mahlraums angeordnet ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist als Teil des Rotors ein Deflektorkorb 31 vorgesehen, der um das Sieb 32 rotiert, um die Mahlkörper und das Grobkorn, also unerwünschte Partikel oder noch unvermahlenes Mahlgut, von der Sieboberfläche wegzuschleudern. Allerdings ist der Deflektorkorb 31 bevorzugt aus Stahl gefertigt und daher relativ schwer. Da der Rotor in der Regel nur einseitig, also fliegend über die Lagerung 130 gelagert ist, ist der Korb 31 bei horizontal angeordneten Rotoren, wie in Fig. 1 gezeigt, an einer ungünstigen Position, nämlich ganz am anderen Wellenende, platziert. Bei vertikaler Rotoranordnung ist zwar mit keiner Durchbiegung der Welle zu rechnen, jedoch ist auch dort die Ausführung des Deflektorkorbs relativ aufwendig und kostenintensiv. Die Mahlkörperabtrennung ist ferner für die Reinigung nur schwer zugänglich. Das Leeren und Öffnen der Prozesszone ist unumgänglich.
Es wurden bereits Versuche unternommen, diesem Problem dadurch zu begegnen, die Mahlkörperabtrennung außerhalb der Prozesszone durchzuführen. So führt gemäß DE4432200C1 eine Mahlgut-Mahlkörper-Abführleitung von der Rührwerksmühle zu einer von dieser gesondert angeordneten Mahlgut-Mahlkörper-Trenneinrichtung 24 mit einem Zylindersieb als Mahlkörper-Rückhalteeinrichtung. Obwohl hierdurch der zusätzliche Platzbedarf durch die Mahlkörperabtrennung entfällt, kann es zu einem Problem hinsichtlich der Aufkonzentration der Mahlkörper vor der Trenneinrichtung kommen.
Durch eine solche, sogenannte Dead-End-Filtration, wie in Fig. 1 gezeigt, besteht nämlich die Gefahr, dass durch den Produktfluss eine Aufkonzentration der Mahlkörper verursacht wird, die den Fluss am Produktaustritt stören kann. Eine Mahlkörperabtrennung unterliegt mechanischem Verschleiß durch die Mahlkörper und es muss, neben dem zusätzlichen Platzbedarf, bei Wartungsarbeiten, verursacht beispielsweise durch ein verstopftes oder verschmutztes Sieb an der Mahlkörperabtrennung, die gesamte Prozesszone geleert werden. Im Betrieb führen also insbesondere hohe Produktdurchsätze oder hohe Produktviskositäten zur Aufkonzentration der Mahlkörper vor der Mahlkörperabtrennung und es können teilweise die Mahlkörper nicht mehr von dem Trennsystem, beispielsweise dem Sieb oder einem Reibspalt, ferngehalten werden. Dies kann zu hohen Produkttemperaturen, hohem Druck in der Prozesszone, erhöhtem Verschleiß an den Mahlkörpern, Rotor und Stator der Mühle, und manchmal bis zur Verstopfung der Mahlkörperabtrennung führen. Das hat einen Produktionsunterbruch zur Folge.
Die Mahlkörperabtrennung kann also den Produktdurchsatz limitieren, oder sogar einen ganzen Prozess zum Erliegen bringen. Vor allem beim Einsatz von Kleinstmahlkörpern < 0.3 mm Durchmesser in Kombination mit hohen Produktviskositäten kommt es bei einer klassischen Mahlkörperabtrennung, durch Dead-End Filtration oft zum Zusetzen, also zur Verstopfung oder Blockade.
Weitere Rührwerksmühlen mit Mahlkörperabtrennung sind aus der DE 35 36 918 Al und der DE 44 32 200 CI bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abtrennung der Mahlköper in einer Rührwerkskugelmühle zu verbessern und insbesondere effizienter zu lösen. Ferner sollen die oben genannten Probleme gelöst werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen definierte Erfindung gelöst. Die Erfindung stellt insbesondere eine Rührwerkskugelmühle mit externer Mahlkörperrückführung bereit, bei der die Mahlkörperabtrennung durch eine Tangentialflussabtrennung mittels einem in einem Mahlkörperrückführkanal angeordnetem Siebkörper durchgeführt wird. Die Zirkulation des Mahlguts durch den Mahlkörperrückführkanal wird durch eine Pumpeinrichtung unterstützt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird somit eine Rührwerkskugelmühle mit externer Mahlkörperabtrennung bereitgestellt. Die Rührwerkskugelmühle weist einen Mahlbehälter mit einem Mahlraum, einen Produkteintritt zum Einführen von Mahlgut in den Mahlraum, ein in dem Mahlraum drehbar angeordnetes Rührwerk mit Mahlelementen und mehrere im Mahlraum angeordnete Mahlkörper auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Mahlkörperrückführkanal mit einem Eintritt, durch den das im Betrieb im Mahlraum angeordnete Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch aus dem Mahlraum in den Mahlkörperrückführkanal eintreten kann, und einem Austritt vorgesehen, durch den das Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch zurück in den Mahlraum geführt wird. Im Mahlkörperrückführkanal ist eine Tangentialflussabtrennung angeordnet, die eine Trenneinrichtung zum Abtrennen der Mahlkörper vom Mahlgut und einen Produktaustritt zum Ablauf des gemahlenen Mahlguts aus der Rührwerksmühle nach der Trenneinrichtung aufweist. Ferner ist eine Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung zur Unterstützung einer Zirkulation des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs durch den Mahlkörperrückführkanal angeordnet.
Der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals kann auf der dem Produkteintritt entgegengesetzten Seite des Mahlraums angeordnet sein. Weiterhin kann der Austritt des Mahlkörperrückführkanals auf der Seite des Produkteintritts angeordnet sein.
Die Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung kann eine im Mahlkörperrückführkanal vor oder nach der Tangentialflussabtrennung angeordnete Pumpe aufweisen.
Das Rührwerk kann eine Rührwelle aufweisen, wobei an der Rührwelle mehrere
Mahlelemente, insbesondere Mahlscheiben oder Mahlstifte, in einem Abstand zueinander abgeordnet sind. Die Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung kann zumindest eine Förderscheibe am Rührwerk aufweisen, die zur Unterstützung einer Strömung des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs in dem Mahlraum vom Produkteintritt in Richtung des Eintritts des Mahlkörperrückführkanals eingerichtet ist. Die Förderscheibe kann hierbei auf der Seite des Austritts und/oder auf der Seite des Eintritts des Mahlkörperrückführkanals angeordnet sein.
Die Länge der Trenneinrichtung beträgt bezogen auf deren Durchmesser 0,25 bis 10, vorzugsweise 0,4 bis 4.
Bevorzugt weist die Trenneinrichtung einen Siebkörper auf, wobei radial zum Siebkörper der Produktaustritt für das von den Mahlkörpern abgetrennte Mahlgut angeordnet ist.
Die Trenneinrichtung kann vibrations- bzw. ultraschallbeaufschlagt sein. Der Siebkörper kann auch eine Einrichtung zum Abreinigen des Siebkörpers zum Entfernen von Mahlkörpern und Grobkorn vom Siebkörper aufweisen. Auch kann die Einrichtung zum Abreinigen rotierend im Mahlkörperrückführkanal ausgebildet sein oder eine Hubbewegung ausführen. Handelsübliche Kantenspaltfilter weisen meistens einen Sumpfraum zur Sammlung der abzuscheidenden Partikel auf, dem Retentat. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Kantenspaltfilter als Tangentialflussfilter eingesetzt werden, wobei die Austrittsleitung des Sumpfraums ständig offen bleibt und das Mahlkörper-Mahlgutgemisch zum Mahlraum zurückführt.
Der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals kann bezüglich des Rührwerks radial innen im Mahlraum angeordnet sein. Dann fließt ein gering mit Mahlkörpern beladenes Mahlkörper- Mahlgut-Gemisch durch den Mahlkörperrückführkanal.
Der Mahlraum der Rührwerkskugelmühle kann gemäß einer Ausführungsform zylinderförmig mit einer vertikal ausgerichteten Mittel-Längs-Achse ausgebildet sein. Dann können der Produkteintritt und der Austritt des Mahlkörperrückführkanals oben und der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals unten im Mahlraum angeordnet sein. Alternativ können der Produkteintritt und der Austritt des Mahlkörperrückführkanals unten und der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals oben im Mahlraum angeordnet sein.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die Mahlkörper einen Durchmesser von höchstens 0,3 mm aufweisen, bevorzugt einen Durchmesser von höchstens 0,15 mm aufweisen und noch vorteilhafter einen Durchmesser von höchstens 0,075 mm aufweisen.
Zwei oder mehrere Tangentialflussabtrennungen können in paralleler oder serieller Funktionsanordnung im Mahlkörperrückführkanal angeordnet sein und gleichzeitig oder abwechslungsweise in Anwendung sein.
Das Verhältnis des Innendurchmessers des Mahlraums zum Durchmesser des Mahlkörperrückführkanals beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 30, insbesondere zwischen 6 und 15.
Die Geschwindigkeit des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs im Mahlkörperrückführkanal soll vorzugsweise mindestens 2m/s betragen.
Durch die Erfindung wird ferner ein Kanalstück zum Einsatz als Mahlkörperrückführkanal zur Mahlkörperabtrennung in einer Rührwerkskugelmühle bereitgestellt. Das Kanalstück weist einen Eintrittsanschluss und einem Austrittsanschluss auf, die zum Anschluss an den Mahlraum der Rührwerkskugelmühle eingerichtet sind. Ferner ist im Kanalstück eine Tangentialflussabtrennung mit einem Produktaustritt, der zum Ablauf des gemahlenen Mahlguts aus der Rührwerkskugelmühle konfiguriert ist, angeordnet. Dieses Kanalstück kann zum Nachrüsten einer bestehenden Rührwerkskugelmühle eingesetzt werden.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Tangentialflussabtrennung, auch Tangentialflussfiltration, Querstrom- oder Cross-Flow-Filtration genannt, ist eine Methode zum Filtrieren und wird üblicherweise zur Abtrennung von Grobkorn oder Fremdstoffen aus Suspensionen verwendet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Tangentialflussabtrennung zur Abtrennung der Mahlkörper vom Mahlgut verwendet. Die Mahlkörperabtrennung gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich ferner außerhalb und damit räumlich getrennt vom Mahlraum. Sie ist keinem starken, mechanischen Verschleiß ausgesetzt und kann bei gefüllter Mühle kontrolliert gereinigt und getauscht werden. Bei dem Einsatz zweier oder mehrerer, parallel angeordneten Mahlkörperabtrennungen, beispielsweise mittels Parallelsieb mit Verzweigungen und optionalen Ventilen in der Rohrleitung, kann bei laufender Maschine eines der Siebe gewartet werden, während das andere im Einsatz ist. Grundsätzlich können die Mahlkörperabtrennungen auch nacheinander in Serie angeordnet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, wobei
Figur 1 eine herkömmliche Rührwerkskugelmühle,
Figuren 2a bis 2e Ausführungsformen einer Rührwerkskugelmühle gemäß der vorliegenden Erfindung und
Figuren 3a und 3b verschiedene Ausführungsformen einer Tangentialflussabtrennung zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand einer horizontal angeordneten Rührwerkskugelmühle mit mehreren Mahlscheiben erläutert. Die Erfindung ist aber genauso auf Rührwerkskugelmühlen eines anderen Typs anwendbar, beispielsweise auf eine vertikal angeordnete Rührwerkskugelmühle, in der der Mahlraum durch einen, sich um eine vertikal ausgerichtete Mittel-Längs-Achse drehenden Rotor und einen Stator gebildet wird, in dem unter Einsatz der Mahlkörpern Dispersionen hergestellt werden. Hierfür können am Rotor und/oder am Stator Mahlelemente, beispielsweise in Form runder Stifte, angebracht sein.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Rührwerkskugelmühle mit externer Mahlkörperrückführung und integrierter Mahlkörperabtrennung mittels Tangentialflussabtrennung mit einer Trenneinrichtung, beispielsweise einem Siebkörper oder einem Reibspalt oder mehreren Reibspalte bereitgestellt. Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Mühle sind in den Figuren 2a bis 2e gezeigt, die sich jeweils lediglich in der Anordnung der Tangentialflussabtrennung unterscheiden. Bezogen auf das Mahlraumvolumen (also das Behältervolumen ohne Rührwerk) können Rührwerkskugelmühle zu 50% bis zu 100% mit Mahlkörpern gefüllt sein.
Um einen Fluss des zu vermahlenden Produkts mit den Mahlkörpern durch die Mahlkörperrückführung zu gewährleisten, kann der Eintritt in die Mahlkörperrückführleitung auf der entgegengesetzten Mahlraumseite liegen wie deren Austritt. Der Eintritt befindet sich bevorzugt nahe der Statorwand oder, wie in Fig. 2a gezeigt, in der Statorwand, jedenfalls in einem zentrumsfernen Bereich. Dies ist der Bereich örtlichen Überdrucks. Der Austritt der Mahlkörperrückführung mündet vorzugsweise stirnseitig in Zentrumsnähe des produkteintrittsseitigen Mahlraums, also in einem Mahlraum-Bereich örtlichen Unterdruckes. Vorzugsweise beträgt die Druckdifferenz zwischen dem Ein- und Austritt im Mahlkörperrückführkanal 0,3 bis 3 bar. So kann ein gleichmäßiger und stabiler Umlauf der Mahlkörper zur Erzielung eines hohen Mahlgutdurchsatzes bei gleichzeitigem, entlang der gesamten Prozesszone, gleichmäßigen Leistungseintrag erreicht werden. Zusätzlich ist eine Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung zur Unterstützung einer Zirkulation des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs durch die Mahlkörperrückführung vorgesehen. Die Durchflussmenge durch den Mahlkörperrückführkanal sollte mindestens 50 l/min, besser mehr als 100 l/min betragen. Bezogen auf den Durchmesser des Mahlkörperrückführkanal kann die Durchflussmenge beispielsweise zwischen 0,9 und 20 l/(min*mm) betragen, also beispielsweise 115 l/min durch einen Mahlkörperrückführkanal von 35 mm ergibt 3,3 l/(min*mm). Die Durchflussmenge durch den Mahlkörperrückführkanal zum realen Rezirkulationsdurchsatz der Rührwerkskugelmühle beträgt bevorzugt zwischen 3 und 150.
In der in Fig. 2a gezeigten Mühle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Mahlraum 100 in üblicher Weise durch einen Mahlbehälter gebildet. Im Mahlraum ist drehbar ein Rührwerk 11 angeordnet, das mehrere Mahlscheiben 17 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Das Mahlgut wird durch den Produkteintritt 13 in den Mahlraum 100 eingeführt und unter Wirkung von Mahlkörpern bzw. Mahlkörpern dispergiert. Aufgrund des in der Zeichnung stirnseitig rechts angeordneten Produkteintritts 13 und dem links am äußeren Umfang des Mahlbehälters angeordneten Eintritt 23 in einen Mahlkörperrückführkanal 20, der zum Produktaustritt 15 führt, ergibt sich eine Produktflussrichtung innerhalb des Mahlraums, die durch den Pfeil 19 gezeigt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Mahlkörperrückführkanal 20 vorgesehen, durch den im Betrieb das Gemisch aus Ma hl körpern und Mahlgut fließen kann. Dies wird durch eine Einrichtung zur Ausübung einer Pumpwirkung unterstützt, die beispielsweise in Form einer Pumpe 27 im Mahlkörperrückführkanal 20 vorgesehen sein kann. Alternativ kann auch zumindest eine der Mahlscheiben 17 als Förderscheibe 18 ausgebildet sein, die das Mahlgut in Richtung der Mahlflussrichtung 19 bewegt. Dies ist vorzugsweise die dem Eintritt 23 des Mahlkörperrückführkanals 20 nächstliegende Mahlscheibe. Dies kann aber alternativ auch - wie in Fig 2 gezeigt - die erste Mahlscheibe zum Austritt 25 sein oder sowohl am Eintritt 23 als auch am Austritt 25, also mindestens zwei Förderscheiben. Die Flussgeschwindigkeit im Mahlkörperrückführkanal sollte mindestens 2m/s betragen. Der Mahlkörperrückführkanal 20 mündet am entgegengesetzten Ende des Mahlraums 100, vorzugsweise mittig in der Nähe der Längs-Achse des Mahlraums 100 wieder in den Mahlraum 100. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist der Austritt 25 des Mahlkörperrückführkanals 20 auf der gleichen Seite wie der Eintritt 13 für das Produkt angeordnet.
Um einen ausreichenden Fluss durch den Mahlkörperrückführkanal zu ermöglichen und dabei eine effiziente Abfuhr des gemahlenen Mahlguts sicherzustellen, beträgt das Verhältnis von Innendurchmesser D des Mahlraums zum Durchmesser d des Mahlkörperrückführkanals vorzugsweise zwischen 5 und 30, insbesondere zwischen 6 und 20.
Um das vermahlene Produkt abzuleiten und dabei von den Mahlkörpern zu trennen, ist im Mahlkörperrückführkanal 20 eine Mahlkörperabtrennung vorgesehen, die erfindungsgemäß als Tangentialflussabtrennung 21 in Form eines Tangentialflussfilters ausgebildet ist. Hier fließt das Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch an einem Siebkörper 22 entlang vorbei und nur ein Teil des fertig gemahlenen Mahlguts wird durch den Siebkörper 22 zu einem Produktaustritt 15 für das von dem Mahlkörpern abgetrennte Mahlgut geführt und so von den Mahlkörpern abgetrennt. Durch diese Anordnung kann es nicht zu einer Aufkonzentration der Mahlkörper gegen ein Sieb am Ende der Prozesszone kommen, wo diese verpresst und schlussendlich an der Sieboberfläche mittels eines Rotorkorbs weggefördert werden müssen, wie im Stand der Technik. Vielmehr müssen die Mahlkörper zusammen mit einem Teil des Mahlguts die gesamten Sieblänge entlang fließen, um wieder in den Mahlraum 100 einzutreten und dort das Mahlgut weiter zu dispergieren. Der erzwungene Mahlkörperfluss entlang der gesamten Sieblänge bzw. entlang der gesamten Sieboberfläche verhindert dort die Ablagerung von Mahlkörpern und Produktgrobkorn, also der noch nicht ausreichend vermahlene Anteil des Produkts.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Mahlgut-Mahlkörpergemisches ist idealerweise hoch und die Strömungsform ist idealerweise turbulent. Somit kann des Mahlgut-Mahlkörpergemisch die gesamte Sieboberfläche überströmen und reinigen. Das Freihalten der Sieboberfläche geschieht hier durch die bereits vorhandenen Produktströmungskräfte. Ein energieraubendes Wegschleudern bzw. Umlenken der Mahlkörper mittels Deflektorkäfig entfällt. Dies kann insbesondere durch die oben erwähnte Flussgeschwindigkeit von beispielsweise mindestens 2m/s erreicht werden. Zusätzlich kann, bei Bedarf, eine Reinigung der Abtrennungsoberfläche mit reiner Flüssigkeit durchgeführt werden.
Die Art des Trennelements 22 der Tangentialflussabtrennung 21 kann beispielsweise als Drahtwickelsieb, Schlitzfolie auf einem Stützkörper, Maschenfiltergewebe oder Membran gewählt werden. Auch die Anordnung von mehreren modularen Siebpatronen in der Mahlkörperrückführleitung ist möglich. Grundsätzlich kann es sich beim Trennelement auch um mindestens einen dynamischen Trennspalt handeln.
Die Größe der verwendeten Mahlkörper fällt üblicherweise in einen Bereich zwischen 0,03 mm und 3,0 mm. Gerade beim Einsatz von Kleinstmahlkörpern mit einem Durchmesser von höchstens 0,3 mm in Kombination mit hohen Produktviskositäten kommt es bei einer im Stand der Technik üblicherweise verwendeten Dead-End-Filtration oft zum Verstopfen und Blockieren der Mahlkörperabtrennung. Da diese im Stand der Technik üblicherweise im Mahlraum vorgesehen ist, ist diese für die Reinigung nur schwer zugänglich, sodass das Leeren und Öffnen des Mahlraums notwendig sind.
Dem gegenüber ist die Mahlkörperabtrennung gemäß der vorliegenden Erfindung leicht zugänglich und kann im Fall einer notwendigen Wartung oder Reinigung, die durch die erfindungsgemäß eingesetzte Tangentialabtrennung weit seltener notwendig ist, leicht erreicht werden.
Um die Abtrennung weiter zu verbessern kann erfindungsgemäß die Mahlkörperabtrennung zusätzlich vibrations- bzw. ultraschallbeaufschlagt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Siebkörper innerhalb der Mahlkörperrückführung auch rotierend ausgeführt sein. In diesem Fall kann der Siebkörper während des Betriebes rotieren, jedoch ist dies nicht notwendig. Insbesondere beim Abreinigen muss der Siebkörper nicht rotieren. Zusätzlich kann die Mahlkörperabtrennung mit einer Vorrichtung zum Abreinigen des Filters versehen sein, wobei beispielsweise ein Schabblech entlang des rohrförmigen Siebs 22 schabt und somit Fremdkörper, Verunreinigungen, Mahlkörper oder auch Grobkorn des Mahlguts entfernt werden.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rührwerkskugelmühle ist in Fig. 2b gezeigt. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 2a lediglich dadurch, dass, wie oben bereits beschreiben, beispielhaft zwei Tangentialflussabtrennungen 21a und 21b im Mahlkörperrückführkanal 20 angeordnet sind. Entsprechend sind nur diese Elemente in der Fig. 2b, wie auch den Figuren 2c und 2d, mit Bezugszeichen versehen, die übrigen Elemente entsprechen denen der Fig. 2a.
Die beiden Tangentialflussabtrennungen 21a und 21b sind entsprechend der Tangentialflussabtrennung 21 der Fig. 2a aufgebaut und weisen entsprechend jeweils ein Trennelement 22a, 22b, insbesondere ein Sieb, und einen Produktaustritt 15a, 15b auf. Die Tangentialflussabtrennungen 21a und 21b sind in Kanälen 201, 202 angeordnet, die mittels geeigneter Ventile 203 von Mahlkörperrückführkanal 20 abzweigen. Durch das Bereitstellen zweier, parallel angeordneter Tangentialflussabtrennungen 21a und 21b kann bei laufender Maschine eine der Tangentialflussabtrennungen 21a und 21b gewartet werden, während die andere im Einsatz ist.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2c dargestellt. Hier ist die Tangentialflussabtrennung 21 im Mahlkörperrückführkanal 20 unmittelbar vor dem Austritt 25 des Mahlkörperrückführkanals angeordnet. Generell ist es vorteilhaft, die Trenneinrichtung 22 nahe der Produktzugabestelle 13 anzuordnen, um die Strecke mit der Aufkonzentration der Ma hl körper, also den Bereich mit reduziertem Flüssigkeitsgehalt, möglichst zu minimieren. Dies wird durch eine austrittsnahe Anordnung der Abtrennung 21 weiter verbessert.
Ferner zeigt die Fig. 2d eine Ausführungsform, in der der Austritt 25 des Mahlkörperrückführkanals 20 in den Produkteintritt 13 integriert ist. Die kann durch ein T- Stück 205 verwirklicht sein, das die Kanäle des Austritts 25 und des Produkteintritts 13 zusammenführt. Dies darf allerdings im Mahlkörperrückführkanal 20 erst hinter der Abtrennung 21 erfolgen, so dass kein frisch zugeführtes Produkt durch die Abtrennung 21 geführt wird. Somit kann eine weitere Vereinfachung des Aufbaus der Rührwerkskugelmühle erreicht werden, da lediglich ein einziger Zugang in den Mahlraum vorgesehen werden muss.
Schließlich ist in Fig. 2e eine Ausführungsform mit Aufbau gezeigt, der grundsätzlich dem in Fig. 2d gezeigten entspricht. Allerdings wird hier der erfindungsgemäße Mahlkörperrückführkanal 20 in einer vertikal angeordneten Hochleistungs-Rührwerksmühle verwendet. Auch in der in Fig. 2e gezeigten Ausführungsform ist der Austritt 25 des Mahlkörperrückführkanals 20 in den Produkteintritt 13 integriert, was wieder durch ein T- Stück 205 verwirklicht ist. Auch hier darf aber die Zusammenführung mittels T-Stück im Mahlkörperrückführkanal 20 wieder erst hinter der Abtrennung 21 erfolgen, so dass kein frisch zugeführtes Produkt durch die Abtrennung 21 geführt wird. Alternativ kann auch bei Verwendung einer vertikal angeordneten Rührwerksmühle der Produkteintritt von oben in den Mahlraum erfolgen. In diesem Fall würde sich entsprechend auch die Produkt- Mahlkörper-Flussrichtung im Mahlkörperkanal 20 umkehren.
Die Figuren 3a und 3b zeigen detailliert mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäß eingesetzten Tangentialflussabtrennung 21. Fig. 3a zeigt die auch in den Figuren 2a bis 2e dargestellte Ausführung, wobei in der Figur das Mahlgut-Mahlkörper-Gemisch von oben in die Tangentialflussabtrennung 21 eintritt und das bearbeitete Produkt durch das Trennelement in Form eines zylindrischen Siebs 22 zum Produktaustritt 15 geführt wird, das Produkt also von innen nach außen durch das Sieb 22 tritt. Ein Teil des zu bearbeiteten Mahlguts gelangt entlang des Siebs 22 zusammen mit den Mahlkörpern 50 wieder zurück in den Mahlraum. Alternativ kann, wie in Fig. 3b gezeigt, das Mahlgut von rechts zu einem Sieb 22' geführt werden, wobei hier ein Teil des fertig bearbeiteten Mahlguts durch das Sieb 22' (von außen nach innen) tritt und zum Produktaustritt 15 geführt wird. Der übrige Teil des Mahlguts wird zusammen mit den Mahlkörpern 50 am Sieb 22' vorbei wieder zurück in den Mahlraum geführt.
Die Länge des Siebs 22 bzw. der Trenneinrichtung bezogen auf den Durchmesser des Trennelements beträgt vorzugsweise mindestens 0,25 und höchstens 10, besonders bevorzugt 0,4 bis 4.
Gegenüber dem Stand der Technik kommt es mit der vorliegenden Erfindung zu einer deutlich reduzierten Mahlkörperverpressung. Es kann ein einfaches, preiswertes und zerlegbares Sieb verwendet werden, bei dem die Länge, der Durchmesser und die Art des Trennelements frei gewählt werden können. Auch sind keine teuren Werkstoffe notwendig und der im Stand der Technik üblicherweise verwendete Deflektorkorb entfällt.
Um die Wirkung des erfindungsgemäßen Mahlkörperrückführkanals zu zeigen, wurden Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen ein erfindungsgemäßer Aufbau mit Mahlkörperrückführung mit einer Tangentialflussabtrennung, ähnlich wie in Fig. 2a gezeigt, und eine herkömmliche Dead-End-Abtrennung mittels Deflektorkorb, also im Wesentlichen wie in Fig. 1 gezeigt, verglichen wurde. Hier wurde beispielhaft als Mahlgut Glaspulver in Wasser mit 38% Feststoffkonzentration verwendet. Nach einer Versuchsdauer von 5 Stunden konnte an der rohrförmigen Trennvorrichtung beim erfindungsgemäßen Aufbau keinerlei Verschleiß festgestellt werden und die Trennvorrichtung war komplett sauber. Bei dem Vergleichsaufbau mit Deflektorkorb war im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eine um etwa 25% erhöhte Leistungsaufnahme und ein 3 bis 4fach erhöhter Druck zu beobachten, was zu deutlichen Vorteilen der erfindungsgemäßen Lösung im Hinblick auf Verschleiß und Belastung der Maschine führt.
In der anhand der Figuren 2a, b, c und d beschriebenen Ausführungsformen ist der Eintritt 23 des Mahlkörperrückführkanals 20 radial außen im Mahlraum 100 angeordnet. Da im Betrieb die Mahlkörper in diesem Bereich in einer höheren Konzentration vorhanden sind, wird hierdurch eine hochbeladene Mahlkörper-Mahlgut-Suspension in den Mahlkörperrückführkanal 20 eingeleitet, also ein Gemisch, das relativ viele Mahlkörper enthält. Ist demgegenüber der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals radial innen, also in Richtung der Rotorwelle angeordnet, wird eine niedrigbeladene Mahlkörper-Mahlgut- Suspension in den Mahlkörperrückführkanal eingeleitet, was die Mahlkörperabtrennung durch die Tangentialflussabtrennung effizienter machten könnte.
Die Mahlkörperrückführung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch nachträglich in eine bestehende Rührwerkskugelmühle eingebaut werden. Hierfür ist durch die Erfindung ferner ein Kanalstück bereitgestellt, das zum Einsatz als Mahlkörperrückführkanal in einer Rührwerkskugelmühle eingerichtet ist, wobei ein Ende des Kanalstücks als Eintrittanschluss in den Mahlraum der Rührwerkskugelmühle und das andere Ende als Austrittanschluss in den Mahlraum der Rührwerksmühle ausgeführt ist. In dem Kanalstück ist eine Tangentialflussabtrennung angeordnet, durch das die Mahlkörper von dem Mahlgut abgetrennt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Rührwerkskugelmühle mit externer Mahlkörperabtrennung, wobei die Rührwerkskugelmühle aufweist: einen Mahlbehälter mit einem Mahlraum (100), einen Produkteintritt (13) zum Einführen von Mahlgut in den Mahlraum (100), ein in dem Mahlraum (100) drehbar angeordnetes Rührwerk (11) mit Mahlelementen, mehrere im Mahlraum (100) angeordnete Mahlkörper (50), einen Mahlkörperrückführkanal (20) mit einem Eintritt (23), durch den das im Betrieb im Mahlraum (100) angeordnete Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch aus dem Mahlraum (100) in den Mahlkörperrückführkanal (20) eintreten kann, und einem Austritt (25), durch den das Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch zurück in den Mahlraum (100) geführt wird, einer im Mahlkörperrückführkanal (20) angeordneten Tangentialflussabtrennung (21) mit einer Trenneinrichtung (22) zum Abtrennen der Mahlkörper vom Mahlgut und einem Produktaustritt (15) zum Ablauf des gemahlenen Mahlguts aus der Rührwerksmühle nach der Trenneinrichtung (22) und einer Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung zur Unterstützung einer Zirkulation des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs durch den Mahlkörperrückführkanal (20).
2. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, wobei der Eintritt (23) des
Mahlkörperrückführkanals (20) auf der dem Produkteintritt (13) entgegengesetzten Seite des Mahlraums (100) angeordnet ist und/oder der Austritt (25) des Mahlkörperrückführkanals (20) auf der Seite des Produkteintritts (13) angeordnet ist.
3. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung zumindest eine Förderscheibe (18) am Rührwerk aufweist, die zur Unterstützung einer Strömung des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs in dem Mahlraum (100) vom Produkteintritt (13) in Richtung des Eintritts (23) des Mahlkörperrückführkanals (20) eingerichtet ist, wobei die Förderscheibe (18) bevorzugt auf der Seite des Austritts (25) und/oder auf der Seite des Eintritts (23) des Mahlkörperrückführkanals (20) angeordnet ist.
4. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Ausüben einer Pumpwirkung eine im Mahlkörperrückführkanal vor oder nach der Tangentialflussabtrennung (21) angeordnete Pumpe (27) aufweist.
5. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Rührwerk eine Rührwelle aufweist, wobei an der Rührwelle mehrere Mahlelemente, insbesondere Mahlscheiben oder Mahlstifte, in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
6. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung vibrations- bzw. ultraschallbeaufschlagt ist.
7. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Länge der Trenneinrichtung bezogen auf deren Durchmesser 0,25 bis 10, vorzugsweise 0,4 bis 4 beträgt.
8. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung einen Siebkörper (22) aufweist, wobei radial zum Siebkörper (22) der Produktaustritt (15) für das von den Mahlkörpern abgetrennte Mahlgut angeordnet ist.
9. Rührwerkskugelmühle nach Ansprüche 8, wobei der Siebkörper (22) eine Einrichtung zum Abreinigen des Siebkörpers (22) zum Entfernen von Mahlkörpern und Grobkorn vom Siebkörper (22) aufweist, wobei die Einrichtung zum Abreinigen rotiert oder eine Hubbewegung ausführt.
10. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Eintritt (23) des Mahlkörperrückführkanals (20) bezüglich des Rührwerks radial innen im Mahlraum (100) angeordnet ist, so dass ein gering mit Mahlkörpern beladenes Mahlkörper-Mahlgut-Gemisch durch den Mahlkörperrückführkanal (20) fließt.
11. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mahlraum (100) zylinderförmig mit einer vertikal ausgerichteten Mittel-Längs-Achse ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Produkteintritt (13) und der Austritt (25) des Mahlkörperrückführkanals (20) oben und der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals unten im Mahlraum angeordnet sind oder wobei der Produkteintritt (13) und der Austritt (25) des Mahlkörperrückführkanals (20) unten und der Eintritt des Mahlkörperrückführkanals oben im Mahlraum angeordnet sind.
12. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mahlkörper einen Durchmesser von höchstens 0,3 mm aufweisen, bevorzugt einen Durchmesser von höchstens 0,15 mm aufweisen und noch vorteilhafter einen Durchmesser von höchstens 0,075 mm aufweisen.
13. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere Tangentialflussabtrennungen (21) in paralleler oder serieller Funktionsanordnung im Mahlkörperrückführkanal (20) angeordnet sind und gleichzeitig oder abwechslungsweise in Anwendung sein können.
14. Rührwerkskugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis des Innendurchmessers D des Mahlraums (100) zum Durchmesser d des Mahlkörperrückführkanals (20) zwischen 5 und 30, insbesondere zwischen 6 und 20 liegt und/oder die Geschwindigkeit des Mahlkörper-Mahlgut-Gemischs im Mahlkörperrückführkanal (20) mindestens 2m/s beträgt.
15. Kanalstück zum Einsatz als Mahlkörperrückführkanal zur Mahlkörperabtrennung in einer Rührwerkskugelmühle gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Eintrittsanschluss und einem Austrittsanschluss, die zum Anschluss an den Mahlraum (100) der Rührwerkskugelmühle eingerichtet sind, und einer im Kanalstück angeordneten Tangentialflussabtrennung (21), mit einem Produktaustritt (15), der zum Ablauf des gemahlenen Mahlguts aus der Rührwerksmühle konfiguriert ist.
EP24710451.6A 2023-03-31 2024-03-14 Rührwerkskugelmühle mit externer mahlkörperabtrennung Pending EP4460399A1 (de)

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